Wissenschaft kompakt

Wettersatelliten und deren Umlaufbahnen


Die Bedeutung von Satelliten für die Wettervorhersage ist immens.
Durch sie bekommen wir Zugang zu kontinuierlichen und
flächendeckenden Informationen über die Atmosphäre. Wo befinden sich
Wolken? Welche Wolkenart herrscht vor? Aber es werden auch wichtige
Einblicke in den vertikalen Aufbau, zum Beispiel der Temperatur oder
des Windes gewährt. Sogar der Wellengang kann bei günstigen
Bedingungen beobachtet werden.

Im heutigen Thema des Tages soll es als Ergänzung zum Gestrigen
(siehe https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2025/7/6.html)
um zwei verschiedene Arten von Wettersatelliten gehen.



Der gestern beschriebene Satellit MTG-S1 ist ein sogenannter
"geostationärer" Satellit, daher wollen wir diese Art als erstes
etwas näher unter die Lupe nehmen. Die Bezeichnung kommt daher, dass
sie die Erde genau so umkreisen, dass sie von der Oberfläche aus
gesehen immer über demselben Ort stehen. Sie drehen sich also mit der
gleichen (Winkel-)Geschwindigkeit wie die Erde. Aus physikalischen
Gesetzen lässt sich dann herleiten, dass eine stabile Umlaufbahn
(auch Orbit genannt) nur auf einer Höhe von 35800 km über dem Äquator
möglich ist. Wäre der Satellit näher an der Erde würde ihn die
stärkere Erdanziehungskraft langsam aber sicher zum Boden ziehen.
Ähnlich wie beim Diskuswurf, wenn der Diskus losgelassen wird, würde
eine zu große Umlaufhöhe dazu führen, dass der Satellit durch
fehlende Anziehungskraft aus seiner Bahn geschleudert würde und in
das All verschwindet.

Die Vorteile eines solchen Satelliten liegen auf der Hand: Sie bieten
eine hohe zeitliche Auflösung für den Bereich, dem sie von ihrer
Position aus zugewandt sind, da sie alle paar Minuten ein Bild
liefern. Dies ist besonders nützlich, um beispielsweise die zeitliche
Verlagerung von Tiefdruckgebieten nachzuvollziehen. Satellitenfilme,
wie man sie zum Beispiel aus dem Fernsehen kennt, stammen von
geostationären Satelliten.

Nachteilig ist aber, dass sie immer nur den gleichen Teil der
Erdoberfläche beobachten können. Das bedeutet, dass mindestens drei
dieser Satelliten benötigt werden, um ein Gesamtbild der Erde zu
erhalten. Im Vergleich zu anderen Orbits befindet sich der
geostationäre auch sehr hoch. Das resultiert in einer allgemein
niedrigeren räumlichen Auflösung. Gleichzeitig wird die Auflösung in
Richtung des Süd- und Nordpoles schlechter, da sich der Satellit über
dem Äquator befindet und somit immer "schräger" auf die höheren
Breiten schaut.

Die Pole sind gar nicht einsehbar, daher gibt es eine zweite
Kategorie: Polnah verlaufende Orbits.

In diesem Fall ist die Umlaufbahn gegenüber dem Äquator geneigt. In
einer Höhe von ca. 850 km umlaufen sie die Erde in etwa 100 Minuten.
Das bedeutet, dass 14 Umläufe am Tag durchgeführt werden können. Nun
dreht sich während dieser Umläufe die Erde aber auch weiter und so
wird bei jedem Umlauf ein etwas versetzter Streifen der Erdoberfläche
überflogen.

Solche Wettersatelliten haben zusätzlich noch die Eigenschaft, dass
sie "sonnensynchron" sind. Dabei ist die Umlaufbahn so konstruiert,
dass jeder Ort immer zur exakt gleichen lokalen Uhrzeit passiert
wird. Dies bietet die Möglichkeit, die gelieferten Bilder
untereinander besser vergleichen zu können.

Der allgemeine Vorteil dieser Orbits liegt darin, dass sie (zwar
nicht alles zur gleichen Zeit) die gesamte Erdoberfläche abbilden
können. Auch bieten sie durch ihre niedrigere Flughöhe eine höhere
räumliche Auflösung.

Der offensichtliche Nachteil liegt darin, dass sie jede Region nur
wenige Male am Tag überfliegt und man deshalb nicht in der Lage ist,
zeitlich kontinuierliche Informationen zu bekommen.

Die Kombination aus verschiedenen Satellitentypen ergibt ein sich
ergänzendes weltumspannendes Beobachtungssystem. Für die
Wettermodelle sind diese Daten von unschätzbarem Wert und ermöglichen
bessere Vorhersagen, auch in Gebieten, in denen ohne Satelliten gar
keine Daten verfügbar wären.

M.Sc. Fabian Chow

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 07.07.2025

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