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Scatterometer

Bild 1:

Figure 1: Beobachtung eines pazifischen Wirbelsturmes mit dem Scatterometer SEAWINDS des Satelliten QuikSCAT
(© 2002 NASA)

Scatterometer

Ein Scatterometer ist ein spezielles Radargerät zur Messung des Rückstreufaktor einer elektromagnetischen Welle. Es vollführt eine Präzisionsmessung des reflektierten Signals und kann als eine Art nicht-bildgebendes Wetterradar verwendet werden. In der Meteorologie ist die Hauptanwendung der Scatterometrie die Messung, Bestimmung und Analyse von Windgeschwindigkeiten und -richtungen über den Ozeanen.

Die besonderen Eigenschaften der Rückstreuung von Messungen über den Ozeanen lassen dabei Rückschlüsse auf die Geschwindigkeiten und die Richtung des Windes zu. Bei schrägem Einfallswinkel wird die Rückstreuung durch vom Wind verursachte Wellenanteile dominiert (Bragg-Resonanz). Die Radarrückstreuung der Meeresoberfläche wird aus drei verschiedenen Richtungen gemessen. Aus der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels wird so der Abstand zwischen den Wellenbergen bestimmt. Aus diesen Daten kann die Oberflächengeschwindigkeit des Windes ermittelt werden.

Zum Beispiel mit dem NASA Quick Scatterometer (QuikSCAT). Das Radar sendet auf 13,4 GHz mit 110 W Impulsleistung bei einer Impulsfolgefrequenz (PRF) von 189 Hz. Eine rotierende Parabolantenne mit 1 m Durchmesser erzeugt zwei schmale symmetrische Antennendiagramme mit denen bei jedem Orbit ein 1 800 km breiter Schwad erfasst werden kann (das sind etwa 90% der Erdoberfläche). Dabei werden über den Ozeanen Windgeschwindigkeiten von 3 bis 20 m/s gemessen, mit einem Auflösungsvermögen von 2 m/s. Die Windrichtung kann mit einer Genauigkeit von 20° bestimmt werden. Die Entfernungsauflösung der berechneten Windvektoren beträgt 25 km.

Scatterometer werden zwar vorwiegend in Satelliten eingesetzt, es sind jedoch auch Bodengeräte möglich. Mit der Hilfe von Mikrowellen kann die Streustrahlung des im Untergrund enthaltenen Wassers ausgewertet werden. Die vom Wasser reflektierte Energie wird analysiert und lässt Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Untergrundes zu. So lassen sich Daten für die potenzielle Ausdehnung von zum Beispiel Meereis, der Permafrostgrenze, tropische Vegetationsflächen oder von Wüsten erheben.