Das ENSO-Phänomen

Fernerkundung des Meeres

Erkundung der Meere bzw. die Messung ozeanographischer Parameter mit den berührungsfreien Verfahren der Fernerkundung als Teilbereich der Gewässerfernerkundung. Das Messinstrument befindet sich dabei nicht dem speziellen Wasserkörper, von dem ozeanographische Daten gewonnen werden sollen, sondern kann sowohl entfernt davon im Wasser als auch darüber platziert sein. Zu den ozeanographischen Fernerkundungsmethoden zählt auch die Vermessung des Ozeans mit akustischen Instrumenten, die sich im Wasser befinden (Hydrophone). Über dem Wasser können Fernmessinstrumente an der Küste oder auf Meeresplattformen, Schiffen, Hubschraubern, Flugzeugen oder Satelliten installiert sein. Insbesondere die Satellitenfernerkundung, die weltweite Messungen ermöglicht, hat in den letzten Jahren in der Ozeanographie große Bedeutung erlangt.

Ozeane bedecken rund 71 % der Erdoberfläche und entziehen sich alleine durch diese Größe einer bloßen Erforschung und Beobachtung mit in situ-Methoden, sondern sind ideales Objekt für den Einsatz großflächiger Fernerkundung mit bei Bedarf hoher temporaler Auflösung.
Ozeane sind für uns wichtig als Nahrungs- und Rohstoffquelle. Darüber hinaus dienen sie als Transportwege, sind von entscheidender Bedeutung für die Bildung von Wettersystemen und die CO₂-Speicherung, und sie sind ein wichtiges Glied im Wasserkreislauf der Erde. Das Verständnis für die Ozeandynamik ist wichtig für die Abschätzung der Fischvorräte, für die Planung von Schiffsrouten, für die Vorhersage von Auswirkungen von Phänomenen wie El Niño, für die Vorhersage und Beobachtung von Stürmen um die Schadenswirkungen auf Schifffahrt, Offshore-Aktivitäten und Küstensiedlungen zu reduzieren. Aus diesen Gründen gehören zum Studium der Ozeandynamik unter anderem die Informationsgewinnung über Wind und Wellen (Richtung, Geschwindigkeit, Stärke), die Tiefenmessung (Bathymetrie), die Wassertemperatur und die Produktivität der Ozeane (Primärproduktion).
Küsten sind ökologisch empfindliche Schnittstellen zwischen Meer und Land und reagieren auf Veränderungen, die durch wirtschaftliche Erschließungsmaßnahmen, Landnutzungsänderungen hervorgerufen werden. Oft sind Küstenstreifen biologisch vielfältige Gezeitenzonen. Küsten sind häufig stark urbanisiert. Über 60 % der Weltbevölkerung leben in Meeresnähe, was die Küsten unter starken anthropogenen Stress setzt.
Aus diesen Gründen benötigen Behörden weltweit verlässliche Monitoring-Daten um Veränderungen durch Küstenerosion, Verlust natürlicher Habitate, Verstädterung, Abwassereintrag und Belastungen im Offshorebereich zu dokumentieren. Viele Aspekte der Dynamik des offenen Ozeans und der Küstenregionen können mit Hilfe von Fernerkundung überwacht und kartiert werden.

Einige mit Fernerkundung messbare ozeanographischen Größen:

• Rauhigkeit und die Neigung der Wasseroberfläche
• Temperatur der obersten Wasserschicht
• Meeresfarbe
• Oberflächenströmung
• langwelliger Seegang
• Unterwasserbänke in Tidengewässern
• interne Wellen
• ozeanische Fronten und Wirbel
• Ölflecken

Diese direkt messbaren ozeanischen Größen enthalten auch Informationen, die nicht nur die Eigenschaften der Wasseroberfläche wiedergeben. So kann man aus Veränderungen der Rauhigkeit der Wasseroberfläche auch Informationen über Phänomene im Inneren des Ozeans erhalten, z.B. über interne Wellen, und aus Veränderungen der Neigung Rückschlüsse über das ozeanische Strömungsfeld ziehen.

Die elektromagnetischen Wellen, die zur Fernerkundung des Meeres von Satelliten aus verwendet werden, reichen von ultravioletten bis zu Mikrowellen im Bereich von Zentimetern bis Dezimetern. Von der Küste aus werden auch Hochfrequenz-Radare zur Messung von Meeresoberflächenströmungen eingesetzt. Generell kommen sowohl aktive, wie auch passive Sensoren zum Einsatz. Zu den passiven Sensoren gehören photographische Kameras, multispektrale Scanner und Radiometer, die sowohl im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich als auch im Mikrowellenbereich arbeiten. Fotokameras und multispektrale Scanner werden zur Messung der Ozeanfarbe verwendet und Radiometer zur Messung der Wassertemperatur und Windgeschwindigkeit. Zu den aktiven Sensoren gehören das Windscatterometer, das Radaraltimeter und die abbildenden Radargeräte wie das Radar mit realer Apertur (Real Aperture Radar, RAR) und das Radar mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar, SAR).