Identifizierung von Wüstenstaubquellen anhand von Satellitendaten
Wüstenstaub in der Atmosphäre ist auf globaler und lokaler Skala von großer Bedeutung. Staubpartikel beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde direkt durch ihre optischen Eigenschaften wie Reflexion und Streuung, und indirekt durch ihre Eigenschaft als Wolken(eis)kondensationsnuklei, wodurch sie die Wolkenbildung, die Wolkeneigenschaften und das Niederschlagsverhalten beeinflussen. Die Kenntnis um die raum-zeitliche Verteilung von Wüstenstaubquellen ist daher eine wichtige Voraussetzung, um die vielfältigen Einflüsse von Wüstenstaub auf das Wetter, das Klima, und das Ökosystem zu verstehen und abzuschätzen.
Wüstenstaub beeinflusst auch unseren modernen Lebensstil. So führen durch Staub reduzierte Sichtweiten zu Einschränkungen im Flughafenbetrieb, im Straßenverkehr, bzw. im Transportwesen allgemein. Aber auch unsere Gesundheit wird durch die Staubbelastung beeinträchtigt, denn in der Luft schwebende Staubpartikel können zu einem gehäuften Auftreten von Atemwegserkrankungen führen. Durch ihren dimmenden Einfluss auf die einfallende Sonnenstrahlung reduzieren Staubwolken die Leistung von Solaranlagen. Aber auch die Funktionsfähigkeit von elektrischen Geräten ist während eines Staubereignisses häufig beeinträchtigt oder gar gestört.
Wechselwirkung und Einflüsse zum Staubeintrag
Der Eintrag von Wüstenstaub in die Atmosphäre ist an die meteorologischen Eigenschaften und die Bodencharakteristiken gekoppelt. Winderosion und Staubeintrag kann somit als Grenzwertproblem verstanden werden, wobei Bodenwindgeschwindigkeiten oberhalb eines vom Bodentyp und der Vegetationsbedeckung abhängenden Grenzwertes zum Staubpartikeleintrag in die Luft führt. Die Intensität des Staubeintrags hängt dabei sowohl von der Windgeschwindigkeit als auch von der Bodenbeschaffenheit ab. In ariden und semi-ariden Regionen ist der Boden durch die fehlende Vegetationsdecke besonders anfällig für Winderosion. Somit tragen Ungenauigkeiten im Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von aktiven Staubquellen und ihren optischen und physikochemischen Eigenschaften zu Ungenauigkeiten in der Abschätzung von Staubeinflüssen auf den Strahlungshaushalt der Erde sowie Wechselwirkungen mit dem Klima bei. Detaillierte Kenntnis von aktiven Staubquellen und deren Eigenschaften sind somit eine notwendige Voraussetzung, um die komplexen Prozessen die das Erdsystem prägen zu verstehen.
Erkundung von Staubquellen
Die räumliche Erstreckung der nordafrikanischen Wüstengebiete, ihre Entlegenheit und begrenzte Zugänglichkeit erschwert eine flächendeckende Kartierung einzelner Staubquellen. Beobachtungen von Satelliten können hierbei Informationen in einer relativ hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung für den gesamten nordafrikanischen Kontinent zur Verfügung stellen. Dabei stellen verschiedene Instrumente, die auf unterschiedlichen Satelliten installiert sind, Daten mit variierenden räumlichen und zeitlichen Auflösungen zur Verfügung, wobei die zeitliche Auflösung maßgeblich von der Umlaufbahn des Satelliten beeinflusst wird. Solche Satelliten, die auf Sonnen-synchronen Umlaufbahnen die Erde umkreisen, wie z.B. die A-Train Satellitenkonstellation, überqueren den Äquator zweimal am Tag um ca. 1:30 und 13:30 und erheben Daten auf einem Streifen von etwa 2300 km (MODIS) bzw. 2600 km (OMI) Breite entlang des Orbits. Instrumente auf geostationären Satelliten, wie z.B. die Meteosat Second Generation (MSG) Satelliten, können Messungen mit einer deutlich höheren zeitlichen Auflösung erheben. Für das Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager (SEVIRI) Instrument geschieht dies alle 15 Minuten über einem räumlich festen Beobachtungsgebiet (ca. 70° N – 70° S, 70° W – 70° E) und 3km × 3km im Nadir.
Um Wüstenstaubquellen in Trockengebieten systematisch anhand von Satellitendaten zu lokalisieren, werden im allgemeinen zwei verschiedene Methoden angewendet, die back-tracking Methode und die Grenzwert Methode.