CIMR Copernicus Imaging

Microwave Radiometer

Dr. Gunnar Spreen Universität Bremen Institut für Umweltphysik

mit Beiträgen von Thomas Lavergne (MET No), Rasmus Tonboe (DMI), Jacob Høyer (DMI) und der CIMR Mission Advisory Group

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Bedarf für das CIMR Mikrowellen-Radiometer

• Die Copernicus Mission zur Unterstützung der integrierten „Arktisstrategie der EU“

• Fokus auf die Polarregionen aber weltweite Datenabdeckung • Meereisfläche (Eiskonzentration)

• Meeresoberflächentemperatur (SST)

• Eisdrift, Eisdicke, Schnee, Wind, Salzgehalt, Bodenfeuchte, Salzgehalt, Niederschlag

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spiegel.de

europa.eu

EU

Bedarf für das CIMR Mikrowellen-Radiometer

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• European Polar Expert Group (PEG) basierend auf Nutzerbedarf (Juni/Juli 2017): Priorität Parameter:

1. Meereis (-konzentration, -dicke, -typ, -drift)

4. SST

Erste Priorität für Satellitenmission: Multifrequenz Mikrowellen-Radiometer

• Copernicus Marine Environmental Monitoring Service (CMEMS) Weiterentwicklung von Copernicus: • Operationelles, multifrequenz und –polarisations

Mikrowellen-Radiometer mittlerer Auflösung (5-10 km) für Eiskonzentration, -fläche, -ausdehnung und SST

• Lücke im Beobachtungssystem

• L-band Lücke: SMAP

SMOS

40 Jahre

Bedarf für das CIMR Mikrowellen-Radiometer • Die arktische Klimaänderung beeinflusst Wetter, Ozean und Eis

• Die Meereisfläche nimmt ab

• Trend –4,5%/Dekade; Sommer –13%

• Die Ozeantemperatur nimmt zu

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SST Anomalie zu 1985–2003

September 2018

-4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 °C

–13%/Dekade

Zielsetzung von CIMR

1. Priorität: Meereiskonzentration

• Mehrmals täglich

• Höhere räumliche Auflösung von <5 km

• Bessere Genauigkeit (<5%) durch niedrigere Frequenzen

• Bei Tag und Nacht, durch Wolken und das ganze Jahr über

Nur möglich mit CIMR

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Arktis Antarktis

AMSR2, seaice.uni-bremen.de

Zielsetzung von CIMR

1. Priorität: Meereiskonzentration

• Mehrmals täglich

• Höhere räumliche Auflösung von <5 km

• Bessere Genauigkeit (<5%) durch niedrigere Frequenzen

• Bei Tag und Nacht, durch Wolken und das ganze Jahr über

Nur möglich mit CIMR

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Sentinel 1 A+B 15.10.2018

Zielsetzung von CIMR

1. Priorität: Meereiskonzentration

• Mehrmals täglich

• Höhere räumliche Auflösung von <5 km

• Bessere Genauigkeit (<5%) durch niedrigere Frequenzen

• Bei Tag und Nacht, durch Wolken und das ganze Jahr über

Nur möglich mit CIMR

gunnar.spreen@uni-bremen.de • CIMR.eu 7

Zielsetzung von CIMR

1. Priorität: Meereiskonzentration

• Mehrmals täglich

• Höhere räumliche Auflösung von <5 km

• Bessere Genauigkeit (<5%) durch niedrigere Frequenzen

• Bei Tag und Nacht, durch Wolken und das ganze Jahr über

Nur möglich mit CIMR

gunnar.spreen@uni-bremen.de • CIMR.eu 8

CIMR Frequenzen

heutige Verfahren

Unsicherheiten

Zielsetzung von CIMR

1. Priorität: Meereiskonzentration

• Mehrmals täglich

• Höhere räumliche Auflösung von <5 km

• Bessere Genauigkeit (<5%) durch niedrigere Frequenzen

• Bei Tag und Nacht, durch Wolken und das ganze Jahr über

Nur möglich mit CIMR

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Aug 24, 2013 Okt 4, 2013

Zielsetzung von CIMR

2. Priorität: Meeresoberflächentemperatur (SST)

• Mehrmals täglich für Polargebiete; täglich global

• Hohe räumliche Auflösung von ≤15 km

• Unsicherheit ≤0.2 K

• Bei Bewölkung

Nur möglich mit CIMR

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CIMR SST September

2018

-1 2 5 8 11 14 17 20

Infrarot SST [S3a, Metop B, VIIRS, AVHRR]

-1 2 5 8 11 14 17 20 °C

Zielsetzung von CIMR Zusätzliche Parameter (>10):

• Dicke von dünnem Meereis (<0,5 m)

• Meereisdrift und Eistyp

• Schnee auf Meereis und Schnee-Wasser-Äquivalent (SWE)

• Eis-Oberflächentemperatur

• Salzgehalt

• Bodenfeuchte

• Wind über Ozean

• Land-Oberflächentemperatur

• Niederschlag

• Wasserdampf und Wolkenflüssigwasser

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www.catds.fr

seaice.uni-bremen.de

Technisches Konzept von CIMR

• Entfaltbare Netz-Antenne (>6 m)

→ dreimal größer als heutige Systeme

→ dreimal größere räumliche Auflösung

• 5 Kanäle L- bis Ka-band; dual-pol

• In Konstellation mit MetOp-SG(B) (SCAT & MWI)

• Kein „Loch“ am Pol → vollständige Abdeckung

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Nur zur Illustration; die endgültige CIMR Konfiguration steht erst nach den Phase A/B1 Studien von Thales-Alenia Space Italy und AIRBUS fest (Credit AIRBUS UK).

L-band C-band X-band Ku-band Ka-band

Frequency [GHz] 1.413 6.925 10.65 18.7 36.5

Footprint Size [km] ≤65 ≤15 ≤15 ≤5 ≤5 (goal=4) Radiometric resolution [K] NEΔT

≤0.3 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.7

Polarisation Vertical and Horizontal Swath width [km] ≥1400

Observation Angle [deg] 55.0 ±1.5

Geplante Datenprodukte

• Datenformat NetCDF

• Level 1 und Level 2 Datenprodukte („Schwad-Daten“)

• L1 A, B und R Mikrowellen-Helligkeitstemperaturen

• L2 Für die beiden primären Parameter „Meereiskonzentration“ und „Meeresoberflächentemperatur“, sowie alle sekundären Parameter

• Alle L2 Produkte beinhalten auch Felder der „Unsicherheiten“

• Bereitstellung in nahe Echtzeit (Near Real Time) < 3 Stunden

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Anwendungen für Behörden und Dienste

• BSH – Bundesamt für Schifffahrt und Hydrographie:

• Eisdienste und Eisberichte

• DWD (Deutscher Wetterdienst) und ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)

• Assimilation in Wettervorhersagemodelle

• EUMETSAT, Darmstadt

• Klima- und Wetterbeobachtungen

• CMEMS – Copernicus Marine Environment Monitoring Service

• Ozean- und Eisbeobachtungen

• Assimilation in Eis-Ozean-Modelle

• BMEL – Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft

• Bodenfeuchte, Land-Oberflächentemperatur, Vegetation Optical Depth (VOD)

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Anwendungen für Wissenschaft

• Klimaforschung: • Mikrowellen-Radiometer-Daten sind mit mehr als 40 Jahren einer der

längsten Satelliten „Climate Data Records“ (CDR)

• Arktische Verstärkung: die Arktis erwärmt sich doppelt so stark wie der Rest der Erde

• Assimilation in und Evaluierung von Klimamodellen

• Entwicklung von Fernerkundungsmethoden • Deutsche Universitäten (Bremen, Hamburg, Trier) sind führend in der

Meereisfernerkundung (Eiskonzentration, -dicke, -typ, Schnee)

• Die neuartige Kanalkombination von CIMR ermöglicht erstmalig die integrierte Ableitung von SST, Eiskonzentration, -typ und Eisdicke

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Beteiligungsmöglichkeiten für Institutionen aus Deutschland • Deutsche Industrie (OHB, LSS) an beiden Konsortien beteiligt

Entwicklung neuer Technologien in DE: Large Deployable Antenna

• Universität Bremen mit zwei Mitgliedern (Georg Heygster und Gunnar Spreen) in der CIMR Mission

Advisory Group vertreten beteiligt an drei ESA CIMR Vorbereitungsprojekten (CIMR-MRC, -Apps, CIMRex)

• Alfred-Wegener-Institut (AWI) verwendet Eiskonzentrationsdaten auf FS Polarstern verbreitet Meereisinformationen an Forschung und Öffentlichkeit über

meereisportal.de

• AWI, Uni Bremen, Hamburg und Trier • entwickeln Methoden zur Meereisfernerkundung basierend auf CIMR • verteilen Meereis-Fernerkundungsprodukte (seaice.uni-bremen.de , icdc.de)

• Benötigen Unterstützung aus Politik, dass CIMR verwirklicht wird

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Zusammenfassung

● CIMR wird die Arktis und Antarktis täglich vollständig und mehrfach mit einer Auflösung von einigen Kilometern beobachten, auch durch Wolken und während der Polarnacht

● Es gibt keine anderen, weder bestehende noch vorgeschlagene, Missionen mit einem ähnlichen Fokus auf operationelle Beobachtungen der Polarregionen und mit den gleichen Fähigkeiten wie CIMR

● Zusätzlich werden global wichtige Parameter wie SST, Bodenfeuchte, Regen, Wind, Wasserdampf etc. bereitgestellt

● CIMR, in Kombination mit Sentinel-1 (Meereis) und Sentinel-3 (SST), wird essentiell für zukünftige gekoppelten Vorhersagemodelle der Arktis sein

● CIMR ist die Copernicus Mission zur Unterstützung der integrierten „Arktisstrategie der EU“

● Fragen? Jetzt, oder später per Email, unter https://cimr.eu, auf Twitter #CIMReu

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