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Umweltatlas Berlin

04.06 Oberflächentemperatur bei Tag und Nacht (Ausgabe 2001)

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Datengrundlage

Satellitendaten

Seit Anfang der 70er Jahre werden von den Raumfahrtagenturen Erderkundungssatelliten betrieben. Der 1999 neu eingesetzte Beobachtungssatellit Landsat-7 der USA, in dem sich das multispektrale Aufnahmesystem "ETM+ (Enhanced Thematic Mapper)" (TM) befindet, umkreist die Erde in einer annähernd polaren Umlaufbahn in 705 km Höhe (vertiefende Informationen über www.nasa.gov). Bei jedem der etwa 1 1/2 Stunden dauernden Erdumläufe nimmt der Satellit auf der Tagseite der Erde einen 185 km breiten Streifen auf. Innerhalb von 16 Tagen wird die gesamte Erdoberfläche einmal erfaßt; der Bereich des Verflechtungsraumes Berlin wird in etwa 20 Sekunden überflogen. Die digitalen Daten werden durch Funk zur Erde übermittelt und auf Magnetband gespeichert. Seit April 1999 wird das verbesserte Folgeinstrument Landsat 7 eingesetzt. Die von dem Satelliten aufgenommenen Bildstreifen des Thermalkanals bestehen aus Zeilen von je etwa 3 100 einzelnen Bildpunkten (pixel), die am Boden jeweils eine Fläche von 60 m x 60 m abdecken. Dies bedeutet eine 4-fach höhere Auflösung gegenüber der Befliegung mit Landsat 5 im Jahre 1991 (vgl. Karte 04.06 Ausgabe 1993). Tag- und Nacht-Flugrichtung sind nicht identisch, so daß sich im späteren Kartenbild unterschiedliche Ausschnitte ergeben. Aufnahmen zur Nachtzeit des Untersuchungsgebietes müssen vorab gesondert über die Bodenstation der europäischen Weltraumorganisation ESA in Italien bestellt werden.

Die insgesamt 7 Spektralkanäle von Landsat-TM reichen von einer Wellenlänge von 0,45 µm (blau-grünes Licht) bis zu 12,5 µm (Wärme-Infrarot). Dabei stehen zwei Spektralkanäle im thermalen Infrarot zur Verfügung. Die spektrale Auslegung beider Kanäle ist gleich und entspricht Landsat 5 TM.

Zur Darstellung der Oberflächentemperaturen wird der langwellige Wellenlängenbereich zwischen 10,4 bis 12,5 µm aufgenommen. Dieser Bereich der langwelligen Eigenstrahlung der Erdoberflächenelemente kann verhältnismäßig ungestört von den in der Atmosphäre vorhandenen Gasen die atmosphärischen Schichten passieren und wird daher auch als "Infrarotfenster" bezeichnet.

Die Auswahl der zwei Aufnahmen war gekoppelt an die (nicht zu beeinflussenden) Überflugzeiten des Berliner Gebietes jeweils am frühen Abend und Vormittag des darauffolgenden Tages sowie die meteorologischen Anforderungen. Um das Eigenverhalten der Oberflächenstrukturen möglichst ausgeprägt zu erfassen, darf keine Beeinflussung des Untersuchungsgebietes durch Bewölkung, vorherigen Niederschlag oder zu hohe Windgeschwindigkeiten vorhanden sein. Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen konnten für das Sommerhalbjahr 2000 nur die Szenen vom 13.08., 21.45 Uhr MEZ und vom darauffolgenden 14.08., 10.30 Uhr MEZ herangezogen werden. Die meteorologischen Bedingungen an der Station Dahlem der Freien Universität waren:

  • 13.08., 22.00 Uhr MEZ: Bewölkung: 0/8, Windgeschwindigkeit: 3,0 m/s, Lufttemperatur in 2 m Höhe: 19,2 °C
  • 14.08., 10.00 Uhr MEZ: Bewölkung: 1/8, Windgeschwindigkeit: 2,0 m/s, Lufttemperatur in 2 m Höhe: 24,4 °C

Im Vergleich zur vorhergehenden Satellitenbild-Aufnahme aus dem Jahre 1991, die in eine Phase extremer Trockenheit fiel, waren die Bedingungen im Vorfeld dieser Aufnahme abweichend. In der ersten Hälfte des August war die Witterung in Deutschland von einem Wechsel unterschiedlicher Luftmassen und entsprechender Niederschlagsaktivitäten geprägt. Zu Beginn der zweiten Monatshälfte führte ein Hochdruckgebiet zu trockenem und zunehmend wärmerem Wetter, wobei die Temperaturen am 14.08. verbreitet mit Werten größer 30 °C ihr Monatsmaximum erreichten. Dieser Zeitpunkt fiel glücklicherweise mit der Landsat-Überfliegung zusammen.

Geometrische Korrektur

Die geometrische Korrektur der Szenen wurde mittels Paßpunktbestimmung gegenüber den Vektordaten der Bebauungsstrukturen des Informationssystems Stadt und Umwelt sowie der Zuordnung der satellitenbildsichtbaren Objekte durchgeführt. Dabei wurde auch das bei Landsat 7 nunmehr zur Verfügung stehende panchromatische Band 8 mit einer Auflösung von 15 m für die Korrektur aller weiteren benötigten Daten genutzt.

Terrestrische Meßdaten

Zeitgleich wurden vom Fachgebiet Bioklimatologie der TU-Berlin auf ausgewählten großflächigen Arealen am südlichen Stadtrand Berlins Vergleichsmessungen der Oberflächentemperatur durchgeführt sowie die Temperaturen ausgewählter Gewässer registriert. Es bestand somit die Möglichkeit, einen Vergleich berechneter und gemessener Oberflächentemperaturen durchzuführen.

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