Bedeutender Fortschritt in der Satellitenbeobachtung der Erde

In einem wichtigen Schritt zur Weiterentwicklung von Erdbeobachtungssatelliten startet das Projekt CIMR L2PAD der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Die Universität Bremen ist am Projekt beteiligt, indem sie neue Algorithmen für die zukünftigen CIMR Satelliten entwickelt.

Das ESA-Projekt L2PAD (Level 2 Prototype and Algorithm Development) zielt darauf ab, Prototypen der Algorithmen für die zukünftigen Copernicus Imaging Microwave Radiometer (CIMR)-Satelliten zu entwickeln. Die Entwicklung erfolgt unter der Federführung des Meteorologischen Instituts Norwegen (MET Norway) und in Zusammenarbeit mit zehn internationalen Partnern, darunter die Universität Bremen sowie unter anderem Organisationen aus Frankreich, Spanien und Italien. Der Prozessor legt den Grundstein für die wissenschaftliche und operative Nutzung der von CIMR erfassten Daten. Der erste CIMR-Satellit wird voraussichtlich Ende der 2020er Jahre starten. Sein Hauptinstrument ist ein Mehrfrequenz-Mikrowellenradiometer mit stark verbesserter Auflösung. Seine Hauptaufgaben umfassen die Messung der Meeresoberflächentemperatur, die Erfassung der Meereiskonzentration und die Bestimmung des Salzgehalts der Meeresoberfläche.

Der Umweltphysiker Dr. Gunnar Spreen von der Universität Bremen entwickelt zusammen mit seinem Team in L2PAD Algorithmen für einige der Meereisparameter für den Satelliten. Er erklärt: „Wir entwickeln seit Langem Methoden, um Meereisparameter aus Satelliten-Mikrowellenradiometern zu bestimmen. Wir wissen, dass sich das arktische Sommer-Meereis in den letzten 40 Jahren etwa halbiert hat. Mit CIMR werden wir erstmals in Europa ein Instrument haben, das eine bessere Qualität und räumliche Auflösung bietet als jeder Sensor dieser Art zuvor.“ Das Bremer Team konzentriert sich in L2PAD auf die Bestimmung der Dicke von dünnem Eis, der Unterscheidung von verschiedenen Eistypen und der Abschätzung der Schneehöhe auf dem Meereis.

Eine Verschmelzung von Forschung und Implementierung

Die CIMR L2PAD-Initiative ist eine Verbindung von Forschung und sorgfältiger Dokumentation der Algorithmen zur Bestimmung der geophysikalischen Parameter, die später in einem umfassenden Prototyp implementiert werden sollen. Der Entwurf und die Implementierung werden eine entscheidende Rolle für den Erfolg des Projekts spielen.

„Ein besonderes Merkmal des CIMR L2PAD-Projekts ist das Ziel einer transparenten und reproduzierbaren Wissenschaft, indem Daten und Software so früh wie möglich zugänglich gemacht werden. Die Algorithm Theoretical Basis Documents (ATBDs) werden als Webseiten auf Basis der JupyterBook-Technologie entwickelt, und die gesamte Software wird Open Source sein. Ein solcher Open-Source-Wissenschaftsansatz war der Kern der von der ESA vorgesehen Arbeit", sagt Thomas Lavergne vom MET Norway.

Eine der Herausforderungen für das CIMR-L2PAD-Team wird darin bestehen, die Algorithmen mit simulierten Daten zu validieren, da der CIMR-Satellit noch nicht gestartet wurde. Dieser Validierungsprozess soll die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der im Bodensegment eingesetzten Algorithmen sicherstellen. Der Umfang des CIMR L2PAD-Projekts umfasst 20 geophysikalische Parameter, darunter Meereis (mit mehreren Variablen), Meeresoberflächentemperatur, Salzgehalt, Ozeanwind, Landschnee, Bodenfeuchte und Vegetation.

Interdisziplinäre Zusammensetzung des Konsortiums für beste Ergebnisse

Das vom Meteorologischen Institut (MET) geleitete Konsortium umfasst insgesamt 12 Partner, hauptsächlich aus Europa, sowie einem kanadischen Partner. Die Zusammensetzung des Konsortiums besteht aus einer Mischung von Forschungseinrichtungen, Universitäten und privaten IT-Firmen wie Deimos Romania und Science & Technologies Norway, um ein abgerundetes Fachwissen zu gewährleisten. Diese Zusammenarbeit unterstreicht die Bedeutung von öffentlich-privaten Partnerschaften bei der Förderung der Weltraumforschung und -technologie. Die ESA hat dem CIMR L2PAD-Projekt einen sehr detaillierten Arbeitsplan mit zahlreichen Berichten und Meilensteinen zur Verfügung gestellt. Das Projekt wird von der ESA-Abteilung in ESRIN, Italien, betreut, die für die Entwicklung und das Management von Bodensegmenten für viele Erdbeobachtungssatelliten verantwortlich ist, darunter zum Beispiel CryoSat-2, SMOS und CIMR.

Startschuss im November

Das Kickoff-Meeting hat in der zweiten Novemberhälfte stattgefunden. Die ersten drei Monate des Projekts werden voraussichtlich äußerst intensiv sein und die Vorbereitung von über 20 Entwürfen von ATBDs sowie die Design-Dokumentation für den Prototypen umfassen.