3. Dezember 2019
Earth Information Day 2019

UN-Klimakonferenz: Monitoring der Erde – DLR stellt Satellitenmission Tandem-L vor

Tandem-L
Tandem-L
Bild 1/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Tandem-L

Ein Vorschlag für eine hochinnovative Satellitenmission zur Überwachung dynamischer Prozesse auf der Erdoberfläche. Erstmals wird es mit Tandem-L möglich sein, 7 essentielle Klimavariablen im Rahmen einer Satellitenmission zu erfassen.

Tandem-L Aufnahmekapazität
Tandem-L Aufnahmekapazität
Bild 2/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Tandem-L Aufnahmekapazität

Globale Abdeckung der Erdoberfläche innerhalb von 8 Tagen mit einer räumlichen Auflösung von 5-7m. Aufgrund seiner neuartigen Abbildungstechniken und seiner enormen Aufnahmekapazität wird Tandem-L dringend benötigte Informationen zur Lösung hochaktueller wissenschaftlicher Fragestellungen aus den Bereichen der Bio-, Geo-, Kryo- und Hydrosphäre liefern.

Waldbiomasse
Waldbiomasse
Bild 3/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Waldbiomasse

Bestimmung der vertikalen Struktur des Waldes sowie der Waldbiomasse mit neuester tomographischer Radar-Technologie.

Vergleich mit polarimetrischem Radarbild
Vergleich mit polarimetrischem Radarbild
Bild 4/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Vergleich mit polarimetrischem Radarbild

Vom polarimetrischen Radarbild (links) im L-Band zur Waldhöhenkarte (rechts) mit Hilfe der neuen Technik der polarimetrischen Radarinterferometrie und -tomographie, demonstriert über den Pongara-Nationalpark in Gabun.

Die diesjährige Weltklimakonferenz (COP25) der Vereinten Nationen findet vom 2. bis 13. Dezember 2019 in Madrid statt. Im Rahmen des „Earth Information Day 2019“ stellte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am zweiten Tag des Klimagipfels Tandem-L vor, den Vorschlag für eine neuartige Satellitenmission zum Monitoring der Erde. Mithilfe von Tandem-L könnten zukünftig die Auswirkungen des Klimawandels überwacht werden und gleichzeitig die Wirksamkeit politischer Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels kontrolliert werden. Insgesamt zwei Radarsatelliten sollen die Veränderungen der Erde im Wochenrhythmus erfassen – in hoher Auflösung und unabhängig von Wetter oder Tageszeit.

Einer der größten unbekannten Faktoren in der Klimamodellierung zur Analyse und Vorhersage der Klimaentwicklung ist die Biomasse. Um insbesondere die Kohlenstoffbilanz der Wälder genauer berechnen zu können, muss ihre ganzheitliche Struktur weltweit erfasst werden. Die Waldbedeckung kann bereits durch Erdbeobachtungssatelliten gemessen werden – dazu gehören die Sentinel-Satelliten des europäischen Copernicus-Programms sowie die deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X. Viele anthropogene Störungen verändern jedoch das Ökosystem ohne sichtbare Abnahme der Waldfläche: Selektiver Holzeinschlag, die zunehmende Umwandlung von Natur- in Plantagenwälder, erhöhte Mortalität und die Feueranfälligkeit in Folge von Stress durch Klimaveränderungen beeinträchtigen wichtige Waldfunktionen – wie etwa die Biodiversität, Klimaregulierung, Kohlenstoffspeicherung und Wasserversorgung.

Datenlücken schließen

Neue Satellitenprogramme wie etwa die von der ESA geplante BIOMASS-Mission im Jahr 2023 werden dazu beitragen, die Fehlerfaktoren bei der Abschätzung der Waldbiomasse zu verringern, sind aber nicht in der Lage, eine kontinuierliche Wald-Beobachtung in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im Sinne des UN-Programms REDD+ (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation) zu etablieren. Dank seiner großen Wellenlänge von 23,6 Zentimetern im L-Band erfüllt Tandem-L Voraussetzungen für die tomographische Erfassung der dreidimensionalen Struktur von Vegetations- und Eisgebieten sowie die großflächige Vermessung von Deformationen mit Millimetergenauigkeit. Mit seiner 100-fach größeren Aufnahmefähigkeit und mit der innovativen Technik der polarimetrischen Radarinterferometrie und -tomographie könnten somit Abholzung, Waldbrand, Degradation und Aufforstung, aber auch Waldstruktur, -höhe und Biomasse weltweit und im zeitlichen Verlauf beobachtet werden. Vor allem durch Rodung und Waldbrände wird gebundenes Kohlenstoffdioxids (CO2) in die Atmosphäre freigesetzt. Hierüber gibt es bisher im Vergleich zu anderen Komponenten des CO2-Kreislaufs keine ausreichenden Daten. Tandem-L wird somit einen Schlüsselbeitrag zum besseren Verständnis des CO2-Kreislaufs und damit eine wichtige Lücke im Kohlenstoffkreislauf schließen. Zusätzlich bietet Tandem-L eine einzigartige Gelegenheit, den Status der REDD-Maßnahmen zu verfolgen und einen Beitrag zur Überwachung des CO2-Fußabdrucks jeder Nation zu leisten.

So soll die vorgeschlagene Satellitenmission nicht nur Rohdaten, sondern auch bereits veredelte Informationsprodukte liefern, die für wissenschaftliche Prognosen zum Klimawandel dringend notwendig, aber bisher nicht verfügbar sind. Dazu gehört nicht nur die globale Veränderungsanalyse von Wäldern zur Bestimmung der Biomassen, sondern auch die Vermessung von Gletscherbewegungen und Massenbilanz oder die Überwachung regionaler Wasserressourcen. Nutzer können die fertigen Satellitenprodukte direkt in ihre Vorhersagemodelle integrieren.

Datengrundlage für Handlungsempfehlungen

Deutschland könnte mit einer nationalen Mission Tandem-L daher seine Vorreiterrolle in der Umsetzung von Maßnahmen zur Milderung des Klimawandels untermauern, indem es ein Instrument zur objektiven Erfassung unserer Umwelt und Beobachtung von Umweltveränderungen bereitstellt. Die gewonnenen Informationen sollen Politik und Gesellschaft befähigen, die bestmöglichen Handlungsentscheidungen zu treffen – auf lokaler, regionaler wie auch globaler Ebene. "Für die Realisierung der Mission Tandem-L werden Investitionen in Höhe von rund 660 Millionen Euro benötigt", sagt Prof. Dr. Hansjörg Dittus, Mitglied des DLR-Vorstands und zuständig für den Bereich Raumfahrtforschung und -technologie.

Weitere Missionsziele sind die feinskalige Messung der oberflächennahen Bodenfeuchte zur Erforschung des Wasserkreislaufs, die genaue Bestimmung von Gletscherbewegungen und Schmelzprozessen in den Polarregionen, des daraus resultierende Anstiegs des Meeresspiegels sowie die Untersuchung regionaler Klimaveränderungen und der Veränderung von Permafrost-Gebieten zum besseren Verständnis des Methankreislaufs. Die Anwendungsmöglichkeiten von Tandem-L-Daten und -Datenprodukten sind vielfältig. In Kombination mit geeigneten Klimaindikatoren ließen sich künftig auch Ernteerträge zuverlässig abschätzen. Darüber hinaus unterstützt Tandem-L weitere Ziele des Umweltmonitorings und des Schutzes natürlicher Ressourcen, wie etwa die Überwachung des Fischfangs, der Ölverschmutzung der Meere, von Tagebauaktivitäten oder Bodenerosionen.

Über das Projekt

Das Tandem-L-Projekt, als Nachfolgemission von TanDEM-X geplant, wurde 2016 beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Forschungsinfrastrukturausschreibung eingereicht. Der Vorschlag für die hochinnovative Satellitenmission wurde 2017 sowohl vom Deutschen Wissenschaftsrat als auch einem Konsortium aus Industrievertretern in wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Hinsicht äußerst positiv bewertet und wartet nun auf seine finanzielle Realisierung.

Im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Remote Sensing and Earth System Dynamics“ arbeiten seit 2012 mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus acht Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren sowie aus 18 Partner- und assoziierten Forschungseinrichtungen an der Vorbereitung der Mission. Parallel dazu werden Konzepte für die Satelliten und die zum Betrieb notwendige Bodeninfrastruktur in Studien mit Industriebeteiligung erarbeitet. Neben dem Biomasseprodukt wurden bereits 24 weitere Informationsprodukte für Tandem-L definiert. Insgesamt sieben dieser Informationsprodukte liefern Auskunft über „Essential Climate Variables“, die als entscheidende Klimafaktoren von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) definiert wurden.

Kontakt
  • Bernadette Jung
    Kommunikation Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Politikbeziehungen und Kommunikation
    Telefon: +49 8153 28-2251
    Telefax: +49 8153 28-1243
    Münchener Straße  20
    82234 Weßling
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  • Prof. Dr.-Ing. Alberto Moreira
    Direktor
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme
    Telefon: +49 8153 28-2306
    Münchner Straße  20
    82234  Oberpfaffenhofen-Weßling
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