Meereisfernerkundung mit dem satellitengestützten Mikrowellenradiometer AMSR(-E)

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Physikalische Grundlagen

2.1 Elektromagnetische Strahlung

2.2 Mikrowellenfernerkundung

2.2.1 Thermische Strahlung

2.2.2 Helligkeitstemperatur und Emissivität

2.2.3 Mikrowelleneigenschaften von Meerwasser und Meereis

2.2.4 Entwicklung und Aufbau von Meereis

2.2.5 Einfluss der Atmosphäre

3. Sensoren, Satelliten und Daten

3.1 AMSR(-E)

3.1.1 Abtastgeometrie

3.1.2 Datenprodukte

3.2 SSM/I

3.3 MODIS

3.4 RADARSAT

4. Eiskonzentrationsberechnung

4.1 BOOTSTRAP-Algorithmus

4.2 ARTIST Sea Ice (ASI) Algorithmus

4.2.1 89 GHz Algorithmus

4.2.2 Wetterfilter

4.3 Gitterprojektion

4.3.1 Abtastabstand der Schwaddaten

4.3.2 Polarstereographische Projektion

4.3.3 Gitterinterpolation

4.3.4 Kartendarstellung

4.4 Validierung

4.4.1 Vergleich mit BOOTSTRAP-Daten

4.4.2 Anpassung an NASA-TEAM-SSM/I-Daten

4.5 Fehlerbetrachtung

4.6 Fallstudien und Anwendungen

4.6.1 Ochotskisches Meer

4.6.2 North Water Polynye

4.6.3 Nord-West-Passage

4.6.4 Eis auf Seen und Flüssen

5. Eiskantendetektion

5.1 Ice Edge Detection(IED) Algorithmus

5.2 Vergleich und Validierung

5.2.1 MODIS

5.2.2 Eiskantendetektion mit ASI

5.2.3 RADARSAT

6. Zusammenfassung und Ausblick

A. Wetterdaten

B. RADARSAT-Szenen mit detektierten Eiskanten

C. Streudiagramme der Wetterfilter

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, zwei bestehende Verfahren zur Meereisfernerkundung auf die Daten der neuen Mikrowellenradiometer AMSR und AMSR-E zu übertragen, um sowohl die Meereiskonzentration als auch die Lage der Eiskante in der Arktis und Antarktis mit verbesserter räumlicher Auflösung zu bestimmen.

• Anpassung des ASI-Algorithmus an AMSR(-E)-Daten zur hochauflösenden Eiskonzentrationsberechnung.
• Entwicklung und Validierung von Wetterfiltern zur Korrektur atmosphärischer Störeinflüsse in den 89 GHz-Kanälen.
• Übertragung des IED-Algorithmus zur präzisen Detektion der Eiskante.
• Vergleich der Ergebnisse mit anderen Sensordaten (SSM/I, MODIS, RADARSAT) und Anwendung in Fallstudien.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Beschreibt die Bedeutung des Meereises für das Klimasystem, die Herausforderungen der Beobachtung und die Aufgabenstellung der Arbeit.

2. Physikalische Grundlagen: Erläutert die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Meereis und Atmosphäre sowie die Entwicklung von Eistypen.

3. Sensoren, Satelliten und Daten: Stellt die verwendeten Radiometer AMSR(-E) sowie Vergleichssensoren SSM/I, MODIS und RADARSAT vor.

4. Eiskonzentrationsberechnung: Detaillierte Vorstellung des BOOTSTRAP- und ASI-Algorithmus, der Gitterprojektion, der Validierung sowie Fallbeispielen.

5. Eiskantendetektion: Beschreibung des IED-Algorithmus, dessen Validierung und Vergleich mit anderen Sensorprodukten.

6. Zusammenfassung und Ausblick: Resümee der Arbeit und Ausblick auf künftige Validierungsmöglichkeiten.

Schlüsselwörter

Meereis, Fernerkundung, AMSR-E, Mikrowellenradiometer, Eiskonzentration, Eiskante, ASI-Algorithmus, Wetterfilter, Arktis, Antarktis, Strahlungstransfer, MODIS, RADARSAT, Klimasystem.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit?

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Analyse und Auswertung von Daten des satellitengestützten Mikrowellenradiometers AMSR(-E) zur Bestimmung der Meereiskonzentration und der Eiskante in polaren Regionen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Schwerpunkte liegen auf den physikalischen Grundlagen der Mikrowellenfernerkundung, der Algorithmenentwicklung zur Eisbestimmung, der Korrektur atmosphärischer Effekte und der Validierung mittels Satellitenvergleich.

Was ist das primäre Ziel?

Das Ziel ist die Übertragung bestehender Verfahren (ASI und IED) auf das AMSR(-E)-System, um von der hohen räumlichen Auflösung der 89 GHz-Kanäle zu profitieren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es werden passive Mikrowellenradiometrie, analytische Strahlungstransportmodelle und statistische Vergleichsmethoden zur Kalibrierung und Anpassung von Algorithmen genutzt.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die methodischen Grundlagen, die Implementierung des Eiskonzentrations- und Eiskantendetektions-Algorithmus sowie deren umfangreiche Validierung anhand von Vergleichsdaten.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Zu den Kernbegriffen gehören Meereis, AMSR-E, Eiskonzentration, Eiskantendetektion, Wetterfilter und Satellitenfernerkundung.

Wie werden Wetterstörungen korrigiert?

Die Arbeit implementiert verschiedene Wetterfilter, die auf unterschiedlichen Frequenzverhältnissen (GR) und der Polarisationsdifferenz basieren, um Wolken- und Atmosphäreneinflüsse zu minimieren.

Warum ist die räumliche Auflösung der 89 GHz-Kanäle relevant?

Die 89 GHz-Kanäle bieten eine deutlich höhere räumliche Auflösung (ca. 5 km) als tiefere Frequenzen, was für die Beobachtung mesoskaliger Phänomene wie Polynyen oder schmaler Eisstrukturen entscheidend ist.