Hintergrund
Wie salzig ist die Oberfläche unserer Weltmeere und wie feucht ist die Erde der Kontinente? Wie beeinflusst beides den globalen Wasserkreislauf und wie beeinflusst der Wasserkreislauf beides? Diese Fragestellungen sollen durch die Fernerkundungssatellitenmission SMOS (Soil Moisture & Ocean Salinity) der Europäischen Weltraumagentur ESA beantwortet werden.
Die ESA Mission SMOS hat zum Ziel, genauere Daten über den globalen Wasserkreislauf zu messen. Der Wasseraustausch zwischen Erde, Ozean und Atmosphäre ist einer der maßgeblichen Faktoren, der das Wetter und Klima bestimmt.
Die Ozeane sind die größten Wasserspeicher der Erde und bedecken den größten Teil der Erdoberfläche. Sonnenenergie erwärmt das Wasser. Durch Verdunstung, vor allem an der Meeresoberfläche, in geringerem Umfang auch auf dem Festland, entsteht Luftfeuchtigkeit. Weil dieser Wasserdampf leichter ist als Luft, steigt er nach oben in die Atmosphäre. Dort ist es kälter als auf der Erde, deshalb kühlt der Wasserdampf ab und kondensiert. Dabei entstehen Wolken. Der Wind transportiert die feuchte Luft zum Festland. Wenn die feuchte Luft auf kalte Luftschichten trifft, so schiebt sie sich darüber und steigt auf (Warmfront), ebenso wenn sie auf Bergflanken trifft (Konvektion). Wenn die Luft aufsteigt, kühlt sie sich weiter ab. Kalte Luft kann aber weniger Feuchtigkeit aufnehmen als warme. Wenn die Wolken also bereits mit kondensiertem Wasser gesättigt sind, kommt es zu Niederschlägen, und das Wasser fällt in Form von Regen, Schnee oder Hagel zur Erde zurück (siehe Wasserkreislauf oben).
Durch die Verdunstung und den Niederschlag über den Ozeanen wird der Salzgehalt der Ozeane verändert. Ozeansalzgehalt und Wassertemperatur sind die Haupteinflusskomponenten auf die Dichte des Wassers, welche ein bestimmender Faktor der Ozeanzirkulation ist. Sie spielen somit eine tragende Rolle zur Regulierung der klimatischen Verhältnisse. Die untere Abbildung zeigt eine Illustration der globalen Ozeanzirkulation, die z.B. Wärme in die nördlicheren Breitengrade trägt. Wassertemperatur wird schon seit vielen Jahren routinemäßig per Satellit erfasst und die Fernerkundung der Salzgehalte ist somit ein wichtiger Zusatz für unser Wissen der Ozeanzirkulation.
Abbildung: Ozeanzirkulation
Messungen der Bodenfeuchte sind wertvolle Stützen für meteorologische und hydrologische Modellierung und so von enormer Wichtigkeit für das Vorhersagen extremer Wetterereignisse und deren Auswirkungen. Der Wassergehalt des Bodens hat unmittelbaren Einfluss auf die Energie- und Feuchteflüsse an der Erdoberfläche. Er beeinflusst steuernd den Anteil der Verdunstung der Landoberfläche und stellt das für das Pflanzenwachstum verfügbare Wasserreservoir dar. Zudem hängt der Anteil des fallenden Niederschlags, der direkt in ein Gewässer gelangt bzw. in den Boden versickert von der bereits vorhandenen Bodenfeuchte ab. Im Falle hoher Bodenfeuchte ist die Aufnahmefähigkeit des Bodens gering und es kann bei stärkeren Niederschlagsereignissen leichter zu Hochwässern kommen. Aufgrund der zeitlich und räumlich hohen Variabilität der Bodenfeuchte ist eine flächige Messung der Bodenfeuchte schwierig. Hier bieten Satellitendaten, wie jene von SMOS, das Potential, flächenverteilte und zeitlich hochauflösende Informationen zu gewinnen.