Fog Observation and Geostationary Monitoring of its Area and Properties

• Applicant: Professor Dr. Jörg Bendix
• Subject Area: Physical Geography
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 35922419

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Ziel des Vorhabens war es, auf der Basis von Meteosat Second Generation (MSG)-SEVIRI- Daten ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, niedrigen Stratus und Bodennebel zu klassifizieren. Dazu wurde zuerst für Tagdaten ein auf abgeleiteten Werten des Flüssigwasserwegs (LWP) basierendes Verfahren ausgearbeitet und für Mitteleuropa validiert. Zur Übertragung auf SEVIRI-Nachtdaten, die die zur Ableitung des LWP verwendeten solaren Kanäle nicht enthalten, mussten aufwändige Strahlungstransferrechungen durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten Lookup-Tabellen erstellt werden, mit denen der LWP aus den Schwarzkörpertemperaturen infraroter Spektralkanäle abgeleitet werden kann. Eine Validierung des Verfahrnes steht noch aus, da Validierungsdatensätze für den LWP bei Nacht bislang fehlen. Daher wurde im Rahmen des Vorhabens damit begonnen, den LWP basierend auf einem vertikalen Wolkenradar-Profiler und Strahlungstransferrechnungen abzuleiten. Zur Verbesserung der räumlichen Auflösung des Tagverfahrens von 3 auf 1 km Auflösung konnte ein spezielles Pan-Shapening-Verfahren auf der Basis von MSG-SEVIRI-3-km-Kanälen und HRV erfolgreich entwickelt werden. Das Verfahren zeigt hervorragende Erfolge bei der Klassifikation von Talnebel im 3-km-Subpixelbereich und stellt damit eine essenzielle Verbesserung des operationellen Nebel-Nowcastings mit Satellitendaten dar. Die Übertragbarkeit des für Mitteleuropa entwickelten 3-km-Tagverfahrens auf andere Klimagebiete wurde für die Südwestküste Afrikas (Namibia) untersucht. Der Algorithmus zeigte sehr gute Klassifikationsergebnisse, sodass erstmals aus einem langen SEVIRI- Datensatz eine raum-zeitlich explizite Stratus/Nebelklimatologie für diesen Küstenbereich berechnet werden konnte.

Publications

• 2010. Statistics on low cloud occurrence per month along the South-Western African coast at 7:00 and 14:00 UTC, 2004 to 2009
  Cermak, J.
  
• 2011. Detecting ground fog from space – a microphysics-based approach. Int. J. Remote Sensing 32, 3345-3371
  Cermak, J. & Bendix, J.
  
• 2011. Retrievals of optical and microphysical cloud properties from Meteosat SEVIRI Data at night - A feasibility study based on radiative transfer calculations. Remote Sensing Letters 2, 357 – 366
  Merk, C., Cermak, J. & Bendix J.
  
• 2011. Simulating Z–LWC relations in natural fogs with radiative transfer calculations for future application to a cloud radar profiler. Pure Appl. Geophys.
  Maier, F., Bendix, J. & Thies, B.
  
• 2011. Will the southern African west coast fog be affected by future climate change? Erdkunde 65, 261-275
  Haensler A., Cermak J., Hagemann S., Jacob D.
  
• 2012. Low Clouds and Fog Along the South-Western African Coast - Satellite-Based Retrieval and Spatial Patterns. Atmospheric Research
  Cermak J.