Wettersatelliten dienen nicht nur der Wettervorhersage: Sie liefern auch wertvolle Informationen über Meeresströmungen.
Durch die Beobachtung ihrer Wärmebilder haben Wissenschaftler die Muster des Golfstroms und anderer großer Zirkulationen erkannt. Aus diesen Informationen entstand GOFLOW, ein System der künstlichen Intelligenz, das stündlich diese Aufnahmen in Karten der Wasserbewegungen umwandelt, ohne dass ein neuer Satellit benötigt wird.
Bildnachweis: Luc Lenain/Scripps Institution of Oceanography.
Tatsächlich spielen Meeresströmungen eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Klimas, dem Transport von Wärme und Kohlenstoff sowie der Verteilung von Nährstoffen. Dennoch bleibt ihre großflächige Messung eine Herausforderung. Höhenmessungssatelliten überfliegen ein Gebiet nur alle zehn Tage – zu selten, um schnelle Veränderungen zu erfassen. Schiffe und Küstenradare bieten eine bessere zeitliche Auflösung, jedoch nur in begrenzten Bereichen.
GOFLOW umgeht diese Einschränkungen, indem es geostationäre Satelliten wie GOES-East nutzt, die alle fünf Minuten Bilder aufnehmen. Das Team um Luc Lenain trainierte ein neuronales Netz mit hochauflösenden Ozeansimulationen. Das Modell lernt, die Verformungen der Temperaturmuster mit den Strömungsgeschwindigkeiten zu verknüpfen. Durch die Analyse von Bildsequenzen kann es die Strömungen ableiten, die für die beobachteten Veränderungen verantwortlich sind.
Tests verglichen die Ergebnisse von GOFLOW mit direkten Messungen, die 2023 von Schiffen im Golfstrom durchgeführt wurden. Die Übereinstimmung war ausgezeichnet, und die neue Methode offenbarte deutlich feinere Details als herkömmliche Techniken. Insbesondere wurden Wirbel und Grenzschichten erkannt, die zuvor in den Mittelwerten verschwanden. Diese Strukturen sind wichtig für das Verständnis des vertikalen Austauschs zwischen der Oberfläche und der Tiefe. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift
Nature Geoscience veröffentlicht.
Dieser Durchbruch eröffnet vielversprechende Wege für die Klimatologie. Die Methode könnte in Klimamodelle und Wettervorhersagen integriert werden und so unser Verständnis der Luft-Meer-Wechselwirkungen und des Transports von Meeresmüll verbessern.
Allerdings bleibt die Wolkendecke ein Hindernis, da Wolken die Wärmebilder blockieren. Das Team plant, andere Arten von Satellitendaten zu kombinieren, um eine durchgehende Abdeckung zu erreichen. Es laufen bereits Arbeiten zur Ausweitung der Methode auf globale Ebene.
Die Codes und Daten sind öffentlich verfügbar, was es anderen Forschern ermöglicht, neue Anwendungen zu entwickeln.
Quelle: Nature Geoscience