Was bedeuten helle flecken auf satellitenbildern

Warum schmeckt das Meer salzig? Wie viele Sandkörner sind an einem Strand? Wo endet das Universum? Und wie sieht dieses Ende dann aus? Wer kennt diese Fragen nicht, auf die man schon immer einmal eine Antwort haben wollte? Wir haben in unserem FAU-Forschungsmagazin friedrich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern „Große Fragen“ gestellt – auch wenn es möglicherweise nicht immer eine Antwort gibt.

Unsere Frage, ob es noch weiße Flecken auf der Landkarte gibt, beantwortet Prof. Dr. Matthias H. Braun, Leitung der Professur für Geographie.

Wenn man es klassisch kartografisch betrachtet: Nein! Mittlerweile gibt es für jeden Flecken der Landoberfläche ein Satellitenbild und Höheninformation, womit eine gewisse Grundinformation verfügbar ist. Dies gilt selbst für die abgeschiedensten Gebiete wie den Südpol, für dessen Kartierung eigens Satelliten zeitweise auf die andere Seite gerichtet oder in ihrer Umlaufbahn gedreht wurden.

Andererseits gibt es noch viele wirklich weiße Flecken auf der Landkarte – und ich hoffe sehr, dass dies auch noch lange so bleibt. Denn diese weißen Flecken in Landkarten bedeuten meist Eis oder Schnee. Da ich mich in meiner Forschung insbesondere mit der Veränderung der Gletscher und Eismassen der Erde befasse, wünsche ich mir natürlich, dass uns meine Forschungsobjekte noch lange erhalten bleiben. Über viele dieser Gebiete wissen wir momentan jedoch noch sehr wenig. Wie verändern sie sich unter wechselnden Klimabedingungen? Wie viel Eis gibt es dort überhaupt? Diese Wissenslücken wollen wir mit Messungen vor Ort sowie Methoden der Satellitenfernerkundung und geophysikalischen Modellierungen schließen.

Der friedrich – das Forschungsmagazin der FAU

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Dieser Artikel erschien zuerst in unserem Forschungsmagazin friedrich. Die aktuelle Ausgabe wirft einen Blick zurück in die 275-jährige Geschichte der Universität. Darüber hinaus beschäftigen es sich mit Fragen, die die Wissenschaft hier und heute bewegen: Was macht gute Wissenschaft aus? Muss Wissenschaft nützen? Wann ist Scheitern erfolgreich? Die Jubiläumsausgabe wagt aber auch einen Blick in die Zukunft. Denn obwohl wir heutzutage so viel mehr wissen als noch vor 200 Jahren, existieren immer noch jede Menge offener Fragen, auf die es Antworten zu finden gilt.

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Die Großen Fragen

Seit jeher haben die Menschen Fragen gestellt. Fragen nach dem Warum, Fragen nach dem Wie, Fragen nach dem Wohin. Wir haben FAU-Wissenschaftlern 22 große Fragen der Menschheit gestellt. Sie finden Sie alle in unserem Forschungsmagazin friedrich sowie nach und nach online in der Reihe „Die großen Fragen“

Jeder einzelne Kanal von METEOSAT beinhaltet Daten, die für jedes Bildelement Werte von 0 bis 1024 (10-Bit-Daten) annehmen können. Für die Darstellung am Monitor werden diese auf 0 bis 255 umgerechnet. In der Darstellung erscheinen kleine Werte dunkel, große Werte hell. Wie in den Darstellungen zu den einzelnen Kanälen bereits ausgeführt, ist der Informationsgehalt bei jedem Kanal eingeschränkt. Meist ist es notwendig, die Informationen mehrerer Kanäle gemeinsam auszuwerten, um bestimmte Informationen zu erhalten. Dieses erfolgt günstigerweise durch die sogenannten Farbkompositbilder oder auch RGB-Bilder.

Jede Farbinformation lässt sich als Kombination von drei Teilinformationen deuten. Dieses können z.B. Farbton, Sättigung und Helligkeit sein oder auch drei Grundfarben. Üblicherweise werden hierbei Rot, Grün und Blau genannt. Das lässt sich umgekehrt dazu nutzen, mehrere Bilder gleichzeitig auszuwerten. Hierzu werden mehrere Schwarz-Weiß-Bilder (= Satellitenbilddaten eines Kanals) auf den Rot-, Grün- und Blaukanal eines Farbbildes gelegt. Erscheint dann das Farbkomposit z.B. rot, so beinhaltet der Satelliten-Kanal, der auf dem roten Farbkanal liegt, hohe Werte, während sowohl der grüne als auch der blaue Kanal gleichzeitig niedrige Werte messen.

Durch geeignete Kombinationen von Kanälen ist man in der Lage, bestimmte meteorologische Elemente besonders herauszuheben. Dies beschränkte sich bei den Meteosat–Satelliten der alten Generation auf die Kombination von sichtbarem und infrarotem Kanal. Bei MSG ist die Kombinationsvielfalt enorm. Nachfolgend sollen die wichtigsten Kanalkombinationen vorgestellt werden. Die Kanalkombinationen werden grundsätzlich in der Form (Kanal1/Kanal2/Kanal3) dargestellt, was die Belegung der roten, grünen und blauen Farbbalken mit ebendiesen Kanälen bedeutet. Sofern ein Kanal zuvor invertiert wird, so erhält die Kanalnummer ein “i”. Teilweise werden die Kanäle werden kontrastverstärkt, um die gewünschten Effekte deutlicher darzustellen.

Fotoechte Darstellungen

Die Kombination der sichtbaren Kanäle in der Form (VIS008/VIS008/VIS006) erzeugt nachfolgend gezeigtes Bild, was nahezu fotorealistisch wirkt. Vegetationsflächen erscheinen in einem Grünton, Erdoberflächen ohne Vegetation grau–braun, Wolken in Grautönen bis weiß. Gerade bei dünnen Wolken ermöglicht dieses Bild eine Unterscheidung zwischen Wolke und Untergrund.

Fotorealistische Kanalkombination (VIS008 / VIS008 / VIS006)

Einen ähnlichen Eindruck erhält man, wenn man den VIS008 durch den hochauflösenden Kanal HRV ersetzt. Es sind bei der Kombination (HRV/HRV/VIS006) mehr Details zu erkennen.

Fotorealistische Kanalkombination (HRV / HRV / VIS006)

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Sandsturm

Kombination Sandsturm- (IR120-IR108 / IR108-IR087 / IR108)

Keine der vorhergehenden Kombinationen ist gut in der Lage, Sand oder Staub über Landflächen zu detektieren. Hierzu dient die hier dargestellte Kombination, die nicht nur einzelne Kanäle auf das RGB legt, sondern Differenzen von Kanälen. Damit erhöht sich der Informationsgehalt weiter. Genutzt wird die Kombination (IR120-IR108/IR108-IR087/IR108), jeweils mit eingeschränktem Wertebereich der Differenzbilder, um auch kleine Differenzen ausmachen zu können. Diese Farbkombination hat nichts mehr mit auch nur teilweise realistischen Farben zu tun. Vegatation erscheint in einer Art schmutzigem Rosa, vegetationsfreie Landoberflächen sind je nach Temperatur gelb bis weiß. Wasserflächen sind hellblau. Bei Wolken lassen sich leicht hohe und tiefe Wolken unterscheiden. Tiefe Wolken sehen bräunlich aus, während hohe Wolken rot, dunkelrot oder sogar schwarz (Zirren) erscheinen. Selbst Kondensstreifen sind leicht als schwarze Striche auszumachen. Besonders interessant ist die Möglichkeit, Sand oder Staub als sattrosa Wolken zu sehen. Hierbei ist kein Unterschied zwischen Land und See auszumachen.

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Unterscheidung hoher und tiefer Wolken (tags)

Kombination zur Eiswolkenerkennung (VIS006 / VIS008 / IR108)

Die hier vorgestellte Kombination (VIS006/VIS008/IR108) entspricht im wesentlichen der ersten METEOSAT-Generation bekannten Kombination. Der VIS008 auf dem grünen Kanal sorgt für eine grünlich erscheinende Vegetation im wolkenfreien Fall. Tiefe Wolken, bei denen die Reflektion in beiden VIS-Kanälen ähnlich ist, die aber im reinen Infrarotbild dunkel erscheinen, werden in Gelbtönen dargestellt. Mit zunehmender Höhe der Wolken (und damit abnehmender Temperatur) wächst der Blauanteil im Bild, so dass hochreichende Konvektion hell bis weiß erscheint, insbesondere semitransparente Cirren in bläulichen Tönen. Hohe und tiefe Wolken können bei dieser Kombination unterschieden werden.