GKSS-Messverfahren WiSAR liefert Blick in den Hurrikan

Dr. Jochen Horstmann und Wolfgang Koch, Wissenschaftler am Institut für Küstenforschung der GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, haben das Verfahren WiSAR (Wind Fields From SAR) entwickelt, dass mittels eines satellitengestützten Radars hoch aufgelöste Windfelder über dem Ozean misst. Insbesondere ermöglicht WiSAR die flächendeckende Messung von Stürmen wie zum Beispiel Hurrikans und Taifunen. Das Verfahren wurde unter anderem schon auf den Hurrikan „Katrina“ angewandt.

Betrachtet man ein herkömmliches optisches Satellitenbild, erkennt man einen Hurrikan an den Wolken, die sich spiralförmig um das Auge des Wirbelsturms drehen. Was sich genau im Inneren des Hurrikans abspielt, bleibt jedoch unsichtbar. Um die dortigen Windgeschwindigkeiten zu ermitteln, durchqueren in der Regel Piloten mit Messflugzeugen den Hurrikan. Trotz der hohen Belastung für Mensch und Technik liefern die so gewonnenen Daten nur punktuelle Momentaufnahmen.

Anders mit dem Verfahren WiSAR der GKSS. Die Wissenschaftler aus Geesthacht erhalten Radardaten von Bord des Europäischen Fernerkundungssatelliten ENVISAT oder des Kanadischen Satelliten RADARSAT-1. Das spezielle Radar (SAR) blickt durch die Wolkendecke und die gewonnenen Daten geben Auskunft über die kleinskalige Rauhigkeit an der Meeresoberfläche. Da diese kleinen Wellen vom Wind verursacht werden, lässt deren Strukturanalyse die Berechung von Windrichtung und Stärke zu.

„WiSAR erlaubt die Ermittlung der Windgeschwindigkeit in einem sehr hoch aufgelösten Raster von 200 Metern über ein 500 Kilometer breites Gebiet und wir sind zusätzlich in der Lage, die Windrichtung bis auf eine Genauigkeit von 18° zu bestimmen“, erläutert der Ozeanograph Dr. Horstmann. Die Genauigkeit der ermittelten Windgeschwindigkeit beträgt 1.5 m/s für Windgeschwindigkeiten kleiner als 20 m/s. Mit den Windfeldern lassen sich unter anderem Aussagen über die Größe des Hurrikanzentrums, dem so genannten Auge, sowie dessen Form und genauen Position treffen. Für den Hurrikan „Katrina“ ermittelten die GKSS-Forscher so mittlere Windgeschwindigkeiten von über 200 Stundenkilometern.

„Mit Hilfe von WiSAR erlangt die Wissenschaft neue Erkenntnisse über die physikalischen Prozesse in einem Hurrikan. In Zukunft könnten diese Bilder in der Lage sein, vernichtende Stürme im Detail vorherzusagen,“ betont Dr. Horstmann von der GKSS. Das Geesthachter Verfahren WiSAR wird derzeit in Florida am CSTARS (Center for Southeastern Tropical Advanced Remote Sensing) der Universität Miami eingesetzt. Ziel der amerikanischen Kollegen ist es, Informationen über Hurrikans in nahezu Echtzeit, den Vorhersagen zur Verfügung zu stellen.

Die Weiterentwicklung von WiSAR zur Bestimmung von Winden mit Orkanstärke ist als Publikation bereits akzeptiert und wird demnächst in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ erscheinen.

Referenz:

Can Synthetic Aperture Radars Be Used to Estimate Hurricane Force Winds? J. Horstmann1, 2, D. R. Thompson3, F. Monaldo3 and H. C. Graber2 1Institute for Coastal Research, GKSS Research Center, Germany. 2Center for Southeastern Tropical Advanced Remote Sensing, University of Miami, Florida, USA. 3Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University, Maryland, USA.