8. Juli 2021
Landesumweltämter arbeiten in zwei Leuchtturmprojekten mit Copernicus-Daten

Sa­tel­li­ten im Ein­satz für den Um­welt­schutz

Bodensee aus der Satellitenperspektive
Bo­den­see aus der Sa­tel­li­ten­per­spek­ti­ve
Bild 1/4, Credit: ESA

Bodensee aus der Satellitenperspektive

Der Bo­den­see liegt im nörd­li­chen Al­pen­vor­land und wird vom Rhein durch­flos­sen. Sein Zu­fluss – der Al­pen­rhein – im Süd­os­ten bringt Se­di­men­te aus den Ber­gen mit, die sich in der Bre­gen­zer Bucht ab­la­gern und die­se zu­neh­mend in Land um­wan­deln. Die Se­di­men­te sind blau ein­ge­färbt und gut in der Auf­nah­me des Sen­ti­nel-1A-Sa­tel­li­ten zu se­hen. Au­ßer­dem stei­gen die Tem­pe­ra­tu­ren im Bo­den­see zu­neh­mend an. Das bleibt nicht oh­ne Um­welt­fol­gen: Das Was­ser durch­mischt sich schlech­ter, wo­durch tie­fe­re Was­ser­schich­ten we­ni­ger Sau­er­stoff er­hal­ten. Auch die Ar­ten­zu­sam­men­set­zung ist be­trof­fen, weil nicht-hei­mi­sche Spe­zi­es be­güns­tigt wer­den. Au­ßer­dem kann ein An­stieg der Ge­wäs­ser­tem­pe­ra­tu­ren ver­mehrt Al­gen­blü­ten und ei­nen An­stieg der Me­tha­ne­mis­sio­nen aus­lö­sen so­wie den Was­ser­spie­gel wei­ter ab­sen­ken. All das kann weit­rei­chen­de ne­ga­ti­ve Aus­wir­kun­gen auf das Öko­sys­tem ha­ben. Auch der Tem­pe­ra­tur­an­stieg des Was­sers kann mit Sa­tel­li­ten be­ob­ach­tet wer­den.
Copernicus-Satellit CHIME
CHI­ME – der Biodi­ver­si­tät auf der Spur
Bild 2/4, Credit: Thales Alenia Space

CHIME – der Biodiversität auf der Spur

Ei­ne der kom­men­den Missio­nen im eu­ro­päi­schen Co­per­ni­cus-Erd­be­ob­ach­tungs­pro­gramm ist Co­per­ni­cus Hy­per­spec­tral Ima­ging (CHI­ME). CHI­ME wird mit sei­nem Hy­per­spek­tral-In­stru­ment die Land­ober­flä­che und Bin­nen­ge­wäs­ser über­wa­chen, die Eu­ro­päi­sche Uni­on mit Da­ten zur Ver­än­de­rung der Na­tur­gü­ter ver­sor­gen und gleich­zei­tig An­wen­dun­gen der Land­wirt­schaft zum Bei­spiel im Be­reich Pflan­zen­ge­sund­heit und Er­trags­vor­her­sa­gen, im Um­welt­schutz oder bei der Ge­win­nung mi­ne­ra­li­scher Roh­stof­fe un­ter­stüt­zen. Mit CHI­ME wird ei­ne fei­ne­re Er­fas­sung von Bioto­pty­pen mög­lich, wo­mit die Missi­on ei­nen Bei­trag zur nach­hal­ti­gen Ent­wick­lung und Biodi­ver­si­tät leis­ten soll. CHI­ME wird da­her auch für die Leucht­turm­pro­jek­te wich­ti­ge Da­ten lie­fern.
Dauergrünland
Dau­er­grün­land – ein Hort der Ar­ten­viel­falt
Bild 3/4, Credit: LANUV

Dauergrünland – ein Hort der Artenvielfalt

Dau­er­grün­land, wie hier ei­ne Rhei­n­aue am Nie­der­rhein, stellt ei­nen be­acht­li­chen Teil des Po­ten­zi­als für den Er­halt der Biodi­ver­si­tät be­reit. Denn Dau­er­grün­land kann mehr als der Hälf­te al­ler in Deutsch­land vor­kom­men­den Tier- und Pflan­zen­ar­ten ei­ne Hei­mat bie­ten. Vor al­lem we­ni­ger in­ten­siv be­wirt­schaf­te­tes Dau­er­grün­land leis­tet hier ei­nen wich­ti­gen Bei­trag zum Er­halt der Ar­ten­viel­falt und er­bringt dar­über hin­aus ei­ne Viel­zahl an „Dienst­leis­tun­gen“ für un­se­ren Na­tur­haus­halt. So sorgt zum Bei­spiel die ganz­jäh­ri­ge Ve­ge­ta­ti­ons­de­cke für mehr Ka­pa­zi­tät der na­tür­li­chen Was­ser­spei­cher und ver­hin­dert gleich­zei­tig Bo­den­ero­si­on. Dar­über hin­aus schützt Grün­land als Nähr- und Schad­stoff­puf­fer un­se­re Ge­wäs­ser und ist durch die An­rei­che­rung von Hu­mus ei­ne kli­ma­sta­bi­li­sie­ren­de Koh­len­stoff­sen­ke. Sa­tel­li­ten­da­ten kön­nen da­bei hel­fen, mehr über den Zu­stand die­ser Öko­sys­te­me her­aus­zu­fin­den.
Copernicus-Satellit ROSE-L
RO­SE-L – ein viel­sei­ti­ger Um­welt­be­ob­ach­ter
Bild 4/4, Credit: Thales Alenia Space

ROSE-L – ein vielseitiger Umweltbeobachter

Ei­ne der kom­men­den Missio­nen im eu­ro­päi­schen Co­per­ni­cus-Erd­be­ob­ach­tungs­pro­gramm ist das Ra­dar Ob­ser­va­ti­on Sys­tem for Eu­ro­pe L-band SAR (RO­SE-L). RO­SE-L wird mit ih­ren Ra­dar­in­stru­men­ten vor al­lem der Ver­än­de­rung von Bio­mas­se auf der Spur sein. Aus den Mes­sun­gen von RO­SE-L wer­den in Zu­kunft zum Bei­spiel Pflan­zen- und Wald­kar­ten so­wie Da­ten über die Ver­tei­lung der Ve­ge­ta­ti­on und der Bo­den­feuch­te ab­ge­lei­tet. Aber auch Bo­den­be­we­gun­gen und Hö­hen­mo­del­le wer­den wich­ti­ge Pro­duk­te sein. Die Missi­on wird die Be­de­ckung der Land­ober­flä­che cha­rak­te­ri­sie­ren und ma­ri­ti­me Diens­te un­ter­stüt­zen. Da RO­SE-L auch das Kro­nen­dach von Au­wäl­dern durch­drin­gen und un­ter an­de­rem Was­ser auf­spü­ren kann, wird ei­ne Ab­schät­zung der Bo­den­feuch­te und tiefer­ge­hen­de Grün­land­dif­fe­ren­zie­rung mög­lich. Das macht die Da­ten von RO­SE-L auch für die Leucht­turm­pro­jek­te in­ter­essant.
  • Die beiden Leuchttürme "Grünlandmonitoring" und "Binnengewässer" der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) sind in Betrieb.
  • Die Umweltämter fast aller Bundesländer, unterstützt von Forschungseinrichtungen und KMUs, sind an den beiden Leuchtturmprojekten beteiligt.
  • Die beiden Leuchttürme leisten einen wichtigen Beitrag für den Umwelt-, Natur-, Gewässer- und Klimaschutz sowie eine nachhaltige Flächennutzung in Deutschland.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Naturschutz, Umweltschutz, Klimaschutz, Nachhaltigkeit

Behörden möchten von Copernicus-Daten profitieren

Informationen von Erdbeobachtungssatelliten haben große Vorteile: Sie sehen unsere Welt mit ihren verschiedenen Instrumenten aus der "Vogelperspektive" und haben dadurch einen idealen Überblick. Gleichzeitig überfliegen sie regelmäßig in kürzesten Abständen dieselben Areale, wodurch sehr lange Zeitreihen mit hervorragender räumlicher Abdeckung entstehen und sich somit ganz neue Möglichkeiten des Monitorings anbieten. Dank der Sentinel-Satelliten des europäischen Copernicus-Programms lassen sich zum Beispiel Algenmengen und Trübstoffgehalte des 536 Quadratkilometer großen Bodensees ideal aus dem All überwachen. Dies ist eine wichtige Aufgabe, denn durch die Dynamik im Ökosystem und den Rhein als Zu- und Abfluss ändern sich laufend diese Werte des größten deutschen Binnengewässers. "Durch die regelmäßigen Satellitenüberflüge und daran anschließende Datenauswertung sind zahlreiche, wesentliche Umweltinformationen vom gesamten Beobachtungsgebiet an jeder gewünschten Stelle nahezu aktuell und auf einen Blick verfügbar. Diesen Vorteil haben auch die zuständigen Landesumweltämter erkannt und uns auf dem Nationalen Forum für Fernerkundung und Copernicus 2018 angesprochen, ob sie diesen Datenschatz nicht künftig für ihre Arbeit nutzen können. So ist die Idee zu den beiden Leuchttürmen `Binnengewässer‘ und `Grünlandmonitoring‘ entstanden. Heute leisten sie einen signifikanten Beitrag zum Natur-, Umwelt- und Klimaschutz in Deutschland", erklärt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Stille Wasser sind detailtief

Wie warm und wie trüb ist das Wasser in unseren Seen und Talsperren? Wie viele Algen sind vorhanden und sind auch gefährliche Cyanobakterien (Blaualgen) darunter? Wie gut ist die Wasserqualität von sensiblen Wasserressourcen wie zum Beispiel unseren Trinkwassertalsperren oder an öffentlichen Badestellen? Alle diese Fragen können Copernicus-Satelliten aus dem Weltraum beantworten und damit zur Klärung der Schlüsselfrage beitragen: Wie gesund sind unsere Binnengewässer wirklich? Diese Frage nach dem ökologischen Zustand und den Schadstoffkonzentrationen lässt sich nur - wie von der EG-Wasserrahmenrichtlinie gefordert - ganzheitlich und unter Einbeziehung von biologischen, hydromorphologischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften beantworten. Damit gibt diese Richtlinie den rechtlichen Rahmen für die Wasserpolitik der Europäischen Union vor und richtet diese stärker auf eine nachhaltige und umweltverträgliche Wassernutzung aus.

"Die klassische Gewässerüberwachung ist noch immer mit enormem Aufwand versehen und benötigt umfangreiche Personal- und Laborressourcen", sagt Karsten Rinke vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Magdeburg. "Wir sind deshalb überzeugt, dass die Nutzung der Fernerkundung einen enormen Schritt nach vorne bedeutet und die Überwachung von wesentlich mehr Gewässern und in besserer zeitlicher Abdeckung erlaubt", betont Rinke weiter. Bisher wird die Fernerkundung von den zuständigen Behörden nur punktuell und exemplarisch eingesetzt. Insgesamt sollen 100 Binnengewässer im Leuchtturmprojekt "Erfassung der Wasserqualität und Wasserflächenausdehnung von Binnengewässern durch Fernerkundung" (BIGFE) beobachtet werden, um die Möglichkeiten und Grenzen der Satellitendaten auszuloten und eine länderübergreifende, abgestimmte Datenbereitstellung zu erarbeiten.

Dauergrünes Deutschland

Rund die Hälfte der Fläche Deutschlands ist von Landwirtschaft geprägt. Davon ist nach Ackerland das sogenannte Dauergrünland die zweithäufigste Nutzungsform und stellt damit einen beachtlichen Teil des Potenzials für den Erhalt der Biodiversität bereit. Denn Dauergrünland kann mehr als der Hälfte aller in Deutschland vorkommenden Tier- und Pflanzenarten eine Heimat bieten. Vor allem weniger intensiv bewirtschaftetes Dauergrünland leistet hier einen wichtigen Beitrag zum Erhalt der Artenvielfalt und erbringt darüber hinaus eine Vielzahl an "Dienstleistungen" für unseren Naturhaushalt. So sorgt zum Beispiel die ganzjährige Vegetationsdecke für mehr Kapazität der natürlichen Wasserspeicher und verhindert gleichzeitig Bodenerosion. Darüber hinaus schützt Grünland als Nähr- und Schadstoffpuffer unsere Gewässer und ist durch die Anreicherung von Humus ein klimastabilisierender Kohlenstoffspeicher. Doch dieser wichtige Schutzraum ist bedroht.

Denn immer mehr Flächen des Dauergrünlands werden intensiviert, in Siedlungsgebiete und Verkehrstrassen oder in Äcker umgewandelt. Mit dem Verlust dieser Lebensräume für zahlreiche Tier- und Pflanzenarten werden zunehmend auch andere Ökosysteme geschädigt - zum Beispiel durch ausbleibende oder stark verringerte Bestäubung - Stichwort Insektensterben. "Leider wissen die Landesumweltämter über die Ausdehnung und den ökologischen Zustand von Dauergrünland außerhalb von Naturschutzgebieten aber viel zu wenig", betont Dr. Dirk Hinterlang, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV-NRW), Projektkoordinator von "CopGruen". "Fernerkundung ist ganz praktisch die einzige Möglichkeit, diese Wissenslücken zu schließen." Mit dem Leuchtturmprojekt "CopGruen" werden wie bei BIGFE die Möglichkeiten und Grenzen der Satellitendaten ausgelotet und bundesweit nutzbare Dienste entwickelt, die den Arbeitsablauf in den Landesumweltämtern modernisieren, unterstützen und effizienter gestalten.

Kontakt
  • Elisabeth Mittelbach
    Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Deut­sche Raum­fahr­t­agen­tur im DLR, Grup­pen­lei­te­rin Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Telefon: +49 228 447-385
    Königswinterer Str. 522-524
    53227 Bonn
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  • Lena Schultz-Lieckfeld
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Deut­sche Raum­fahr­t­agen­tur im DLR
    Erd­be­ob­ach­tung
    Telefon: +49 228 447-354
    Königswinterer Str. 522-524
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