Sensoren für sichtbares und infrarotes Licht

Sichtbares Licht

Licht, dass unsere Augen sehen können, ist sichtbares Licht der Sonnenstrahlung, das von den Gegenständen um uns reflektiert wird. Dabei reflektieren helle Oberflächen (also Oberflächen mit einer hohen Albedo) einen größeren Anteil der Solarstrahlung als dunkle Oberflächen. Meereis hat eine höhere Albedo als der Ozean, der das Meereis umgibt, wodurch mit Fernerkundungsmethoden mit Sensoren für sichtbares Licht Meereis sehr einfach gemessen werden kann. Es gibt aber einige Einschränkungen dieser Art der Satellitenmessungen für Meereis. Da der Sensor das reflektierte Licht der Sonnenstrahlung misst, können Daten nur erhoben werden, wenn die Sonne scheint, also während des Tages. Die Tatsache, während der Dunkelheit (z. B. im Polarwinter) das Meereis nicht messen zu können, ist ein entscheidender Nachteil dieser Methode. Da auch Wolken sichtbares Licht reflektieren, verhindert ein bewölkter Himmel, dass der Satellit das Meereis unter den Wolken „sehen“ und messen kann. Die eisbedeckten Polargebiete besitzen aber eine Tendenz zur starken Bewölkung, und das Meereis wird circa 70 bis 90 Prozent der Zeit durch Wolken von der Messung abgeschirmt. Deshalb können uns Satellitensensoren, welche das reflektierte Sonnenlicht nutzen, kein komplettes Bild der eisbedeckten Flächen geben.

Infrarotes Licht

Satellitensensoren, welche die reflektierte infrarote Strahlung messen, bestimmen die Menge an Wärme, die von einem Gegenstand bzw. Objekt an der Erdoberfläche emittiert wird. Objekte mit einer durchschnittlichen Temperatur zwischen -50 Grad Celsius bis +50 Grad Celsius emittieren den größten Anteil ihrer Energie in Form infraroter Strahlung. Die reflektierte Sonnenstrahlung wird von Sensoren, die im infraroten Spektralbereich arbeiten bei Wellenlängen von etwa 10-12 μm (thermischer Spektralbereich), aber auch im nahen Infrarotbereich (1,6 μm), gemessen. Infrarote Sensoren können Meereis daher sehr einfach detektieren, da das Meereis im Allgemeinen sehr viel kälter ist als der Ozean, der das Meereis umgibt. Eine typische Wintermeereistemperatur liegt zwischen -40 Grad und -20 Grad, während der Ozean eine Temperatur um den Gefrierpunkt besitzt.

Grenzen der Messungen ergeben sich, da auch Wolken infrarote Strahlung sowohl emittieren als auch absorbieren, wodurch sie die Messung des Meereises verhindern. Meereis schmilzt im Sommer und die Oberflächentemperatur steigt bis zum Gefrierpunkt. Schmelzendes Eis ist daher schwierig zu unterscheiden vom Wasser des offenen Ozeans, da es ebenfalls eine Temperatur um den Gefrierpunkt aufweist. Infrarot-Sensoren, die routinemäßig zur Beobachtung der Eisbedeckung genutzt werden, haben eine räumliche Auflösung von einem bis zu mehreren Kilometern, und erfassen eine Streifenbreite von einigen 100 bis 2.000 Kilometern.

MODIS ist ein Beispiel für einen Sensor, der mit sichtbaren und infraroten Wellenlängen arbeitet. Eis reflektiert sehr stark und erscheint daher sehr hell auf den Bildern dieser Instrumente. AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) oder OLS (Operational Linescan System) sind weitere Beispiele.