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PUBLIC RELEASE DATE: 21 juli 2004

Seeungeheuer gibt es doch: ESA-Radarsatelliten entdecken 'Monsterwellen'



Ein seltener Bildbeleg: Riesenwelle in Aktion
Credits: Philippe Lijour

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21 Juli 2004 Einst als Seemannsgarn abgetan, werden sie inzwischen als Hauptursache fr den ungeklrten Untergang vieler Ozeanriesen gehandelt: gigantische Riesenwellen, die mitunter die Hhe eines zehnstckigen Hochhauses erreichen knnen. Dass diese Monsterwellen tatschlich hufiger vorkommen als gedacht, hat jetzt Datenmaterial von den ERS-Satelliten der ESA bewiesen. Von der Auswertung erhofft man sich nun nhere Erkenntnisse ber den Ursprung dieses mysterisen Phnomens.

In den letzten zwanzig Jahren sind mehr als 200 Supertanker und Containerschiffe von mehr als 200 Meter Lnge auf hoher See untergegangen meist unter schweren Wetterbedingungen. Inzwischen glaubt man, dass Riesenwellen, so genannte Freak Waves, fr einen Groteil dieser Unglcksflle verantwortlich sind.

Die Schilderungen von Seeleuten, die eine solche Begegnung erlebt haben, hren sich schier unglaublich an. So traf beispielsweise das Kreuzfahrtschiff Queen Elizabeth II im Februar 1995 whrend eines Hurrikans im Nordatlantik auf ein 29 Meter hohes Wellenungetm. Kapitn Ronald Warwick erinnert sich an eine einzige riesige Wasserwand... es sah aus, als steuerten wir auf die weien Klippen von Dover zu.

Im Sdatlantik traf es Ende Februar 2001 binnen einer Woche gleich zwei andere Kreuzfahrtschiffe, die Bremen und die Caledonian Star. In beiden Fllen durchschlugen Riesenwellen die Fenster der Kommandobrcke, die immerhin 30 Meter ber der Wasseroberflche liegt. Die Bremen trieb daraufhin zwei Stunden lang antriebslos und ohne Navigationssysteme auf hoher See. Die beiden Vorflle ereigneten sich weniger als 1000 Kilometer voneinander entfernt, erklrt Dr. Wolfgang Rosenthal, Wissenschaftler am GKSS Forschungszentrum in Geesthacht, der das Phnomen Riesenwellen schon seit Jahren erforscht. Bei der Bremen fiel die komplette Elektronik aus, whrend sie parallel zu den Wellen im Wasser trieb. Whrend des Ausfalls dachte die Mannschaft schon, dass vielleicht ihr letztes Stndlein geschlagen haben knnte.

Genau das gleiche Phnomen ist vielleicht fr den Untergang vieler Schiffe verantwortlich, die nicht so viel Glck hatten. Im Durchschnitt sinken jede Woche zwei groe Schiffe. Aber die Ursachen werden nie so grndlich untersucht wie zum Beispiel bei einem Flugzeugabsturz es heit dann immer nur schlechtes Wetter.

Auch Bohrinseln sind nicht vor den Monsterwellen sicher. Am 1. Januar 1995 wurde die Nordsee-Bohrinsel Draupner von einer Freak Wave getroffen ein Lasermessgert an Bord gab die Hhe mit 26 Metern an. Die Wellen in der Umgebung des Ungetms waren mit bis zu 12 Metern nicht minder beeindruckend.

Angesichts verlsslicher Radaraufzeichnungen von Plattformen wie der Draupner zeigen sich inzwischen auch ehemals skeptische Wissenschaftler berzeugt. Ihre bisherigen Statistiken gingen davon aus, dass derartige Abweichungen vom normalen Wellengang nur einmal alle 10.000 Jahre vorkommen knnen. Radardaten aus dem Nordsee-lfeld Goma belegen jedoch 466 solcher Vorkommnisse allein in 12 Jahren.

Die Einsicht, dass Riesenwellen viel hufiger auftreten als bisher gedacht, hat drastische Auswirkungen auf die Sicherheitskonzepte fr die Ozeanriesen und Bohrplattformen. Denn aktuell sind sie in der Regel nur fr Wellen bis maximal 15 Meter Hhe ausgelegt zu wenig, wie man inzwischen wei.

Die Europische Union hatte bereits im Dezember 2000 erkannt, dass Handlungsbedarf besteht: Mit MaxWave brachte sie ein Projekt zur Erforschung der Riesenwellen auf den Weg. Es sollte Art und Umfang ihres Auftretens besttigen, ihre Entstehung nachvollziehen und natrlich feststellen, welche Auswirkungen all diese Tatsachen auf die Konstruktionskriterien fr Schiffe und maritime Bauwerke wie Bohrinseln haben. Pionierarbeit leisteten dabei die ERS-Radarsatelliten der ESA: Anhand der von ihnen bermittelten Daten nahm man im ersten Schritt eine Bestandsaufnahme der weltweiten Wellenszene vor.

Ohne die Radaraufnahmen aus der Luft htten wir berhaupt keine Chance gehabt, irgendwelche neuen Erkenntnisse zu gewinnen, erklrt Rosenthal, der das auf drei Jahre angesetzte MaxWave-Projekt leitete. Beim Projektstart konnten wir fr unsere Arbeit lediglich auf Radardaten von Bohrinseln zurckgreifen. Also waren wir von Anfang an daran interessiert, die ERS-Satelliten fr unsere Zwecke zu nutzen.

Die ERS-Zwillingssatelliten der ESA, ERS-1 und ERS-2, drehen seit Juli 1991 bzw. April 1995 ihre Bahnen um die Erde - und werden bei ESA/ESOC in Darmstadt kontrolliert. An Bord fhren sie jeweils ein so genanntes SAR (Synthetic Aperture Radar), mit dem sie ihre Daten sammeln.

Das SAR wiederum arbeitet in verschiedenen Modi. ber dem Ozean kommt der Wellenmodus zum Einsatz, bei dem in Abstnden von 200 Kilometern kleine Ozeanausschnitte mit einer Gre von 10 auf 5 km aufgenommen werden.

Jeder dieser Ausschnitte wird anschlieend auf mathematischem Wege in eine Aufstellung der durchschnittlichen Wellenenergie und -richtung aufgeschlsselt, ein so genanntes Ozeanwellenspektrum. Diese Spektren stellt die ESA zum ffentlichen Abruf bereit. Meteorologen verwenden sie beispielsweise, um genauere Modelle fr die Seewettervorhersage zu entwickeln.

Die Rohbilddaten werden in der Regel nicht zur Verfgung gestellt, aber wir dachten uns, dass sie mit ihrer hohen Auflsung von zehn Metern auch im Urzustand schon eine Unmenge von Informationen enthalten sollten, so Rosenthal weiter. Die Wellenspektren liefern uns zwar Durchschnittsdaten zum Wellengang, aber aus den Rohdaten knnen wir zustzlich die Hhe der einzelnen Wellen erkennen darunter natrlich auch genau die Extreme, fr die wir uns so interessieren.

Die ESA hat uns mit drei Wochen an Datenmaterial versorgt, insgesamt gut 30.000 einzelne Bildausschnitte, allesamt aus dem Zeitraum, als die Bremen und die Caledonian Star getroffen wurden. Im Deutschen Zentrum fr Luft- und Raumfahrt DLR haben wir die Bilder dann verarbeitet und automatisch nach extremen Wellenhhen durchsuchen lassen.

Trotz des relativ kurzen Erfassungszeitraums waren die Ergebnisse beeindruckend: Das MaxWave-Team konnte mehr als zehn Riesenwellen von ber 25 Meter Hhe ausfindig machen, deren Auftreten ber den gesamten Erdball verteilt war.

Wir haben damit bewiesen, dass es sie gibt, und zwar deutlich fter als bisher vermutet. Im nchsten Schritt wollen wir nun analysieren, ob sie sich auch vorhersagen lassen, fasst Rosenthal den aktuellen Stand der Dinge zusammen. Das MaxWave-Projekt ist zwar Ende letzten Jahres offiziell zu Ende gegangen, an zwei Arbeitsfeldern wird allerdings weitergeforscht. Zum einen werden die Ursachen von Schiffsuntergngen untersucht, um davon ausgehend die Sicherheit von Schiffen zu verbessern. Zum anderen werden wir noch mehr Satellitendaten analysieren und uns dabei besonders auf die Frage konzentrieren, ob Vorhersagen mglich sind.

Die Rede ist von WaveAtlas, einem neuen Forschungsprojekt, in das ERS-Bildmaterial aus einem Zeitraum von zwei Jahren einflieen wird. Aus einer statistischen Analyse soll dabei ein Atlas entstehen, der das Auftreten von Riesenwellen auf der ganzen Welt aufzeichnet. Geleitet wird das Projekt von Susanne Lehner, Associate-Professorin fr angewandte Meeresphysik an der Universitt von Miami. Auch Rosenthal, mit dem Lehner schon am DLR im Rahmen von MaxWave zusammengearbeitet hat, wird bei dem neuen Projekt wieder mit von der Partie sein.

"Wenn man sich durch das Bildmaterial arbeitet, fhlt sich das fast so an, als ob man ber die Wasseroberflche fliegt. Man kann den Seegang entlang der Bahn des Satelliten ganz genau verfolgen, erklrt Lehner die Faszination ihrer Arbeit. Auerdem sieht man auch Sachen wie Eisschollen, lteppiche oder Schiffe sehr deutlich es gibt also groes Interesse, die Daten auch zu anderen Forschungszwecken zu verwenden.

Nur Radarsatelliten knnen uns das Datenmaterial liefern, das wir fr eine solide statistische Analyse der Weltmeere brauchen. Anders als normale Fotosatelliten funktionieren sie auch dann noch, wenn es dunkel oder bewlkt ist. Bei strmischem Wetter sind sie zum Beispiel die einzige Mglichkeit, an brauchbare Daten zu kommen.

Einige Aufflligkeiten haben die Wissenschaftler bereits gefunden. So bilden sich die Riesenwellen besonders oft dort, wo normale Wellen auf Meeresstrmungen und Wasserwirbel treffen. Die Strmung bndelt die Wellenenergie, sodass immer grere Wellen entstehen Lehner vergleicht das Prinzip mit einer Linse, die Lichtenergie auf einen kleinen Punkt konzentriert.

Eine besonders ergiebige Gegend ist in dieser Hinsicht das Gebiet vor der Ostkste von Sdafrika, wo der bekannt gefhrliche Agulhasstrom sein Unwesen treibt. Doch auch andere groe Strmungen sind potenzielle Riesenwellen-Verursacher zum Beispiel der Golfstrom im Nordatlantik, der dort auf Wellen aus der Labradorsee trifft.

Allerdings zeigen die Daten auch, dass Riesenwellen ebenso gut in der Nhe von Wetterfronten und Tiefdruckgebieten entstehen knnen, weit entfernt von irgendwelchen Strmen. Ursache sind hartnckige Strme, die lnger als 12 Stunden andauern. Wenn anhaltender Wind in so einer Situation auf eine Welle trifft, die sich gerade synchron zur Windgeschwindigkeit bewegt, kann es dazu kommen, dass sich die Welle dadurch immer weiter hochschaukelt. Dabei kommt es gerade auf die richtige Geschwindigkeit an wre die Welle zu schnell, wrde sie dem Sturm davonziehen und sich irgendwann verlaufen, wre sie zu langsam, wrde der Sturm einfach ber sie hinweg ziehen.

Einige der Ursachen von Riesenwellen kennen wir jetzt, aber einiges liegt auch noch im Dunkeln, so Rosenthal abschlieend. Etwas Zeit bleibt noch: Das WaveAtlas-Projekt soll bis zum ersten Quartal 2005 weitergehen.

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