Heatmap (Heat Environment Analysis Through Mapping And Positioning)
Wie lassen sich urbane Wärmeinseln präziser erfassen? Im Projekt HEATMAP kombiniert das Galileo Kompetenzzentrum GNSS-Daten mit thermischer Satellitenfernerkundung, um hochaufgelöste Karten urbaner Lufttemperaturen zu entwickeln. Der innovative Ansatz schafft neue Möglichkeiten für die Analyse städtischer Wärmeverteilungen und kann langfristig eine klimaangepasste Stadtplanung unterstützen.
Das Projekt nutzt die troposphärische Verzögerung von GNSS-Signalen, um Rückschlüsse auf die Lufttemperatur zu ziehen. Die entwickelten Modelle werden anhand bodengestützter meteorologischer Messungen überprüft.
Klimaangepasste Stadtentwicklung
Städtische Wärmeinseln zählen zu den zentralen Herausforderungen für klimaangepasste Stadtentwicklung. Besonders in dicht bebauten Gebieten entstehen durch versiegelte Flächen und fehlende Luftzirkulation deutlich höhere Temperaturen als im Umland. Für die Analyse dieser Prozesse werden Temperaturdaten benötigt, die sowohl räumlich hochaufgelöst als auch zeitlich möglichst kontinuierlich verfügbar sind.
Im Projekt HEATMAP entwickelt das GK gemeinsam mit dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) einen neuen Ansatz zur Modellierung urbaner Lufttemperaturen. Im Mittelpunkt steht dabei die Nutzung dauerhaft betriebener GNSS-Stationen zur Ableitung atmosphärischer Informationen.
GNSS-Signale werden beim Durchgang durch die Troposphäre verzögert. Diese troposphärische Laufzeitverzögerung, das sogenannte Zenith Tropospheric Delay (ZTD), hängt unter anderem von Temperatur, Luftdruck und Wasserdampfgehalt der Atmosphäre ab. Auf Grundlage der GNSS-Beobachtungen werden daher modellierte Lufttemperaturen an den jeweiligen Stationsstandorten bestimmt. Das Galileo oKmpetenzzentrum bringt hierfür seine Expertise in der Verarbeitung und Analyse hochpräziser GNSS-Daten ein.
Die aus den GNSS-Daten abgeleiteten Lufttemperaturen werden mit thermischen Satellitendaten der Erdbeobachtung kombiniert. Das DFD entwickelt Verfahren zur Ableitung hochaufgelöster Oberflächentemperaturen aus thermalen Satellitenaufnahmen unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Ziel ist die Erzeugung eines Datensatzes, der sowohl eine hohe räumliche Detailgenauigkeit als auch eine hohe zeitliche Verfügbarkeit besitzt.
Die aus den GNSS-Daten abgeleiteten Lufttemperaturen werden mit thermischen Satellitendaten der Erdbeobachtung kombiniert. Das DFD entwickelt Verfahren zur Ableitung hochaufgelöster Oberflächentemperaturen aus thermalen Satellitenaufnahmen unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Ziel ist die Erzeugung eines Datensatzes, der sowohl eine hohe räumliche Detailgenauigkeit als auch eine hohe zeitliche Verfügbarkeit besitzt.
Im nächsten Schritt werden die modellierten Lufttemperaturen der GNSS-Standorte mit den satellitengestützten Oberflächentemperaturen verknüpft. Dadurch sollen Lufttemperaturen innerhalb urbaner Räume flächendeckend modelliert werden können, auch in Bereichen ohne direkte meteorologische Messstationen. Ergänzend werden bodengestützte meteorologische Stationsdaten zur Validierung der Ergebnisse verwendet.
Mit HEATMAP entsteht damit ein neuer Ansatz zur Kombination von GNSS-basierter Atmosphärenmodellierung und thermischer Fernerkundung für die Analyse urbaner Wärmeinseln. Die Verbindung dieser Datenquellen in dieser Form stellt wissenschaftliches Neuland dar. Aussagen über die erreichbaren Genauigkeiten werden im Rahmen der Modellierung und Validierung untersucht.
Die im Projekt entwickelten Temperaturkarten bilden eine Grundlage für weiterführende Stadtklimaanalysen und können langfristig zur Unterstützung klimaangepasster Stadtplanung beitragen. Insbesondere in Gebieten mit geringer Dichte klassischer Temperaturmessnetze eröffnet der Ansatz neue Möglichkeiten für die hochaufgelöste Erfassung urbaner Temperaturverteilungen.
