Kees Floor, Zenit februari 2011.
Kees Floor, Zenit februari 2011.
Bewolking belemmert vaak het zicht op land en water vanuit de ruimte. Radarinstrumenten hebben daar echter geen last van en kijken gewoon door de wolken heen. Daardoor was bijvoorbeeld het ijs op het IJsselmeer en het Markermeer in december 2010 vanuit de ruimte toch goed te zien.
Na een koude periode aan het begin van de winter was er in de eerste helft
van december 2010 veel ijs op het IJsselmeer en het Markermeer. Er kwamen enkele
schepen vast te zitten, waarna een vaarverbod werd uitgevaardigd. Toen er weer
gevaren mocht worden, was dat uitsluitend in konvooi.
In het begin van 2010 was er eveneens ijs op het IJsselmeer. Satellietbeelden
in natuurlijke en in valse kleuren, bijvoorbeeld gebaseerd op gegevens van het
MODIS-instrument op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua, gaven toen vanuit
de ruimte een duidelijk overzicht van de ijssituatie (zie bijvoorbeeld Zenit
maart 2010).
Gedurende de eerste helft van december 2010 was het echter steeds bewolkt; MODIS-beelden
konden daardoor alleen de bovenkant tonen van de bewolking die het ijs aan het
zicht onttrok. Voor beelden op basis van gegevens uit de zichtbaarlicht- en
infraroodkanalen van de METEOSAT gold hetzelfde. De op METEOSAT-data gebaseerd
routinematig door het KNMI geproduceerd kaartjes van de watertemperaturen en/of
de ijsbedekking van het IJsselmeer en het Markermeer (niet afgebeeld) laten
voor de perioden van 6 tot en met 11 en van 13 tot en met 18 december eveneens
zien dat bewolking het onmogelijk maakte de gewenste gegevens te meten en te
presenteren.
 |
 |
 |
|
|
3a. Ruimteradarbeeld van Nederland. Het rustige water heeft een donkerder tint dan het landopervlak.. Datum: 1 februari 2011. Instrument: ASAR. Satelliet: Envisat. (Bron: ESA/Chelys). |
|
Ruimteradar
Toch bleek het mogelijk het ijs op de beide meren in die dagen vanuit de ruimte
te detecteren en vervolgens in beeld te brengen. Dat gebeurde dan niet op basis
van gereflecteerde zonnestraling of met warmtestraling, waarmee MODIS werkt,
maar met radarstraling. Een van de op dit moment actieve satellieten die met
een radar zijn uitgerust, is de Europese Envisat. De ASAR (Advanced Synthetic
Aperture Radar) op die satelliet leverde op 8 december meetgegevens van grote
delen van Nederland, waaronder het IJsselmeer en het Markermeer (figuur 1).
Het instrument zendt radargolven uit naar het aardoppervlak en verzorgt daarmee
zijn eigen 'belichting'. De radargolven hebben geen last van de bewolking en
de ASAR gebruikt geen gereflecteerd zonlicht, zodat dag en nacht en ongeacht
het weer waarnemingen van het aardoppervlak kunnen worden verricht. Zo kan de
Envisat gegevens leveren over het ijs waar de Terra, de Aqua en de METEOSAT
het moeten laten afweten.
Verstrooiing
Een ASAR-beeld zoals figuur 1 is gebaseerd op de door het instrument terugontvangen
hoeveelheid radarstraling. Uitgezonden straling die invalt op een glad oppervlak,
wordt nagenoeg volledig teruggekaatst. Doordat daarbij de invalshoekhoek gelijk
is aan de terugkaatsingshoek, kan de teruggekaatste straling niet meer invallen
op de sensor van de satelliet (figuur 2, midden). Een glad oppervlak, bijvoorbeeld
een rustig wateroppervlak, is daardoor donker op het ruimteradarbeeld. Zo is
het IJsselmeer op het beeld van figuur 3 duidelijk donkerder dan het aangrenzende
land.
Ruwe oppervlakken verstrooien de radarstraling in alle richtingen (figuur 2,
links). Een deel van het verstrooide licht zal de sensor dus weer bereiken,
zodat het beeld van zo'n ruw oppervlak een lichtere tint heeft. Landoppervlakken
zijn veelal ruwer dan wateroppervlakken en hebben dan ook meestal een lichtere
tint. Ook is een ruwe zee lichter grijs dan een spiegelgladde.
De combinatie van grondoppervlak met bebouwing fungeert geregeld als hoekreflector;
er wordt dan relatief veel radarstraling teruggezonden naar de sensor van de
satelliet (figuur 2, rechts). Steden en andere bebouwde omgeving vertonen op
de ASAR-beelden daardoor relatief lichte tinten en lijken soms zelfs overbelicht.
Zo tekenen bijvoorbeeld Amsterdam, Zaanstad en de omgeving IJmond zich in figuur
3b duidelijk af tegen het omliggende buitengebied door hun heldere tinten.
De intensiteit van de gereflecteerde radarstraling en daarmee de tint van diverse
objecten en ondergronden op het radarbeeld, worden overigens niet alleen bepaald
door de ruwheid en de geometrie. Ook de hoek waaronder wordt gemeten, de gebruikte
golflengte en de eventuele polarisatie van de toegepaste radarstraling spelen
een rol. Verder beïnvloeden het vochtgehalte en de elektrische eigenschappen
van het waargenomen object eveneens het uiteindelijk resultaat. Daarin zijn
onder andere verschillen in landgebruik goed te zien; ook kan er meestal onderscheid
worden gemaakt tussen open water en ijs. Zo duiden de verschillende tinten grijs
en zwart op het ASAR-beeld van figuur 1 erop dat zowel het Markermeer als het
IJsselmeer gedeeltelijk bevroren is. Verder zijn de Afsluitdijk en de Houtribdijk
(Enkhuizen-Lelystad) zichtbaar. De lichte plekken boven land tonen de ligging
van diverse steden en dorpen.
 |
 |
 |
|
|
|
Meer ijs, meer beelden
Later in december 2010 ondervond het scheepvaartverkeer opnieuw hinder van ijs
op het IJsselmeer en het Markermeer. Aanvankelijk verhinderde bewolking, net
als eerder die maand, dat het ijs op MODIS-beelden zichtbaar werd. Op 19 september
was er echter door een waas van sluierbewolking heen voor het eerst vaag iets
te zien en op 20 december kregen we het doorkijkje waar we de hele maand op
gewacht hadden (figuur 4). Het satellietbeeld toont Nederland met de nog steeds
gedeeltelijk bevroren wateren van het IJsselmeer en het Markermeer in natuurlijke
kleuren.
De sluierbewolking van 19 december kon uiteraard niet verhinderen dat de radar
op de Envisat de ijssituatie vanuit de ruimte vastlegde. Figuur 5 geeft de situatie
van die dag. De ASAR stond in de zogeheten Alternate Polarisation mode. Daarbij
worden tegelijkertijd twee beelden gemaakt met verschillende polarisatierichtingen
van de radarstraling. Door de beelden te combineren en ze elk een eigen kleur
te geven, ontstaat een eindresultaat waarin overeenkomsten en verschillen tussen
de beide beelden extra nadruk krijgen. Het rood van het open water tekent zich
op de figuur duidelijk af tegen de bruine tinten van het ijs en het groen en
bruin van het vasteland.
Conclusie
Radarmetingen zijn niet afhankelijk van zonlicht en gebruiken geen warmtestraling.
Ze worden bij het vanuit de ruimte in beeld brengen van het aardoppervlak dan
ook niet gehinderd door bewolking. Daardoor kon in december 2010 met radar onder
andere het ijs op het IJsselmeer en het Markermeer waargenomen worden op momenten
dat de zichtbaarlicht- en infraroodbeelden van andere instrumenten uitsluitend
de bovenkant van bewolking in beeld brachten.
Aanvulling: Meer MODIS-beelden van ijs op hget IJsselmeer en het Markermeer
2011
 +IJs op het IJsselmeer, 9 Januari 2011. Aqua.. MODIS |
 IJs op het IJsselmeer, 10 Januari 2011. Terra.. MODIS |
 .
Laatste restjes ijs op het IJsselmeer, 16 Januari 2011. Terra.. MODIS |
2010
 13 januari 2010. Terra.. MODIS |
 25 januari 2010. Aqua.. MODIS. |
 26 januari 2010. Terra.. MODIS. |
 Sneeuwdek Nederland, 15 februari 2010. Terra.. MODIS. |
 Sneeuwdek Nederland, 17 februari 2010. Terra.. MODIS. |