Wetter-Satelliten

• 1960: Erste Fernsehkamera auf dem Satelliten Tiros in der Erdumlaufbahn.
• 1966: Erste Daten der ESSA-Satelliten können vom Deutschen Wetterdienst empfangen werden.
• 1970: Die NASA startet den ersten Satelliten der NOAA-Serie.
• 1975: Der erste Satellit vom GOES-Typ (NASA) wird gestartet, auch die Sowjetunion bringt mehrere meteorologische Satelliten ins All.
• 1977: Der erste Satellit der Meteosat-Reihe wird von der ESA in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht.

Geostationäre Wettersatelliten

Geostationäre Satelliten fliegen auf einer Höhe von 35.800 km über dem Äquator. Da sie sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit um die Erde drehen wie die Erde um sich selbst dreht ("Erdrotation"), stehen sie an einem festen Punkt über der Erde. Die Meteosat-Satelliten müssen zusätzlich noch um ihre eigene Achse rotieren, um sich zu stabilisieren.

Geostationäre Satelliten haben den Vorteil einer hohen zeitlichen Auflösung; man erhält ca. alle 5 bis 30 Minuten ein neues Bild und kann somit die zeitliche Entwicklung von Wettersystemen gut beurteilen. Ein großer Vorteil liegt auch darin, dass bei jeder Aufnahme derselbe Bildausschnitt erfasst wird. Man kann Satellitenfilme erstellen, so genannte Loops; diese zeigen das vom Satelliten Aufgezeichnete im Zeitraffer. Sämtliche auch aus den Medien bekannte (Wetter-)Satellitenfilme stammen von geostationären Satelliten. Die räumliche Auflösung liegt im Kilometerbereich (ca. 1 bis 5 km im Subsatellitenpunkt, also im Punkt der Erdoberfläche senkrecht unter dem Satelliten). Ein geostationärer Satellit sieht etwa 2/5 der Erdoberfläche. Rechnerisch kann man also mit drei Satelliten die Erde fast vollständig beobachten. Zu allen vier Bildrändern hin wird die Auflösung immer schlechter (am oberen Bildrand sieht man die Arktis; am unteren die Antarktis), weil dort keine senkrechte Aufsicht durch den Satelliten mehr möglich ist.

Anfang 2017 waren unter anderem folgende geostationären Satelliten im Einsatz:

• zwei Meteosat-Satelliten von EUMETSAT (Meteosat-9 bei 0° westlicher Länge und Meteosat-7 bei 57° östlicher Länge)
• drei GOES Satelliten der amerikanischen Wetterbehörde NOAA (GOES-13 bei 75°, GOES-14 bei 105° und GOES-15 bei 135°)
• ein dritter Satellit der Meteosat Reihe (Meteosat-8) arbeitet im 'Rapid Scan Service' (RSS) bei 9.5° östlicher Länge und dient auch als Reserve für Meteosat-9
• daneben sind auch Satelliten des japanischen MSAS, der chinesischen Fengyun und die indischen Insat Baureihe für meteorologische Zwecke im Einsatz

• der GOES-16, ein 2016 in Betrieb genommener Satellit, beobachtet mit einer hochauflösenden Kamera das Wetter.

Polarumlaufende Wettersatelliten

Polarumlaufende Wettersatelliten fliegen auf einer polaren, sonnensynchronen Bahn in ca. 800 km Höhe (siehe auch sonnensynchroner Orbit, SSO). Ein Umlauf dauert etwa 100 Minuten. Somit wird die Erdoberfläche in 12 Stunden einmal komplett abgetastet. Dem Nachteil der geringen Bildwiederholfrequenz steht der Vorteil der guten räumlichen Auflösung (100 bis 1000 m, auch im Bereich der Erdpole) gegenüber.

Empfangssystem für polar umlaufende Wettersatelliten im 137-MHz-Bereich "Rohde & Schwarz"- Drehstand (Baujahr ca. 1965)

Zusammen mit den geostationären Satelliten kann die Erde damit lückenlos beobachtet werden.

Polarumlaufende Wettersatelliten werden von EUMETSAT (MetOp-Satelliten), den USA (NOAA-Typ), China (Fengyun) und Russland (Meteor) betrieben.

Aufgaben von Wettersatelliten

• Analyse der aktuellen Wetterlage (synoptische Meteorologie), besonders auch in nicht oder nur schwer zugänglichen oder dünn bevölkerten Gebieten, damit Meteorologen eine genaue Übersicht über das wetterwirksame Geschehen erhalten (also u. a. Druckgebiete und Wolkenformen); also muss die räumliche Auflösung der Bilder hinreichend groß sein bei kleiner zeitlicher Auflösung.
• Verwendung als Eingabe in Wettervorhersagemodellen (Assimilation) und Überprüfung der Genauigkeit von Wettervorhersagen
• Ermittlung von vertikalen Gradienten verschiedener Größen, beispielsweise der Temperatur, vor allem über Ozeanen und anderen Arealen ohne bzw. mit wenig Bodenmessungen
• auch Atmosphärenforschung (Meteorologie, Klimatologie, Aerologie), weil dafür immer weniger Gelder für eigene Systeme zur Verfügung stehen

Funktionsweise und Datenauswertung

Wettersatelliten tragen als Nutzlast bildaufnehmende Sensoren (Radiometer). Diese messen die Strahlung in verschiedenen Spektralbändern (den Kanälen), hauptsächlich im sichtbaren und infraroten Bereich, gelegentlich auch im Mikrowellenbereich. Zur richtigen Interpretation der Daten muss man die Strahlungsgesetze der Physik anwenden. Im infraroten Bereich strahlt die Erde mit einer Durchschnittstemperatur von 15 Grad Celsius.

Die meisten Wettersatelliten können auch die elektromagnetische Strahlung der Erdoberfläche und der Erdatmosphäre messen. Wird die Strahlung nur detektiert, spricht man von passiven Instrumenten, im Gegensatz zu aktiven Instrumenten, bei denen Radar- oder Laserstrahlen ausgesendet werden und das reflektierte Signal gemessen wird.

Der sichtbare (solare) Kanal des Wettersatelliten (abgekürzt mit Vis für engl. visible) misst ausschließlich die von Erde und Atmosphäre reflektierte Sonneneinstrahlung. Da Wolken aus Wassertropfen besonders stark reflektieren, erscheinen sie in den Vis-Kanälen sehr hell, im Gegensatz zu Wolken aus Eiskristallen, die im nahen Infrarot am stärksten absorbieren und daher in diesen Kanälen dunkel erscheinen. Somit können die verschiedenen Wolkenarten unterschieden werden. Aus der Kombination der Daten aus den verschiedenen Infrarot-Kanälen kann man auf die verschiedenen vertikalen Wolkenschichten schließen. Aus Wolkenverlagerungen in aufeinander folgenden Bildern kann die Windrichtung bestimmt werden.

Da das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche vom jeweiligen Bodentyp (der so genannten Albedo) abhängt, kann der Untergrund durch den Vergleich der Spektren verschiedener Vis-Kanäle identifiziert werden, besonders gut funktioniert die Unterscheidung bei den verschiedenen Vegetationen, was in der neueren Meteosat-Generation (MSG) zum Einsatz kommt. Sind keine störenden Wolken vorhanden, kann man mittels der Schwarzkörperstrahlung die Temperatur des Bodens oder der Meeresoberfläche bestimmen, was ebenfalls wichtig für die Erstellung von Wettervorhersagen ist.

Da von Satelliten ausgesandte Sendeenergie an Wasserwellen gestreut werden und es somit aufgrund des Dopplereffekts zu einer Änderung der Frequenz des Echosignals kommt, können mit Wettersatelliten auch Wellenbewegungen gemessen werden. Eine weitere Möglichkeit ist, mittels langwelliger Radargeräte die Größe der Wellen frequenzabhängig durch die Bragg-Streuung zu messen.

Die Wettervorhersage für den Kürzestfristbereich (ein bis drei Stunden), das so genannte Nowcasting, wird direkt aus den Satellitenbildern gewonnen. Für weitergehende Vorhersagen wird eine Zeitreihe aus zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildern erstellt und die Entwicklung in die Zukunft ausgeweitet. Da das Nowcasting deutlich sichere Vorhersagen macht, muss das Netz an Daten für eine sichere Prognose sehr engmaschig sein, weswegen man dafür die hochauflösenden Wettersatelliten verwendet.

Weiterhin sind Einrichtungen zur Kommunikation an Bord der Wettersatelliten, z. B. zum Empfang von Wettermeldungen von automatischen Wetterstationen und zur Ausstrahlung der aufgenommenen Satellitenbilder (Wetterfunkdienst über Satelliten).

NOAA

Die American National Oceanic and Atmospheric Administration, kurz NOAA betreibt Wettersatelliten im All, die permanent die Erde in einer Höhe von ca. 850 Kilometern umkreisen. So ein Satellit ist ca. 4 Meter lang, 2 Meter breit und wiegt rund 1,5 Tonnen.

Satelliten Frequenzen

Der Empfänger muss in der Lage sein, ein 44 kHz breites FM Signal zu empfangen. Die meisten Funkscanner haben kaum mehr als 10 kHz. Bei SDRsharp (RTL SDR Stick) kannst Du die Filterbreite nachträglich ändern (hacken) und verändern.

• NOAA 15: 137,6250 Mhz FM
• NOAA 17: 137,5000 Mhz FM ... außer Betrieb
• NOAA 18: 137,9125 Mhz FM
• NOAA 19: 137,1000 Mhz FM

Empfänger

RTL SDR Stick

Die preiswerteste Möglichkeit ist ein RTL SDR Stick. Ich bin mit dem NooElec sehr zufrieden.

Um das sehr breite Signal des NOAA Satelliten dekodieren zu können, musst Du die Filterbreite anpassen.

Im Video wird es genau beschrieben, welche Datei Du wo verändern musst.

Dann musst Du auch noch die Breite im SDRsharp selber richtig einstellen.

SDRsharp Filterbreite

"SDRsharp.exe.config" auf 50.000 ändern

Antenne

Weil der Satellit sich mit hoher Geschwindigkeit auf Dich zu bewegt und wieder weg bewegt, entsteht der sogenannte "Doppler Effekt" (nach Christian Doppler). Wenn ein Krankenwagen mit Sirene an Dir vorbei fährt hört sich das so an, als würde der Ton sich verändern. Tut er aber gar nicht. Durch die Geschwindigkeit werden die Schallwellen verformt und das äußert sich dann im "verbogenen Ton".

Deshalb braucht man eigentlich eine Spezialantenne. Ich empfange seltsamerweise mit einer normalen Groundplane Antenne für 2 Meter (Amateurfunk) erstklassige Bilder. Und noch seltsamer ist die "Regenschirm Antenne", die ich tatsächlich aus einem normalen Regenschirm gebaut habe. Sie erzeugt ebenfalls hervorragende Bilder.

Allerdings ist so ein Regenschirm hoch oben auf dem Dach eine Einladung für Blitze und deshalb nur mit entsprechender Erdung zu empfehlen. Aber eigentlich braucht man wie gesagt eine Spezialantenne.

Quadrifilar Antenne

Dies ist eine Spezialantenne für den Dopplereffekt. Sie eigent sich für alle Flugbahnen. Und hier ist eine sehr gute Bauanleitung.

Eine Quadrifilar Antenne ist eine verdrehte Antenne. Sie wird unter anderem auch manchmal bei Wettersonden eingesetzt, wie das Bild rechts zeigt. Sie ist etwas anspruchsvoller von der Bauart aber viele haben sie schon nachgebaut.

Software

WXtoImg

Der neuseeländische Programmierer Craig Anderson dieses hervorragenden und kostenlosen Programms ist unbekannt verschollen. Aber einem engagierten Fan ist es zu verdanken, dass er die Website gespiegelt hat und wir die eigentlich kostenpflichte Pro Version jetzt kostenlos bekommen.

Mit der Pro Version macht es dann so richtig Spaß! Du kannst jedes Bild mit Deinen persönlichen Angaben ausgeben lassen. Als Copyright sozusagen. Du kannst die Software komplett im Automatikmodus laufen lassen. Mein Rechner war einen Stock höher und sendete über Netzwerk die Bilder ins Erdgeschoss. Das ganze lief mehrere Wochen fehlerlos und zeichnete ein Bild nach dem anderen auf, ohne mein Zutun.

2018 Professional Edition Upgrade Key

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Video WXtoImg Pro Version kostenlos

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