Hoe worden satellieten gebruikt voor de weersvoorspellingen en klimaat?

De eerste weersatellieten

In 1960 werden de eerste weersatellieten gelanceerd. Sindsdien worden ze ingezet om de aarde op afstand te observeren. Een groot voordeel van satellietwaarnemingen is dat ze niet gebonden zijn aan landsgrenzen of obstakels zoals oceanen, waardoor ze de gehele planeet in beeld kunnen brengen. Dit maakt het mogelijk om zelfs moeilijk bereikbare gebieden, zoals Antarctica, gedetailleerd te bestuderen.

Hoe hoog bevinden satellieten zich?

Hoe hoog een satelliet boven het aardoppervlak zich bevindt, ligt voornamelijk aan hoe deze werkt. Geostationaire satellieten roteren met de aarde mee, en meten daarom altijd hetzelfde gedeelte van het oppervlak van de aarde. Deze zitten daarom eigenlijk altijd rondom de evenaar, op een hoogte van ongeveer 36.000 km boven het aardoppervlak. Dit is bijna 6 keer de straal van de aarde! Dit is nodig voor de satelliet om op dezelfde positie te blijven, dit lukt niet wanneer de satelliet lager zou zitten. Andere satellieten bewegen ten opzichte van de aarde, en zitten daarom wel dichter bij het aardoppervlak. Satellieten die in een lagere of middelhoge baan om de aarde bewegen zitten tussen 2000 en 36.000 km van het aardoppervlak af.

Twee geostationaire GOES satellieten met hun positie relatief ten opzichte van de aarde. Bron: nasa.gov

Daarnaast bestaan er ook nog satellieten die zich in een zogenaamde polaire baan rondom de aarde bevinden. Bij een polaire baan volgt de satelliet de aarde over de lengtegraden, en passeert hierbij elke keer (bijna) de polen. Dit type satelliet bevinden zich vrij laag boven het aardoppervlak, tussen de 200 en 1000 km hoogte. Een type Polaire baan is de zonsynchrome baan. Zoals de naam al suggereert, is deze baan zo afgesteld dat het steeds dezelfde hoek ten opzichte van de zon behoud. Op deze manier passeren deze satellieten de aarde steeds dezelfde plaats op hetzelfde moment van de dag. Dit is belangrijk wanneer de beelden met elkaar moeten worden vergeleken.

Wat meten satellieten?

Bij het afleggen van de baan rondom de aarde meten de sensoren van de satelliet een deel van het aardoppervlak in een bepaald pad. Het pad wat de satellieten meten schuift elke keer een stukje op als de satelliet langskomt. Door al deze verschillende paden aan elkaar te leggen, kan zo de gehele aarde in beeld worden gebracht. Hierbij kan de satelliet actief of passief de informatie ontvangen. Passief betekent dat de sensoren op de satelliet gebruik maken van de al aanwezige straling. Dit is meestal zichtbaar licht, of infrarood licht wat zeer dicht bij het zichtbare deel van het elektromagnetische spectrum zit. De satelliet kan ook actief het aardoppervlak meten, en doet dit door informatie naar de aarde te sturen en vervolgens weer te ontvangen.

Gebruik van elektromagnetische straling

De sensors van de meeste satellieten maken gebruik van elektromagnetische straling. Dit bestaat uit een breed scala aan verschillende types met elk hun karakteristieke golflengte. Zichtbaar licht is onderdeel van deze straling. Daarnaast is er ook nog een deel straling wat je niet kunt zien, maar wel aanwezig is en sommige satellieten wel kunnen ontvangen. Wat voor type straling een oppervlakte uitzend of reflecteert, zegt veel over het type ondergrond. Door het verschil in type straling wat de satellieten ontvangt kan zo zeggen of de ondergrond bebost, kaal, droog of nat is. Ook zegt het type straling welke temperatuur het oppervlak heeft. Zo kan bijvoorbeeld een kaart worden gemaakt van de oppervlaktetemperatuur van de aarde.

Wat als het bewolkt is?

Hoe kunnen satellieten het aardoppervlak meten als het bewolkt is? Kan de satelliet dan nog steeds gegevens ontvangen? Het korte antwoord is ja. Tenminste, sommige sensoren op satellieten kunnen dit wel. Wanneer er namelijk een ‘foto’ wordt gemaakt van een wolk met behulp van zichtbaar licht, kan de straling niet door de wolk heen komen maar wordt gereflecteerd. Hierdoor is het niet zichtbaar wat er achter de wolk zit, net zoals wij wolken zien als witte vlekken in de lucht. Satellieten die gebruik maken van ander soort straling kunnen echter wel door wolken heen ‘kijken’. Bijvoorbeeld door gebruik te maken van passieve microgolven, wat door wolken heen kan gaan. Door beelden van verschillende satellieten met elkaar te combineren, kan zo een compleet beeld van een gebied worden gemaakt zonder dat een deel is bedekt door wolken.

Waarvoor worden satellieten gebruikt?

Hedendaags zijn satellieten niet meer weg te denken in het dagelijks leven en wetenschap. Ze zijn cruciaal om de aarde beter in beeld te brengen, en de informatie te gebruiken in weer- en klimaatmodellen. Geostationaire satellieten van de GOES-R serie van de NOAA (National Oceanic and Atmosphere Administration), de Amerikaanse instantie voor weer en oceanografie, brengen bijvoorbeeld snel een groot gebied op aarde in beeld. Zo geeft het de informatie over de atmosfeer, hydrologie, oceanografie, klimaat en de zon. Op deze manier kan snel gevaarlijk weer of natuurrampen in beeld worden gebracht die een bedreiging voor de mens kunnen vormen. Zo kan de veiligheid tegen natuurgeweld worden versterkt.

Monitoren van El Niño

Naast het monitoren van landijs en de atmosfeer, zoals eerder op de site te lezen was, wordt ook het oceaanoppervlak in kaart gebracht. Door onder andere de oceaantemperatuur en windrichting te meten, kunnen fenomenen zoals El Niño worden gevolgd. Tijdens El Niño stijgt de oceaantemperatuur tijdelijk in een specifiek gebied, wat grote gevolgen heeft voor zowel de oceaan als de atmosfeer. Dankzij de komst en voortdurende verbetering van satellieten wordt niet alleen het fenomeen zelf beter begrepen, maar kunnen de verzamelde gegevens ook worden gebruikt in wereldwijde modellen. Dit helpt bij het beter voorspellen van de weerpatronen die ermee samenhangen. Op deze manier hopen wetenschappers de gevolgen van dit nog altijd relatief onbegrepen fenomeen nauwkeuriger te kunnen voorspellen.

El Niño weergegeven door de afwijking van oppervlaktetemperatuur in 1999 en 2015. Bron: Fundaments of remote sensing: history and practice(S. O. Dovgyi et. al, 2019)

Satellieten spelen een onmisbare rol in ons begrip van het weer en klimaatverandering. Dankzij hun vermogen om wereldwijde metingen te verrichten, zelfs in moeilijk bereikbare gebieden en bij bewolkt weer, leveren ze essentiële data voor weersvoorspellingen, rampenbestrijding en klimaatonderzoek. De voortdurende ontwikkeling van satelliettechnologie zorgt ervoor dat we steeds nauwkeurigere en gedetailleerdere informatie verkrijgen, wat helpt bij het beter begrijpen en voorspellen van veranderingen in onze atmosfeer, oceanen en het aardoppervlak. Hierdoor kunnen we ons beter voorbereiden op extreme weersomstandigheden en de impact van klimaatverandering beter in kaart brengen.

Dit artikel is onderdeel van een serie over het gebruik van satellieten in het weer en klimaat. Wil je meer weten over hoe satellieten worden gebruikt in de atmosfeer? Dat vind je hier. Wil je meer weten over het gebruik van satellieten voor het monitoren van het klimaat en gletsjers? Klik dan hier.