Satellitengestützte Erdbeobachtung ermöglicht eine große Anzahl an gesellschaftlich relevanten Anwendungen. So erlaubt sie etwa das großflächige Monitoring der Atmosphäre. Erfasst werden sowohl physikalische Parameter wie Druck, Temperatur und Wolkenbewegungen, als auch die Luftzusammensetzung bis hin zu Aerosolen, Spurenstoffen und Treibhausgasen. Diese Informationen nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, um den Grad der Luftverschmutzung zu messen und die Entwicklung der Ozonschicht zu überwachen. Anhand der Daten können Meteorologen das Wetter zuverlässiger vorhersagen. Zudem helfen die Informationen aus der satellitengestützten Erdbeobachtung, um die Mechanismen hinter dem fortschreitenden Klimawandel zu verstehen.
Die Deutsche Multispektral-Kamera METimage verbessert die Qualität der Wettervorhersagen
Satellitendaten sind einer der wichtigsten Eckpfeiler der Wettervorhersage. Sie liefern präzise und umfangreiche Beobachtungen aus Regionen der Erde, die von anderen Messinstrumenten unzureichend oder gar nicht erfasst werden können. Zusammen mit anderen Beobachtungen helfen diese Daten, den aktuellen Zustand der Atmosphäre bestmöglich zu bestimmen. Auf dieser Basis wird durch Vorhersagemodelle die Wetterentwicklung für die kommenden Stunden und Tage berechnet. METimage wird diese Vorhersagen durch seine Präzision entscheidend verbessern. Hierdurch können Menschen so früh wie möglich vor extremen Wetterereignissen gewarnt, aber beispielsweise auch der Klimawandel besser verstanden werden.
Satellitengestützte Erdbeobachtung ermöglicht das großflächige Monitoring der Atmosphäre. Erfasst werden sowohl physikalische Parameter wie Druck, Temperatur und Wolkenbewegungen als auch die Luftzusammensetzung bis hin zu Aerosolen, Spurenstoffen und Treibhausgasen. Anhand der Daten der satellitengestützten Erdbeobachtung können Meteorologen das Wetter immer zuverlässiger vorhersagen.
Daten zur Luftqualität oder zum UV-Index werden von Behörden und Diensten wie z.B. dem Copernicus-Atmosphären-Dienst (CAMS) für eine breite Nutzung global, aber auch lokal in Städten und Gemeinden bereitgestellt. Zudem nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit die Information der Erdbeobachtung, um die Abläufe und Wechselwirkungen in der Atmosphäre zu verstehen. Dadurch kann wesentlich zur Beobachtung und zum Verständnis des Klimawandels beigetragen werden.
Landwirtschaft
Anwendungen in der Erdbeobachtung für die Landwirtschaft
Satellitengestützte Erdbeobachtung liefert Informationen über den Zustand von Ackerböden und Feldfrüchten. Durch wiederholte Aufnahmen im Jahresverlauf werden aktuelle Einblicke in Pflanzengesundheit und Nährstoffversorgung ermöglicht.
Credit:
ESA
Vor dem Hintergrund einer kontinuierlich anwachsenden Weltbevölkerung steigen die Anforderungen an eine ökologisch nachhaltige und gleichzeitig ertragreiche Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Flächen. Im Rahmen verschiedener Programme werden ökologische Leistungen der Landwirte, wie beispielsweise die Diversifizierung der Anbaukulturen, Erhaltung von Dauergrünland und wertvollen Biotopen durch Umwelt-Prämien belohnt. Die Ziele des europäischen Green Deals, der untere anderem eine nachhaltige Landwirtschaft und gesunde Ernährung beinhaltet, können mit Hilfe von Erdbeobachtungsdaten effektiv betrachtet werden.
Satellitengestützte Erdbeobachtung liefert hierzu Informationen über den Zustand von Ackerböden und Feldfrüchten. Durch wiederholte Aufnahmen im Jahresverlauf werden aktuelle Einblicke in Pflanzengesundheit und Nährstoffversorgung ermöglicht.
Die Nutzung moderner Anbau- und Bewirtschaftungsverfahren (Precision Farming) kann maßgeblich durch die satellitengestützte Erdbeobachtung unterstützt werden. Sie ermöglicht eine punktgenaue Kontrolle des Pflanzenwachstums, eine zielgerichtete Bewirtschaftung sowie die Ausweisung von Minderertragsarealen als ökologische Schutzzonen. In der internationalen Zusammenarbeit trägt die Erdbeobachtung so dazu bei, mit Dürre- und Ernteprognosen die Versorgungssicherung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln und damit die Ernährungssituation zu verbessern.
Natur- und Umweltmonitoring
Verschwinden des Aralsees zwischen 2016 und 2024
Der Aralsee in Zentralasien, einst der viertgrößte Binnensee der Erde und Lebensader für das Umland, ist dem rasanten Klimawandel zum Opfer gefallen. Menschliche Aktivitäten, die bis in die 1920er Jahre zurückreichen, haben in Verbindung mit den zunehmend unberechenbaren Wetterverhältnissen im Zuge des Klimawandels zu einer drastischen Verkleinerung des Gewässers geführt. Einst ein blühendes Binnengewässer, in dem es von Fischen wimmelte und das eine florierende Wirtschaft ernährte, ist der Aralsee auf weniger als ein Viertel seiner früheren Größe geschrumpft. Diese drastische Veränderung hat die lokale Bevölkerung schwer getroffen, die Wasserknappheit verschärft, die toxische Verschmutzung begünstigt und die Region in wirtschaftliche Turbulenzen gestürzt. Diese Bilder, die von den Copernicus-Sentinel-2-Satelliten am 3. März 2016 bzw. am 1. März 2024 aufgenommen wurden, zeigen den Rückgang des Wasserstands des Aralsees. Die Copernicus-Sentinel-2-Satelliten liefern mit ihren multispektralen Instrumenten wichtige Informationen für die Überwachung von Gewässern auf der ganzen Erde.
Erdbeobachtung ermöglicht ein globales und kontinuierliches Umweltmonitoring. Durch die Nutzung von kostenfreien und offenen Datenzugängen wie beispielsweise der großen Erdbeobachtungsprogramme Copernicus oder Landsat sind dauerhafte, langfristige Beobachtungen der Erdoberfläche über lange Zeitreihen möglich. Hierdurch können Veränderungen beispielsweise von Ökosystemen erkannt, Maßnahmen zum natürlichen Klimaschutz unterstützt und beobachtet sowie Aussagen über den Zustand von Ökosystemen getroffen werden.
Veränderungen können dabei durch natürliche Prozesse ausgelöst werden (beispielsweise Sturmschäden), aber auch durch den Menschen verursacht sein, etwa durch Flächenversiegelung oder durch den Eintrag von Schadstoffen. Mit Hilfe von Erdbeobachtungsdaten lassen sich Lösungsstrategien zur Vermeidung und Minimierung von negativen und ungewollten Veränderungen ableiten und diese auf ihre Wirksamkeit hin überprüfen. So unterstützt die Erdbeobachtung Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft beim Ergreifen geeigneter Maßnahmen.
Katastrophen- und Krisenmanagement
Überflutungen in Deggendorf
Anhaltende Regenfälle sorgten 2013 für Überschwemmungen in weiten Teilen Deutschlands. Im Landkreis Deggendorf breiteten sich die Wassermassen nach einem Dammbruch nahe der Ortschaft Winzer weiter aus. Die Karte wurde aus Satellitendaten erstellt und zeigt die überfluteten Bereiche.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist Mitglied der Internationalen Charter: Space and Major Disasters. Im Rahmen dieser Charter stellt das DLR Satellitendaten und -produkte der Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sowie des Hyperspektralsatellit EnMAP bereit.
Nach Naturkatastrophen wie Erdbeben, Überschwemmungen oder Stürmen liefert die satellitengestützte Erdbeobachtung entscheidende räumliche Informationen, die für die Notfallhilfe unverzichtbar sind. Durch die Bereitstellung aktueller Satellitenbilder und -produkte können Einsatzkräfte und Koordinationsstellen die Lage im Katastrophengebiet schnell erfassen und bewerten. Diese zeitnahen Daten ermöglichen eine präzise Einschätzung der Schäden, der Infrastruktur und der betroffenen Bevölkerung, was eine effiziente Ressourcenplanung und -einsatz sicherstellt.
Ein konkretes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Satellitendaten ist das Erdbeben in der Türkei und Syrien im Jahr 2023. Satellitenbilder wurden genutzt, um die Zerstörung in den betroffenen Regionen zu dokumentieren und die Infrastruktur zu analysieren. Diese Informationen waren für die internationale Gemeinschaft von großer Bedeutung, um Hilfsmaßnahmen gezielt zu koordinieren, die am stärksten betroffenen Gebiete zu identifizieren und die Versorgung der Betroffenen zu optimieren.
Die Nutzung satellitengestützter Daten ermöglicht es, in kürzester Zeit einen umfassenden Überblick über die Schadenslage zu gewinnen. Dadurch können Rettungskräfte, humanitäre Organisationen und staatliche Stellen ihre Maßnahmen gezielt planen und umsetzen, um die Überlebenschancen der Betroffenen zu erhöhen und die Infrastruktur wiederherzustellen.
Darüber hinaus kann die Erdbeobachtung auch im Bereich der Katastrophenvorsorge von großem Nutzen sein. Sie hilft dabei, Risiken einzuschätzen und gefährdete Gebiete zu identifizieren. Ein Beispiel hierfür ist die Nutzung von Satellitendaten zur Überwachung von Wasserständen in Flüssen, was entscheidend ist, um Hochwasserereignisse frühzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
Die Analyse von Satellitendaten trägt dazu bei, gefährdete Gebiete zu identifizieren und Risikozonen zu kartieren. Diese Informationen sind essenziell für die Entwicklung von Frühwarnsystemen, die Bevölkerung und Behörden rechtzeitig vor drohenden Gefahren warnen. So kann die Erdbeobachtung dazu beitragen, Katastrophen zu verhindern oder deren Auswirkungen deutlich zu minimieren.
Satellitengestützte Erdbeobachtung stellt eine unverzichtbare Ressource im Umgang mit Naturkatastrophen dar. Sie ermöglicht eine schnelle, präzise und umfassende Lageeinschätzung, unterstützt die Koordination von Hilfsmaßnahmen und trägt zur Risikominimierung bei. Durch kontinuierliche Weiterentwicklung und Integration dieser Technologien in Katastrophenmanagementsysteme kann die Sicherheit von Menschen und Infrastruktur weltweit nachhaltig verbessert werden.
Wälder und Forstwirtschaft
Mission Biomass – präzise Bestimmung der Biomasse unserer Wälder
Die am 29. April 2025 gestartete ESA-Mission Biomass ermöglicht erstmals eine präzise Bestimmung der Biomasse unserer Wälder. Deutschland ist mit über 20 Prozent an der Mission beteiligt und stellt das Hauptinstrument. Diese Beiträge werden von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert. Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme hat Flugzeug-Messkampagnen für die Entwicklung von Algorithmen zur Abschätzung der Waldbiomasse durchgeführt, den Prototypen des Radardatenprozessors und den Software-Simulator für das deutsche Radarsystem entwickelt.
Vielfältige Anwendung findet die satellitengestützte Erdbeobachtung beim Monitoring von Wäldern und in der Forstwirtschaft. Sie ermöglicht großflächige Aussagen über den Zustand, die Holzvorräte und die Biodiversität von natürlichen und forstwirtschaftlich genutzten Wäldern. Zeitreihen von Erdbeobachtungsdaten, die große Waldgebiete abdecken, stellen eine wichtige Ergänzung zur klassischen stichprobenartigen Forstinventur dar und unterstützen die forstliche Betriebsplanung und das Katastrophenmanagement, etwa bei Sturmschäden. Bei Waldschäden, Naturereignissen und Ausnahmefällen wie Insektenbefall, Wind- und Schneebruch sowie Waldbränden ermöglichen zeitnahe Aufnahmen betroffener Gebiete schnelle und flächendeckende Schadensanalysen.
Darüber hinaus stellen Erdbeobachtungsatelliten eine effiziente Möglichkeit dar, die großflächigen Rodungsaktivitäten in tropischen Regenwäldern zu beobachten und klimaschutzrelevante Maßnahmen über lange Zeiträume zu überwachen.
Klima und Klimawandel
Die Arktis im Blick von Wissenschaft und Politik
Der globale Klimawandel ist die treibende Kraft in der Arktis.
Der Zustand des Klimas wird durch eine Vielzahl von geophysikalischen Größen beschrieben. Zum Beispiel bestimmt neben dem Gehalt an Treibhausgasen in der Atmosphäre auch der Zustand der weltweiten Wälder und Böden sowie die Wechselwirkung mit dem größten Kohlenstoffspeicher der Erde, dem Ozean, die Entwicklung der Erderwärmung.
Die satellitengestützte Erdbeobachtung ermöglicht ein globales Monitoring des Klimas und dessen Änderungen – auch von abgelegenen Gegenden – indem sie Informationen zu Atmosphäre, Landoberfläche, polaren Gebieten und den Ozeanen liefert. Hierfür werden unter anderem die Konzentration von Treibhausgasen, Biomasse, das Abschmelzen der Eismassen, der Meeresspiegel-Anstieg und viele andere Phänomene betrachtet. Durch die Beobachtung über mehrere Jahrzehnte hinweg können wesentliche Aussagen für den Klimawandel getroffen und Daten für Prognosen anhand von Klimamodellen bereitgestellt werden.
CODE-DE-Lab – Erdbeobachtungsdaten für Behörden, Wissenschaft und Unternehmen
Logo CODE-DE-Lab
Credit:
code-de.org
CODE-DE-Lab ist die nationale Plattform für die Bereitstellung und Verarbeitung von Erdbeobachtungsdaten. Sie bietet Behörden, Wissenschaft und Unternehmen Zugang zu den Daten des Copernicus-Programms, also zu denen der Sentinel-Satelliten und der Copernicus-Dienste. Zusätzlich können über CODE-DE-Lab die Daten der nationalen Erdbeobachtungsmissionen EnMAP, TerraSAR-X und TanDEM-X bezogen werden und es stehen Daten kommerzieller Anbieter zur Verfügung, darunter die deutschen Unternehmen OroraTech und ConstellR sowie von Planet Labs. Das Datenangebot wird abgerundet durch Luftbilder, verschiedenste In-Situ-Daten und Community-Beiträge anderer Nutzender. Insgesamt umfasst das Angebot fast 100 Petabyte an Daten.
Die Daten können über die Plattform nicht nur recherchiert und bezogen, sondern vor allem auch direkt in der Cloud verarbeitet werden. Hierzu stehen für Behörden und Wissenschaft leistungsstarke Verarbeitungsinfrastrukturen zur Verfügung, die sie für ihre eigenen Bedarfe anpassen können. Der Zugang zu diesen kann unkompliziert beantragt werden und die Nutzung ist wie alle Angebote von CODE-DE-Lab vollständig kostenfrei. Auch die Arbeit mit KI-Algorithmen wird unterstützt. Daneben bestehen noch weitere, niederschwellige Möglichkeiten zur Verarbeitung und Visualisierung der Daten, die für alle Interessierten offen stehen und z.B. auch für den Einsatz in der Lehre gedacht sind.
Das Angebot von CODE-DE-Lab umfasst auch eine umfangreiche Unterstützung der Nutzenden. Ein kompetenter Support kümmert sich um ihre Anliegen und es steht umfangreiches Schulungsmaterial zur Verfügung. Regelmäßig werden Schulungen und Workshops durchgeführt (online, aber bei Bedarf auch in person). CODE-DE-Lab wird gemeinsam vom Bundesverkehrsministerium und vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt finanziert und setzt die beiden Vorgängerplattformen CODE-DE und EO-Lab fort. Gemeinsam mit diesen Vorgängerprojekten ist CODE-DE-Lab eine unverzichtbare Plattform, die in vielen Behörden die Verwaltungsdigitalisierung fördert und mit deren Hilfe zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten umgesetzt werden.
