Fernerkundung der Meeresoberfläche

(Dieser Blog wurde von Sophia Brumer geschrieben. Die aus Deutschland stammende Doktorandin arbeitet zur Zeit am Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University)…vielen Dank Sophia!

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Polarimeter und Infrarot Kameras auf dem “Monkey deck” der FS Falkor. Auch im linken Bild zu sehen ist der CAT und SNIFFLE der ICBM Gruppe.

Während die ICBM Gruppe Seewasser schöpft um Proben zu sammeln, studieren wir, bzw. die Gruppe vom Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, die Meeresoberfläche aus der Ferne mit Hilfe von Kameras. Es handelt sich dabei um eine Infrarot Kamera und einem Polarimeter.

Das Polarimeter besteht aus vier monochromatischen Kameras, die Bilder von 4 verschieden Orientationen der Lichtwellen aufnehmen. Diese Bilder ermöglichen uns die Meeresoberfläche zu messen und dadurch Kapillarwellen zu studieren. Kapillarwellen sind Zentimeter lang und machen die Oberflächenrauheit aus. Diese kann durch Mikrowellen-Fernerkundungssensoren von Satelliten gemessen werden und wird dann für die Bestimmung von ozeanographischen und meteorologischen Eigenschaften wie z.B. Wind benutzt. Die Oberflächenrauheit spielt auch eine wichtige Rolle in Prozessen an der Schnittstelle zwischen Wasser und Luft, welche das Wachstum und den Zerfall von Windwellen kontrollieren, sowie den Transfer von Gasen und Energie. Die Dynamik von Kapillarwellen ist von der Oberflächenspannung abhängig. Da die Oberflächenspannung durch die chemische und biologische Zusammensetzung der Meeresoberfläche bestimmt wird, ist es wichtig die Analysen der Proben mit den Daten des Polarimeters gemeinsam zu studieren. So können wir verstehen wie organische Filme Kapillarwellen beeinflussen.

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Kommandozentrale der Gruppe vom Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University (im Photo: Sophia Brumer und Carson Witte, nicht im Bild: Dr. Christopher Zappa und Scott Brown).

Die Infrarotkamera wird ergänzend genutzt um die Temperatur in der Meeresoberfläche zu messen. Diese Temperatur ist durch den Wärmefluss zwischen der Atmosphäre und dem Wasser  gekühlt. Sie ist deshalb typischerweise ein paar hundertstel eines Grades kühler als die gemischte Schicht im oberen Teil der Wassersäule. Weil das kältere Meeresoberflächenwasser mehr dicht ist sinkt es und wärmeres Wasser wird durch Konvektion zur Meeresoberfläche gebracht.  Das Umwelzen an der Meeresoberfläche kann auch durch Wellenbrechen geschehen und erzeugt Störungen in der Temperatur der Meeresoberfläche, und diese sind in Infrarotbildern deutlich erkennbar. Somit ist eine Strörung in den Infrarotdaten mit der Turbulenz an der Oberfläche verbunden. Durch diesen Zusammenhang können wir studieren wie die Turbulenz von organischen Filmen gedämpft wird.

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Die Gruppe vom Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University (von Links: Sophia Brumer, Carson Witte, Scott Brown und Christopher Zappa)