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Integrated Climate Data Center
CENIntegrated Climate Data Center ICDC

Foto: getty images/L. Calvetti

Bodenfeuchtigkeit aus EUMETSAT ASCAT

ASCAT Soil moisture
Globale Bodenfeuchtigkeit aus EUMETSAT ASCAT, Jan 2007. Copyright: UHH/CEN/AJB

Übersicht

Zugang

UNEINGESCHRÄNKT:

EINGESCHRÄNKT: Dieser Link auf den Datensatz ist nur für eine eingeschränkte Nutzergruppe verfügbar.  Der Datensatz ist nur im CEN/MPI Netzwerk bzw. von außen mit Kundenkonto  zugreifbar.  Bitte wenden Sie sich an ICDC, wenn Sie von außerhalb des Netzwerks auf diese Daten zugreifen möchten.

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Beschreibung

Für den hier vorliegenden Datensatz wurden Rückstreuwerte gemessen (im C-Band) mit dem Advanced SCATterometer (ASCAT) an Bord des EUMETSAT MetOp Satelliten (siehe Referenzen) 

zunächst auf einen einheitlichen Einfallswinkel (40°) normiert (mit Hilfe eines Radarrückstreumodells). Der so normierte Radarrückstreuwert ist eine Funktion der Bodenfeuchte; niedrige Feuchte korrespondiert mit niedriger, hohe Feuchte mit hoher Radarrückstreuung. Die Rückstreuwerte werden für einen Bodenfeuchtebereich von 0% (komplett trocken) bis 100% (nass, kein weiteres Wasser kann mehr aufgenommen werden) skaliert. Die erhaltenen relativen Werte der Bodenfeuchte sind in etwa repräsentativ für die obersten 2-5 cm des Bodens.

Es handelt sich hier um die re-prozessierte Version 7 dieses EUMETSAT H-SAF Produkts (ASCAT SSM CDR v7 12.5 km: H119 und ASCAT SSM CDR v7 EXT 12.5 km: H120); H120 ist die sogenannte "offline  extension" des H-SAF H115 Climate Data Records (CDR) - also ein interim CDR (iCDR).

Die Originaldaten liegen als Zeitreihe pro Gitterzelle vor. Wir bieten die Daten als Karte täglich und monatlich gemittelt als 5-Tageskomposit/-mittel - separat für aufsteigende und absteigende Satellitenüberflüge - projeziert auf ein einfaches zylindrisches Gitter mit etwa 0.1° x 0.1° Auflösung an. Die Motivation Daten auf- und absteigender Überflüge zu separieren basiert, z. B., auf Arbeiten wie der von Al-Yaari, A., et al. (siehe Referenzen).

Das Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD) zu den Produkten H119 und H120 gibt es in den Referenzen.

Für die Originaldaten, d.h. die Bodenfeuchtezeitreihen, empfehlen wir sich an EUMETSAT H-SAF zu wenden (siehe Referenzen).

Letzte Aktualisierung des Datensatzes am ICDC: 3. August 2023.

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Parameter

Parameter des täglichen Bodenfeuchtedatensatzes
NameEinheit/BereichKommentar
relative Bodenfeuchte [Variable: "sm"] 0 ... 100% Nur "Correction Flag" 0 (siehe Product User Guide)
relativer Fehler / Rauschen [Variable "sm_noise"] 0 ... 100% Fehler zum vorherigen Parameter
relative Bodenfeuchte (erweitert) [Variable "sm_ext"] 0 ... 100% Correction Flag 0, 1, 2 und 4 (siehe Product User Guide)
relativer Fehler / Rauschen (erweitert) [Variable "sm_ext_noise"] 0 ... 100% Fehler zum vorherigen Parameter
Produktkennzahl 0 ... 127 Kombination aus "Surface State Flag", "Correction Flag" und "Processing Flag" (siehe Product User Guide + Kennzahlbeschreibung in der netCDF-Datei
N 0 ... 5 Anzahl der Überflüge pro Gitterzelle im 5-Tagesintervall
Schneebedeckung 0 ... 100% Klimatologie, basiert auf SSM/I Daten
Gefrorener Boden 0 ... 100% Klimatologie, basiert auf ERA-40 Daten
Feuchtgebiet- / Gewässeranteil 0 ... 100% statisch, basiert auf GLWD (2004) und GSHHS (v1.5, 2004) Daten
Komplexität der Topographie 0 ... 100% statisch, basiert auf GTOPO30 Daten
Porosität des Bodens (LDAS) 0 ... 1 m³ / m³ Re-sampled vom Land Data Assimilation System (LDAS) Daten (NASA, Reynolds, 2000)
Porosität des Bodens (HWSD) 0 ... 1 m³ / m³ Bestimmt aus der HWSD mittels der Formeln in Saxton and Rawls (2006)

 

Parameter des monatlichen Bodenfeuchtedatensatzes
NameEinheit/BereichKommentar
relative Bodenfeuchte (erweitert) 0 ... 100% aus Tages-Variable "sm_ext"
relativer Fehler / Rauschen (erweitert) 0 ... 100% aus Tages-Variable "sm_ext_noise"
N_days [Variable "n_of_sm"] 0 ... 31 Anzahl der Tage mit gültigen Daten
N [Variable "n_of_overpasses"] 0 ... 5 mittlere Anzahl der Überflüge pro Gitterzelle im 5-Tagesintervall
Schneebedeckung 0 ... 100% Klimatologie, basiert auf SSM/I Daten
Gefrorener Boden 0 ... 100% Klimatologie, basiert auf ERA-40 Daten
Feuchtgebiet- / Gewässeranteil 0 ... 100% statisch, basiert auf GLWD (2004) und GSHHS (v1.5, 2004) Daten
Komplexität der Topographie 0 ... 100% statisch, basiert auf GTOPO30 Daten
Porosität des Bodens (LDAS) 0 ... 1 m³ / m³ Re-sampled vom Land Data Assimilation System (LDAS) Daten (NASA, Reynolds, 2000)
Porosität des Bodens (HWSD) 0 ... 1 m³ / m³ Bestimmt aus der HWSD mittels der Formeln in Saxton and Rawls (2006)
Statuskennzahl 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 127 Bestimmt und vereinfacht aus der täglichen Produktkennzahl

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Abdeckung, räumliche und zeitliche Auflösung

Zeitraum und zeitliche Auflösung: 

  • 2007-01-01 bis 2022-12-31 (H119 bis 2020-12-31, danach H120)
  • täglich als gleitendes 5-Tageskomposit, separat für aufsteigende & absteigende Satellitenüberflüge
  • 2007-01 bis 2021-12 (H119 bis 2020-12, danach H120)
    monatlich

Räumliche Abdeckung und Auflösung:

  •  Global
  • Räumliche Auflösung: ca. 0.1° x 0.1°, kartesisches Gitter
  • Geographische Länge: 179.944°W bis 179.944°E
  • Geographische Breite: 89.9437°S bis 89.9437°N
  • Dimension: 1599 Zeilen x 3207 Spalten
  • Höhe: Terrain folgend

Format:

  • NetCDF

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Datenqualität

Der Datensatz enthält eine ganze Anzahl an Qualitätskennzahlen. Zum einen beinhaltet er den Retrievalfehler. Dieser basiert auf der durch Gaußsche Fehlerfortpflanzung aus den Fehlern der Eingabeparameter und -größen berechneten Unsicherheit der erhaltenen Bodenfeuchte. Fehler dieser Parameter und Größen sind z. B. die Variabilität der Radarrückstreuwerte durch Sensorrauschen und die Variabilität der Sensitivität der Radarrückstreuwerte auf die Bodenfeuchte für verschiedene Boden- und Vegetationstypen.

Es ist anzumerken, dass insbesondere in den polaren Regionen und in Gebieten dichter Vegetation (z. B. für die Regenwälder Südamerikas) die hier verwendete Methode zur Ableitung der Bodenfeuchte an ihre Grenzen stößt; häufig sind diese Gebiete daher als "nicht nutzbar" ausmaskiert bzw. zeigen einen großen Retrievalfehler.

Über Schnee, Eis, gefrorenem Boden und Feuchtgebieten, wie z. B. Gewässern, ist eine Berechnung der Bodenfeuchte nicht möglich. Um möglicherweise zweifelhafte Bodenfeuchtewerte besser identifizieren zu können, beinhaltet das Produkt die prozentuale Bedeckung jeder Gitterzelle mit Schnee (Variable: "snow_cover"), gefrorenem Boden (Variable: "frozen_soil") und Feuchtgebieten (Variable: "wetland") (letztere sind statisch, d.h. für den kompletten Datensatz konstant wohingegen die ersten beiden Parameter tägliche Werte einer Klimatologie sind.) 

Probleme bei der Bodenfeuchteberechnung bereiten ausserdem Gebiete mit stark variabler Topographie, weil hier der Einfallswinkel lokal sehr unterschiedlich sein kann. Das bereitet Probleme bei der Normierung auf einen einheitlichen Einfallswinkel und damit bei der Bodenfeuchteberechnung. Deshalb beinhaltet der Datensatz zusätzlich ein Maß für die Komplexität der Topographie: Die normierte Standardabweichung der Höhe pro Gitterzelle in Prozent (Variable "topography").

In (Trocken)Gebieten mit Köppen-Klimatologie BW(h oder k) eine sogenannte "wet correction" durchgeführt; diese basiert im wesentlichen auf dem Umstand, dass der verwendete Zeitserienansatz dann zu falschen Bodenfeuchtewerten führen kann, wenn über den betrachteten Zeitraum die Bodenfeuchte nie 100% erreicht hat. Die Anwendung dieser "wet correction" sowie Gitterzellen mit niedriger Sensitivität (< 1%) der RADAR-Rückstreuwerte zur Bodenfeuchte bzw. einem Bodenfeuchtefehler > 50% ist in der Qualitätskennzahl vermerkt.

Für Details empfehlen wir die Referenzen (siehe Referenzen).

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Kontaktperson

Wolfgang Wagner
Department of Geodesy and Geoinformation (GEO), Research Group Remote Sensing
http://rs.geo.tuwien.ac.at, Vienna University of  Technology (TU Wien)
E-Mail: ww (at) ipf.tuwien.ac.at or radar (at) ifp.tuwien.ac.at

EUMETSAT
Hydrology - Satellite Application Facility (H-SAF)
http://hsaf.meteoam.it
E-Mail: us_hsaf (at) meteoam.it

Stefan Kern
ICDC / CEN / University of Hamburg
E-Mail: stefan.kern (at) uni-hamburg.de

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Referenzen

Literatur:

Websites:

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Datenzitat

Bei Verwendung der Daten diese bitte wie folgt zitieren:

Tägliche globale Karten:

Globally gridded daily 5-day running mean / composite ASCAT soil moisture maps (https://doi.org/10.25592/uhhfdm.10467, https://doi.org/10.25592/uhhfdm.13101) derived at the Integrated Climate Data Center (ICDC, https://www.cen.uni-hamburg.de/icdc) from H SAF (2022): ASCAT Surface Soil Moisture Climate Data Record v7 and v7 Extension 12.5 km sampling - Metop, EUMETSAT SAF on Support to Operational Hydrology and Water Management, https://doi.org/10.15770/EUM_SAF_H_0009, last access: July 4 2023

Monatliche globale Karten:

Globally gridded monthly mean ASCAT soil moisture maps (https://doi.org/10.25592/uhhfdm.10468, https://doi.org/10.25592/uhhfdm.13103) derived at the Integrated Climate Data Center (ICDC) from globally gridded daily 5-day running mean / composite soil moisture maps (https://doi.org/10.25592/uhhfdm.10467, https://doi.org/10.25592/uhhfdm.13101).

Darüber hinaus müssen Sie zitieren:

  • Wagner, W., G. Lemoine, and H. Rott (1999), A method for estimating soil moisture from ERS scatterometer and soil data. Remote Sensing of Environment, 70(2), 191-207, doi:10.1016/S0034-4257(99)00036-X
  • Naeimi, V., K. Scipal, Z. Bartalis, S. Hasenauer, and W. Wagner, 2009, An improved soil moisture retrieval algorithm for ERS and MetOp scatterometer observations, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 47(7), 1999-2013, doi:10.1109/TGRS.2008.2011617
  • Naeimi, V., C. Paulik, A. Bartsch, W. Wagner, R. Kidd, S.-E. Park, K. Eiger, and J. Boike, 2012, ASCAT surface state flag (SSF): Extracting information on surface freeze/thaw conditions from backscatter data using an empirical theshold-analysis algorithm. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 50(7), 2566-2582, doi:10.1109/TGRS.2011.2177667

Da die Daten auf Messungen des EUMETSAT METOP-ASCAT-Sensors basieren, muss EUMETSAT erwähnt werden:

  • All H-SAF products are owned by EUMETSAT, and the EUMETSAT SAF Data Policy applies. They are available for all users free of charge.

Benutzer sollten die jeweiligen Rollen von EUMETSAT, der führenden H-SAF-Einheit und des H-SAF-Konsortiums erkennen, wenn sie Ergebnisse veröffentlichen, die auf H-SAF-Produkten basieren. Das Eigentum und die Rechte von EUMETSAT an geistigem Eigentum an den SAF-Daten und -Produkten werden am besten geschützt, indem einfach die Wörter "(C) EUMETSAT" unter den SAF-Daten und -Produkten angezeigt werden, die in einer Veröffentlichung der Website aufgeführt sind.

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