Als die Erde 2023 und 2024 klimatisch in den roten Bereich drehte, stand ein alter Hase der Fernerkundung stoisch an der Buchhaltung: CERES, die NASA-Instrumentenfamilie „Clouds and the Earth’s Radiant Energy System“. Seit 1997 misst sie, wie viel Sonnenenergie der Planet schluckt, wie viel er reflektiert – und wie viel Wärme er ins All abstrahlt. Kurz: den Energiehaushalt der Erde. Wer verstehen will, warum sich das Klima so rasant verschiebt, braucht diese Bilanz.

CERES heute: ein Veteran im Schichtbetrieb
– Im Orbit arbeiten derzeit sechs CERES-Instrumente auf fünf Missionen (Terra, Aqua, Suomi NPP, NOAA‑20). Zwei Einheiten sind außer Dienst: das frühe PFM auf TRMM und Terra/FM2 (seit Januar 2025 wegen Batterielimits abgeschaltet).
– Weil die sonnen-synchronen Bahnen von Terra und Aqua mittlerweile driften, schalten die Teams die Sensoren in den RAP-Modus (Rotating Azimuth Plane). Das erweitert die geometrische Abdeckung – sprich: mehr Blickwinkel, besonders bei niedriger Sonne.
– Kleine technische Randnotiz: NOAA‑20/FM6 zeigte 2023/24 ein leises Rauschen im kurzwelligen Kanal – messbar, aber ohne praktische Auswirkung auf Erdbeobachtungen.

Die große Bilanz: ein außergewöhnlicher Ausschlag
2023 markierte – nach ERA5-Reanalyse – einen klimatischen Sprung:
– Absorbierte Sonnenstrahlung (ASR; ein Maß dafür, wie viel der Erde vom Solarkonto bleibt) lag von März bis September fast durchgehend außerhalb des 90%-Konfidenzintervalls.
– Das Netto an der Atmosphärenoberkante (ToA, „Top of Atmosphere“) überschritt im ersten Halbjahr ebenfalls die üblichen Schwankungsgrenzen; OLR (Outgoing Longwave Radiation, die Wärmestrahlung der Erde) zog ab Juni stark an – Zeichen dafür, dass das System überschüssige Energie wieder „abbläst“.
– Trotzdem blieb die Netto-Bilanz ungewöhnlich hoch – größer als beim starken El Niño 2016 – und setzte sich bis ins frühe Jahr 2024 fort.

Eine seltene Langzeitleistung
Im Mai 2025 verkündete das Team: 25 Jahre konsistente Strahlungsbilanz, von März 2000 bis Februar 2025. Das ist eine stille Großtat. Denn: Jede Instrumentengeneration strahlt in anderen Winkeln, hat andere Filter, altert anders. CERES harmonisiert all das – per Überlappungsflügen, Ray-Matching mit Wettersatelliten, invariantem Ziel (Libyen-4) und cleverer Kalibrierung – zu einem nahtlosen Klimadatensatz (EBAF). Zwischendurch sprang sogar Europa ein: Erste Vergleiche mit EarthCAREs Breitbandradiometer zeigen sehr gute Übereinstimmung im langwelligen Bereich; kurzwellige Messungen sind bei EarthCARE rund 8% „heller“ als CERES – genau der Stoff, aus dem robuste Interkalibrationen werden.

Algorithmen, die mitwachsen
Die Edition 5 der CERES-Algorithmen ist eine Generalüberholung:
– Wolken: Die Abgleichung zwischen MODIS (Terra/Aqua) und VIIRS (Suomi NPP/NOAA‑20) gelingt im Ozean mittlerweile auf ~2% (Tag und Nacht); Land und Polarnacht sind die nächste Baustelle. Gegenprüfung mit dem Lidar CALIOP: Nachtalgorithmen korrigieren die Überbewertung hoher Wolken, unterschätzen aber flache (unter 3 km) noch um ca. 10%.
– Geostationäre Partner (GOES, Meteosat, Himawari): Ein gemeinsamer Drei-Kanal-Ansatz und ein K‑D‑Tree verbessern die Konsistenz zwischen Satelliten und Tageszeiten; Unterschiede bei optischer Tiefe/Partikelgröße (v. a. Meteosat) bleiben im Blick.
– Von Radianz zu Fluss: Neue Winkel-Verteilungsmodelle (ADMs) nutzen zusätzliche RAP-Geometrien; „Unfiltering“-Koeffizienten wurden mit MODTRAN 5.4, zusätzlichen Winkel-/Zenit-Bins und realistischen Land-BRDFs verfeinert.
– Spektrale Aufspaltung: Kurzwellige Flüsse lassen sich dank Look-up-Tabellen und VIIRS-Spektren sauber in „sichtbar“ und „nahes Infrarot“ teilen – wichtig, weil Wasser- und Eiswolken sich spektral sehr unterschiedlich verhalten.
– Strahlungstransfer: Die Fu–Liou-Rechnung springt auf 29 Bänder mit neun Gasarten pro Band. Das senkt die systematische LW‑Abweichung an ToA auf <0,5 W/m² und macht die Linienphysik demonstrativ „echter“.

Maschinelles Lernen – jetzt mit physikalischem Taktgefühl
– Aus geostationären Imageradiancen Breitbandflüsse schätzen? ML reduziert den Bias um 75% gegenüber klassischer Regression; global bleiben Abweichungen 15 μm) der polaren Wärmestrahlung – mehr als die Hälfte der OLR dort. Dünne Wolken und wenig Wasserdampf, sonst kaum greifbar, werden sichtbar. Die Daten sind seit Juni 2025 öffentlich.
– ARCSIX, eine große Feldkampagne 2024 über Grönland, verknüpft Oberflächenalbedo, Wolken, Aerosole und Strahlung im arktischen Sommer – genau dort, wo Modelle aktuell am meisten streuen.
– Wolken–Eis‑Rückkopplung: Entlang der Marginalen Eiskante ist die Thermodynamik (wärmer, feuchter, weniger stabil über offenem Wasser) der Schlüssel – die Rückkopplung wird in Herbst/Winter positiv, im Frühjahr negativ.
– Arktische Albedo aufgedröselt: Mit CERES und CMIP6 zeigt sich: Der Modell‑Spread kommt saisonal aus unterschiedlichen „Termen“ (Eisalbedo vs. Eisfläche vs. räumliche Verteilung). Genau dort entscheidet sich, wie stark die Arktis künftig erwärmt.

Bürgerforschung, die kühlt
Während der Sonnenfinsternisse 2023/2024 sammelten GLOBE‑Freiwillige zehntausende Temperatur- und Wolkenbeobachtungen – ein simpler, aber wertvoller Realitätscheck: merkliche Abkühlung zum Maximum, weniger Wolken, mehr Kondensstreifen. Auch das ist Wissenschaft, die trägt.

Blick nach vorn: Instrumente und Integration
– Libera, der CERES‑Nachfolger, fliegt auf JPSS‑4 – mit neuem Weitwinkel‑Kamerakonzept, das die Winkelabhängigkeit (ADMs) effizienter beprobt.
– CTIM‑CubeSat, mit denselben VACNT‑Detektoren wie Libera, lieferte erste Erdblicke: mittlere Abweichung zu CERES ~‑1,8% (kanal- und sensorabhängig).
– Athena/EPIC, ein kostengünstiger Breitband‑Pfadfinder, ging 2025 nach dem Aussetzen ins Trudeln – ein Rückschlag, aber technologisch lehrreich.

Warum das alles außergewöhnlich ist
– Nahtlosigkeit: Ein Vierteljahrhundert konsistente Strahlungsbilanz über mehrere Satelliten, Sensoren, Bahnen und Altersprozesse hinweg – das ist die Klimaversion eines Stradivari‑Geigenbaukunststücks.
– Physik + Datenkunst: Von ADMs bis ML – CERES kombiniert harte Strahlungsphysik mit moderner Statistik, ohne die physikalische Bodenhaftung zu verlieren.
– Nützlichkeit: Die Daten fließen direkt in Anwendungen – von Echtzeit‑Strahlungsprodukten (FLASHFlux) über Entwicklungsprogramme (SERVIR) bis zur Bewertung der Erdenergiebilanz (GEWEX).

Kurz erklärt: die wichtigsten Fachbegriffe
– ToA/OLR/ASR: An der Atmosphärenoberkante summiert sich, was rein- und rausgeht: ASR = einfallende Sonne minus Reflexion; OLR = abgegebene Wärmestrahlung.
– EEI: Earth Energy Imbalance – der Nettobetrag, der im System hängen bleibt (aktuell positiv).
– CRE: Cloud Radiative Effect – der Wolkenanteil am Strahlungsbudget.
– ADM: Angular Distribution Model – übersetzt gemessene Helligkeiten in flächenhafte Energieflüsse.
– RAP‑Modus: Rotierender Azimut‑Scan, um mehr Sonnen-/Blickwinkel zu erfassen.
– EBAF: „Energy Balanced and Filled“ – der ausbalancierte, lückenarme Langzeit‑Datensatz.

Fazit
CERES ist der verlässliche Buchhalter in einer Zeit, in der das Konto „Energie“ unseres Planeten überzieht. 2023/24 haben die Messungen gezeigt, wie extrem die Ausschläge geworden sind – und wie schnell das System reagiert. Dass wir diese Dynamik so präzise sehen, ist kein Zufall: Es ist das Ergebnis von 25 Jahren technischer Disziplin, pfiffiger Algorithmen, offener Vergleiche mit Partnern – und der Bereitschaft, Physik und Datenlernen produktiv zu verheiraten. Wer wissen will, wie sich Klima wirklich verändert, braucht genau diese Mischung. CERES liefert sie – Tag für Tag, Umlauf für Umlauf.

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