Der Aeolus-Satellit und sein Nutzen

Aeolus war in der griechischen Mythologie der von Zeus als Herrscher über die verschiedenen Winde eingesetzte Günstling der Götter. Darauf beruht die Namensgebung des gleichnamigen Satelliten mit indirekter Windmessung durch Fernerkundung.

Direkte Beobachtungen von Winddaten haben eine begrenzte räumliche Abdeckung im globalen synoptischen Beobachtungssystem. Aeolus schließt diese Lücke zumindest teilweise, leistet damit einen wichtigen Beitrag zur numerischen Wettervorhersage (NWP) im Allgemeinen und verbessert die Initialbedingungen für Wettervorhersagen im Speziellen.

Die Bestückung des Aeolus-Satelliten ist das erste funktionierende weltraumgestützte Doppler-Wind-Lidar der Welt und das erste weltraumgestützte Lidar Europas. Wind-LiDAR (Light Detection And Ranging) stellt ein optisches Fernerkundungsverfahren zur Messung von horizontaler Windgeschwindigkeit und Windrichtung dar. Dabei wird sich der Doppler-Effekt zu Nutze gemacht, indem aus der Frequenzverschiebung zwischen ausgesendeten und empfangenen Laser-Signal aufgrund der Reflexion an Luftmolekülen (Rayleigh-Streuung) und Wassertröpfchen oder Aerosolen (Mie-Streuung) in der Erdatmosphäre Betrag und Richtung von Windvektoren berechnet werden. (siehe mehr dazu im aktuellen Newsletter des ECMWF).

Ziel der Mission ist die Anwendung dieser neuartigen Technologie im Weltraum zum Zweck der Wettervorhersage und zur Verbesserung des Verständnisses der atmosphärischen Dynamik, insbesondere in den Tropen

Der größte Teil der Aeolus-Windabdeckung stammt von der Rayleigh-Streuung (Rückstreusignal von Luftmolekülen bei wolkenfreien Verhältnissen), aber die Mie-Streuung (partikelförmige Rückstreuung von Wassertröpfchen und Aerosolen) haben eine deutlich kleinere Fehlerrate und weisen eine bessere horizontale Auflösung als die Rayleigh-Winde auf.

Der neueste Datensatz ab 2021 ergab die bisher größte positive Auswirkung von Aeolus auf die Kurz- und Mittelfristvorhersagen des EZMWF-Modells in Reading, mit statistisch signifikant positiver Auswirkung auf Wind-, Temperatur-, Geopotential- und Feuchtevorhersagen in der tropischen und polaren Troposphäre sowie der unteren Stratosphäre.

Aeolus hat über die numerische Wettervorhersage hinaus auch andere wichtige Anwendungen. Insbesondere die Forschung im Bereich der Atmosphärendynamik hat von den Aeolus-Winden profitiert, um Schwerewellen, äquatoriale Wellen, plötzliche Stratosphären-Erwärmungen (SSW) sowie die Überwachung der Quasibiennalen Oszillation (QBO) in der äquatorialen Stratosphäre zu untersuchen.

Die Aeolus-Winde erweisen sich darüber hinaus als hilfreich, um andere satellitengestützte Windbeobachtungen zu verifizieren und nachfolgend zu verbessern, z. B. atmosphärische Bewegungsvektoren.

Als erstes hochspektrales Lidar im Weltraum liefert Aeolus auch optische Eigenschaften im UV-Bereich (Ultraviolett). Diese werden in der Forschung über die Zusammensetzung der Atmosphäre verwendet, z. B. für den Rauch von Waldbränden, den Staub der Sahara, die Plume von Vulkanausbrüchen und die Assimilation von Daten über die Zusammensetzung der Atmosphäre.

Diese einzigartige Fähigkeit eines Doppler-Wind-Lidars, dynamische und optische Eigenschaften simultan zu erfassen und zu messen, sollte in Zukunft weiter genutzt werden – in etwa für gekoppelte Vorhersagen der atmosphärischen Zusammensetzung mit Wolkenvorhersagen.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.11.2022
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