Satelliten unterstützen Vorhersage von Meereisgefahren
Die Klimaerwärmung verursacht einen Rückgang und ein Ausdünnen des Packeises, wodurch ein umfangreicher Schiffsverkehr und ein Anstieg von Öl- und Gasexplorations- sowie Bergbauaktivitäten in der Arktis möglich sind. Es herrschen jedoch nach wie vor ernstzunehmende Meereisbedingungen vor, die überwacht werden müssen. Meereisgefahren stehen generell in Verbindung mit der Dicke und Formänderung des Meereises. Das EU-finanzierte Horizont 2020-Projekt SPICES (Space-borne observations for detecting and forecasting sea ice cover extremes) fokussierte sich auf die Erkennung von extremen Meereis-Bedeckungen und die automatische Erstellung von Produkten zur Warnung vor Meereis. „Diese Produkte basieren auf einer Vielzahl von Erdbeobachtungsdaten (Earth Observation, EO), die von weltraumgestützten Sensoren und Modelldaten von numerischen Wettervorhersagesystemen (numerical weather prediction, NWP) stammen“, sagt Projektkoordinator Dr. Jari Haapala. „Wir haben auch eine Vielzahl von In-situ-Schnee- und Meereisdaten sowie luftgestützter Fernerkundungsdaten verwendet, um Meereisprodukte zu entwickeln und validieren“, fügt Dr. Haapala hinzu. Eisdickemessungen Oben auf dem Meereis entstehen Kämme, wenn Wind- und Meeresströmungen Eisschollen zusammenpressen. Hierdurch entstehen große Hindernisse für den Schiffsverkehr, die automatisch über Satellitenbilder erkannt werden. Die Projektpartner entwickelten einen neuen Algorithmus, um die Kammbildungsintensität auf Grundlage von Synthetik-Apertur-Radar-Bildern (SAR) zu erkennen, die sich als wichtiger neuer Parameter für die Eisnavigation erweisen. Der Satellit CryoSat-2 der Europäischen Weltraumorganisation ist auf die Klimaforschung ausgelegt. Wissenschaftler stellten jedoch fest, dass tägliche Trajektoriedaten zur Meereisdicke verwendet werden können, um Extreme in der Meereisbedeckung zu erkennen. „Wir entwickelten ein neues Produkt für die Abschätzung regionaler Dickeänderungen mit täglicher Auflösung sowie für die Erkennung von dickem Eis mit hoher Auflösung“, erklärt Dr. Haapala. In der Eiszone am Rand, an der der Übergang vom offenen Meer zum Eis stattfindet, bilden Wellen „Pfannkucheneis“, das erhöhte Ränder aufweist. Im Zuge von SPICES wurden erfolgreich neue Einsatzdaten für die Entwicklung von Algorithmen zur Entdeckung von Pfannkucheneis entwickelt, welches durch Wellen in Richtung des Packeises getrieben wird, wo es sich ansammelt und gefriert und die Eisdicke weiter verstärkt. Neue Kartierungsverfahren Forscher verwendeten zudem Sentinel-1-SAR-Daten zur Entwicklung einer neuen Methode für die Kartierung der Ausdehnung des Festeises, welches das Meerwasser bedeckt, jedoch an der arktischen Küste „befestigt“ ist. Darüber hinaus verbesserten Wissenschaftler die Verwendung von MERIS, einem Bildspektrometer mit mittlerer Auflösung und Ocean Land Colour Instrument-Sensoren, um die jährliche und regionale Variabilität von Packeis-Albedo (die Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren, das ansonsten absorbiert und zur Klimaerwärmung beitragen würde) und Schmelztümpeln zu erkennen. Schließlich integrierten Forscher die Meereisprodukte in Vorhersagemodelle. „Numerische Experimente mit jahreszeitlichen Vorhersagemodellen des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF) legen nahe, dass die Verwendung von Beobachtungen zur Meereisdicke zu besseren jahreszeitlichen Vorhersagen für Jahre mit extrem geringer Meereisausdehnung im Sommer“, verdeutlicht Dr. Haapala. Die Produkte können durch die Europäische Organisation für die Nutzung von meteorologischen Satelliten, die Satellite Application Facility, nationale Eisdienste und den Copernicus-Dienst zur Überwachung der Meeresumwelt in betriebsfähige Dienstketten integriert werden. Dr. Haapala hat einen großen potenziellen Markt für jahreszeitliche Meereis-Vorhersagedienste vor Augen. „Der Dienst könnte auf einer Partnerschaft zwischen dem ECMWF und nationalen Vorhersagezentren oder Privatunternehmen gründen, wobei das ECMWF globale Vorhersagen durchführt, während wissenschaftliche Einrichtungen und KMU maßgeschneiderte Produkte und Dienstleistungen für Kunden bereitstellen“, lautet die Schlussfolgerung von Dr. Haapala.
Schlüsselbegriffe
SPICES, Meereis, Polarmeere, Sentinel, CryoSat, Meereisklassifizierung, Eisdicke, Albedo, jahreszeitliche Vorhersage
