Wissen Gute Aussichten: Atmosphäre als 4D-Bild

Zu den größten Herausforderungen für Meteorologen zählt die frühzeitige Vorhersage von räumlich relativ eng begrenzten Wetterereignissen wie Gewitter, Starkregen und Nebel. Die nächste Generation von Wettersatelliten werde auf dem Gebiet große Fortschritte ermöglichen, sagt Hans-Joachim Koppert, Vorstand für den Bereich Wettervorhersagen beim Deutschen Wetterdienst (DWD) in Offenbach. Von besseren Prognosen sollen viele profitieren – Landwirtschaft, Industrie und Gewerbe, Luft- und Schifffahrt, insbesondere auch Flussanlieger im Fall eines Hochwassers.

Die meisten Daten, die beim DWD für Vorhersagen – beispielsweise über die eigene „WarnWetter-App“ – verarbeitet werden, stammen von Satelliten. Den Löwenanteil davon liefern die Wettersatelliten, die von der zwischenstaatlichen Organisation Eumetsat in Darmstadt betrieben werden. Dazu zählen derzeit vier Meteosat-Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn in circa 36.000 Kilometer Höhe über der Erdoberfläche, und drei MetOp-Satelliten in einem rund 820 Kilometer hohen Orbit. Während die Meteosats (Meteorological Satellites) ihre Position relativ zur Erde halten, fliegen die MetOps (Meteorological Operational Satellites) fast den ganzen Globus innerhalb von 24 Stunden ab.

Mehrwert soll Kosten aufwiegen

Bereits Ende vergangenen Jahres ist ein neuer topmoderner Kontrollraum bei Eumetsat, in Langform European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, in Betrieb gegangen. Die dritte Generation der Meteosats, kurz MTG für Meteosat Third Generation, wird voraussichtlich ab 2022 deutlich mehr Daten liefern als die bisherige Flotte, weshalb eine Modernisierung der Infrastruktur auch am Boden notwendig ist. Bei einer Nutzerkonferenz mit Vertretern der 30 Eumetsat-Mitgliedstaaten und mehrerer afrikanischer Länder, namentlich Experten der nationalen Wetterdienste, ist Mitte November in Darmstadt der gewaltige Mehrwert der neuen Messinstrumente im Weltraum deutlich geworden.

Die erwartete Verbesserung der Wettervorhersagen wiege die Kosten von circa vier Milliarden Euro für sechs MTG-Satelliten bei Weitem auf, unterstreicht Eumetsat-Generaldirektor Alain Ratier. „In dem Betrag sind die Kosten für den Bau, für sechs Raketenstarts und zehn Jahre Betriebszeit enthalten“, sagt er. Der Start des ersten MTG-Satelliten ist fürs vierte Quartal 2021 geplant; bis er dann bereit zur Inbetriebnahme ist, werde aber noch bis zu ein Jahr vergehen. Die nächsten beiden Satelliten aus der Reihe sollen Anfang 2023 beziehungsweise Mitte 2025 folgen. Sobald auch der dritte im Bunde Daten liefert, habe das System seine volle Leistungsfähigkeit erreicht, teilt Ratier mit. Ab Ende 2022 sollen zudem zwei Nachfolger für die MetOps in den Weltraum geschossen werden, EPS-SG für Eumetsat Polar System Second Generation genannt. Ihre Daten dienen vor allem längerfristigen Wettervorhersagen und Klimamodellen.

DWD-Experte Hans-Joachim Koppert ist mit Blick auf die MTG-Satelliten zuversichtlich, dass „eine der wichtigsten Herausforderungen für Meteorologen, die schnelle Erkennung und Vorhersage von Extremwetterereignissen, um Einwohner, Behörden und Ersthelfer rechtzeitig warnen zu können“, künftig gemeistert werde. „Die MTG-Daten erreichen meteorologische Dienste wie den DWD schneller und in höherer Auflösung als derzeit“, begründet er seinen Optimismus, Gewitter und Starkregen bis zu zwölf Stunden vor dem Eintreten vorherzusagen.

Bessere Branderkennung

Bereits der Ende 2022 auf der Startrampe stehende erste MTG-Satellit wird laut Koppert am Längengrad Null binnen zehn Minuten (bisher: 20 Minuten) die „ganze Erdscheibe“ von Pol zu Pol abscannen – und das mit 16 statt wie sein Vorgänger mit zwölf Spektral-Kanälen, somit einem höheren Dynamikumfang, und zudem einer räumlichen Auflösung von einem Kilometer (bislang: drei Kilometer). Aufgrund der höheren zeitlichen, räumlichen und vor allem spektralen Auflösung „werden Brände besser erkannt“, nennt der DWD-Vorstand eine Anwendung.

Vom zweiten Meteosat der dritten Generation mit seinem Infrarot-Sounder-Instrument verspricht sich der Experte dann „alle 30 Minuten ein 3D-Bild der Atmosphäre“ – und das wohlgemerkt aus dem geostationären Orbit 36.000 Kilometer über der Erdoberfläche. Bisher würden dieses „Produkt“ bloß die relativ niedrig von Pol zu Pol fliegenden MetOp-Satelliten liefern, aber nur alle sechs bis zwölf Stunden. „Damit ist eine um bis zu 20 Prozent genauere Analyse der Feuchte in der Atmosphäre möglich“, erläutert Koppert. Die Vorhersage schwerer Gewitter werde sich damit erheblich verbessern. „Wir werden sie schon erkennen, bevor überhaupt Wolken zu sehen sind. Damit können wir den Lebenszyklus eines Gewitters erstmals von Anfang bis Ende verfolgen“, sagt er. So gesehen verfüge man dann sogar über ein 4D-Bild der Atmosphäre.

Viel verspricht sich Koppert außerdem von einem neuartigen Instrument zur Erkennung von Blitzen, das bereits an Bord des ersten MTG-Satelliten sein wird. „Damit werden wir nicht nur Blitze aus Wolken zum Boden, sondern auch zwischen den Wolken sehen und damit zur Sicherheit des Luftverkehrs beitragen“, informiert er. Die Fähigkeit der MTG-Flotte, auch Nebel und Vulkanasche in der Atmosphäre zu erkennen, liefere weitere wichtige Daten für Piloten von Passagiermaschinen, aber auch für Privatpiloten.

Hochwasser genauer vorhersagen

Der dritte MTG-Satellit soll dann – voraussichtlich ab 2026 – Scans von Europa alle 2,5 Minuten vollenden; bei einer mit 0,5 Kilometern auch räumlich noch höheren Auflösung als das erste Modell aus der Reihe, teilt Koppert mit. Wenn das MTG-Trio komplett ist, zumal wenn dann auch die polarumlaufenden EPS-SG-Satelliten Daten liefern, lasse sich die Vorwarnzeit vor schweren Gewittern und Starkregen auf besagte bis zu zwölf Stunden verlängern, formuliert der DWD-Experte seine hohe Erwartung. Womit etwa auch Prognosen von Hochwasserereignissen an Flüssen wie dem Rhein genauer ausfielen.

Die Starttermine von MTG vier, fünf und sechs – wie die gesamte Flotte von der Europäischen Weltraumorganisation Esa entwickelt – sind auch schon bekannt: Mitte 2028, Ende 2030 und Ende 2032.