Die High-Tech Radar-Technologie im Einsatz für die Klimaforschung

Der Erdbeobachtungssatellit TerraSAR-X der seit 2007 hochwertige Radardaten für die wissenschaftliche Verwertung liefert, leistet mit seinem Bruder, dem Radarsatelliten TanDEM-X, eine für die Klimaforschung inzwischen unersetzliche Arbeit. Letzterer ergänzt die Mission mit TerraSAR-X zu einer Zwillingsmission und liefert mit Radartechnologie und autonomer Navigationskontrolle ein metergenaues Geländemodell der Erdoberfläche. Der Einsatz hochentwickelter Erdbeobachtungs- und Vermessungstechnologie setzt in der Klimaforschung einen Wendepunkt.

Beobachtungen über geografische und klimatische Veränderungen haben dank der datenreichen Vielfalt, die sich durch die Satellitenmission beider technischen Multitalente ergeben, eine auf internationaler Ebene positive Resonanz erreicht. Die gesammelten Daten liefern wissenschaftlichen Einrichtungen in aller Welt Forschungsmaterial. Die Datenvielfalt liefert Aufschluss über mögliche Gefahren wie Erdbeben oder Tsunamis. Auch der Einsatz zur Beobachtung geostruktureller Veränderungen sind bekannt. So nutzen Umweltschutzorganisationen die Hilfe des Radars zur Entlarvung systematischer Waldrodungen oder des illegalen Abbaus von Waldflächen. Aufgrund der enormen Biomasse und der Menge der Kohlenstoffabgabe durch Verfall oder Abbau, stehen Waldgebiete im Blickfeld der Wissenschaft. Denn in der selben Menge der Kohlenstoffanteile, entsteht in der Atmosphäre das Treibhausgas CO2. Der TanDEM-X Blog des DLR gewährt dazu Einblicke durch Vorträge aus dem „Science Meeting“.

Vom 17. bis 20. Oktober 2016 nimmt die technische Leistung der Satellitenmissionen in rund 200 Präsentationen greifbare Gestalt an. Kaum ein Bereich der Klimaforschung bleibt unberührt. Die Forschung liefert Ergebnisse aus den Bereichen Glaziologie, Permafrost, Hydrologie, Meereis, Hangrutschung, Landwirtschaft, Wald, Vulkanologie, Ozeane und Küsten. Daneben die Methoden zur Erstellung digitaler Geländemodelle. Selbst die auf Landkarten bislang strukturlosen, flachen und weißen Flächen der Antarktis und in Grönland werden dank kalibrierter Radarinstumente und einer speziellen Datenverarbeitung mit dem TanDEM-X-Höhenmodell genau vermessen. So sind die technische Erfassung der Eisschmelze und der Höhenveränderungen möglich. Denn die glätten Oberflächen von Schnee oder Eis führen durch das Fehlen markanter Referenzpunkte zur ungenauen Zuordnung der Bildpunkte und damit zum Bildrauschen.

Für Klimaforscher und Geowissenschaftler eine neue Dimension der Forschungsmöglichkeiten. Die technische Umsetzung des TanDEM-X wurde im Auftrag des DLR, gemeinsam mit Airbus Defence and Space verwirklicht. Planung und Durchführung sind im Verantwortungsbereich der DLR. Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme ist gemeinsam mit dem DLR-Inst. für Methodik und Fernerkundung und dem Deutschen Fernerkundungszentrum am Betrieb des Bodensegments der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X beteiligt. Der ohnehin als technischer Meilenstein geltende Fortschritt wird durch ein Nachfolgesystem, dem sogenannten HRWS (High Resolution Wide Swath), ergänzt. Das DLR möchte mit dieser Systemerweiterung, dessen Start für 2022 geplant ist, die Kontinuität im bislang bewährten X-Frequenzbereich sicherstellen. Wenn man die ambitionierten Forschungsergebnisse neben das bevorstehende Projekt des Missionsvorschlags Tandem L stellt, wird einem klar, dass die Erdbeobachtung nicht technisiert genug sein kann.

Diese High-Tech Radarmission hat sich zum Ziel gesetzt, wichtige Umwelt- und Klimaparameter global und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen. In Zahlen bedeutet das die Bewerkstelligung eines dreidimensionalen Abbilds der Landmasse unserer Erde im acht Tage Rhythmus. Und das von zwei Satelliten. Dieses Zeitintervall soll den dynamischen Prozessen der Erde gerecht werden. Beteiligt an den Vorstudien der Mission Tandem-L sind Wissenschaftler der Helmholtz-Zentren. Ihre Ergebnisse und die Rolle der Technologie in der Bewältigung umweltrelevanter Herausforderungen, erläutern die Forscher nun auf dem „Science Meeting „ in Oberpfaffenhofen. Dienlich wäre Tandem-L insbesondere den Erdbebenforschern und der systematischen Beobachtung von Gletscherbewegungen und Schmelzprozessen. Technischer Highlight sind die längeren Wellenlängen die mit 24 Zentimeter sogar die Flächenstruktur unter der Vegetation sichtbar machen. Neue Technologien wie der polarimetrische SAR-Interferometrie, ermöglichen selbst die dreidimensionale Darstellung des Waldes. Insgesamt ist es die Vorstellung eines komplementären Systems,in dem alle Beobachtungsinstrumente ergänzend arbeiten und so eine differenzierte und breitgefächerte Forschungsgrundlage schaffen.