Veränderungen auf der Spur
Satelliten richten ihre Blicke aus Hunderten Kilometern Höhe auf Felder, Seen, Städte. Sie liefern Daten für Analysen, für Rückblicke und Zukunftsprognosen. „Aber wenn man dann vor Ort ist, Veränderungen selbst wahrnimmt, mit Leuten spricht … Das ist nicht zu ersetzen“, sagt Dr. Igor Klein. Die Dinge mit eigenen Augen sehen. Das ist ihm wichtig. Meistens arbeitet er in Oberpfaffenhofen am Earth Observation Center – wenn er nicht gerade auf einer Feldkampagne ist.
Kürzlich war Igor Klein im Grenzgebiet von Kasachstan und Usbekistan unterwegs. Dort, wo früher der Aralsee war. Igor Klein und seine Kolleginnen und Kollegen haben den ausgetrockneten Boden gesehen, verrostete Schiffe, Wüste und Sand. Seit den 1960er Jahren ist der ehemals viertgrößte Binnensee der Welt auf zwei kleine Seen geschrumpft. Satellitenbilder beweisen es Jahr für Jahr. Einige widerstandsfähige Pflanzen gedeihen auf dem trockenen, salzigen Untergrund. Es gibt Heuschrecken. „Als ich das gesehen habe, war es so, als ob sich ein Kreis schließt“, sagt Igor Klein.
Bestimmung der Biomasse
Aber der Reihe nach. Seit dem Jahr 2011 ist Igor Klein im DLR und leitet aus Satellitendaten Informationen zur Veränderung der Landbedeckung und Landnutzung ab. „In meinem ersten Jahr bekam ich die Chance, an einer außergewöhnlichen Expedition teilzunehmen: einer vierwöchigen Feldkampagne nach Kasachstan. Unser Ziel war die systematische Sammlung von Pflanzenmaterial zur Bestimmung der Biomasse – eine wichtige Grundlage, um die Ergebnisse aus Satellitendaten zu überprüfen“, erklärt der Wissenschaftler.
Igor Klein sah auch die Weite der Umgebung, die feinen Unterschiede in der Vegetation, die Übergänge zwischen Landschaftsformen. „Die direkte Erfahrung hilft enorm, die Satellitendaten und daraus abgeleitete Ergebnisse besser zu interpretieren und ein tieferes Verständnis für die Zusammenhänge in den Regionen vor Ort zu entwickeln“, sagt Igor Klein. Für ihn war diese Kampagne ein Schlüsselmoment: „Als Geograph bringt man eine Neugierde für fremde Landschaften, Ökosysteme und Kulturen mit. Die Kombination mit dieser Expedition hat mir gezeigt, dass ich meinen Traumjob gefunden habe. Fernerkundung ist mehr als nur Technologie – sie ist ein Werkzeug, um unsere Umwelt besser zu verstehen.“
Schwankende Wassermengen
Zurück zum Aralsee. Das Global Water Pack (GWP) des DLR kartiert weltweit Oberflächengewässer mit einer hohen zeitlichen Auflösung. Das GWP zeigt, wie viele Tage im Jahr ein Ort auf der Erde mit Wasser bedeckt war und ist. Damit werden zum Beispiel Ausnahmesituationen und Langzeitveränderungen der Umwelt sichtbar. Auch für das Wassermanagement sind die Daten wertvoll. Die Datensätze sind über den EOC Geoservice öffentlich zugänglich. Sie können von Behörden, Industrie und Forschungseinrichtungen als Informationsgrundlage genutzt werden.
Die beiden nun verbliebenen Seen unterscheiden sich deutlich voneinander. Der Nord-Aralsee in Kasachstan ist flächenmäßig und ökologlisch stabil und gefriert im Winter. Der Süd-Aralsee in Usbekistan schrumpft weiter und hat eine hohe Salzkonzentration. In dieser Umgebung war Igor Klein im Frühsommer unterwegs im Rahmen eines Projektes mit der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ). In dem Projekt geht es um die nachhaltige ökologische und ökonomische Entwicklung der Aralsee-Region. Erdbeobachtungsdaten spielen eine wichtige Rolle: Können Satelliten Messergebnisse liefern, die eine optimale Landnutzung unterstützen? „Wir versuchen, die richtigen Parameter für verschiedene Anwendungen abzuleiten“, sagt Igor Klein. Dazu zählen etwa das Verhältnis von Boden und Vegetation, die räumlich-zeitliche Verteilung von Wasser und der Versalzungsgrad.
Um die Erosion des Bodens einzudämmen und Staubstürme zu minimieren, werden Saxaul-Sträucher auf den ausgetrockneten Boden gepflanzt. „Diese Sträucher werden von mehreren Schädlingen bedroht – einer davon ist eine spezielle Heuschrecken-Art. Das war bisher nicht problematisch, aber jetzt hat sich diese Art ausgebreitet“, erklärt Igor Klein. Er hat die Heuschreckenschwärme gesehen und dokumentiert. Auch das ist eines seiner Schwerpunkt-Themen. Damit verbinden sich für ihn knapp 15 Jahre Forschung im DLR.
Verbindung von Natur und Kultur
Den Weg ins DLR und in die Erdbeobachtung hat er nicht sofort gefunden. Igor Klein hat sich erst zum Schreiner ausbilden lassen. Mit einem Geographie-Studium sah er die Möglichkeit, seine Interessen für Natur und Kultur zu verbinden. Fernerkundung war dabei ein Schwerpunkt und wurde über die Jahre wichtiger und wichtiger. Vor drei Jahren hat er seine Doktorarbeit abgeschlossen. Das Thema: Fernerkundung im Heuschrecken-Management. Es ging darum, das Potenzial von Erdbeobachtung zu ermitteln, um in Zukunft Heuschrecken-Ausbrüche in verschiedenen Regionen der Erde besser einzudämmen und einen Beitrag zur Nahrungssicherheit zu leisten. Die satellitenbasierte Heuschreckenanalysen führten ihn deshalb auch schon nach Ostafrika, Italien und Australien. „Trockenheit, Starkregenereignisse oder Veränderungen der Landnutzung beeinflussen Heuschreckenausbrüche überall auf der Welt“, sagt Igor Klein.
Das deutsch-kasachische Projekt Locust-Tec ist von 2018 bis 2023 gelaufen. Es erforschte, ob und wie neue Technologien dazu beitragen können, das Heuschrecken-Management zu verbessern. Das Projekt-Team um Igor Klein untersuchte, wie mit Satelliten, Drohnen, digitaler Datenerfassung und -verwaltung Heuschrecken-Ausbrüche rechtzeitig erkannt werden, damit die Schäden eingedämmt werden können. „Heuschrecken-Plagen sind ein globales Problem, sie überschreiten Landesgrenzen und bedrohen die Nahrungssicherheit von Millionen Menschen. Auf der anderen Seite sind Heuschrecken in vielen Kulturen eine proteinreiche Nahrungsquelle“, sagt Igor Klein. Es gibt etablierte Monitoring-Strategien und internationale Netzwerke. Fernerkundungsdaten und -methoden können zentrale Bausteine sein. Deswegen ist das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) im DLR mit verschiedenen Akteuren im engen Austausch, darunter die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO), verschiedene nationale Ministerien und Unternehmen. „Nur durch eine enge Vernetzung von Forschung, internationalen Organisationen und den lokalen Entscheidungsträgern sowie der Industrie lassen sich nachhaltige und effektive Lösungen für das Heuschrecken-Management entwickeln“, erklärt Igor Klein. Die Ergebnisse aus dem Projekt bestätigen: Moderne Methoden der Fernerkundung in Kombination mit künstlicher Intelligenz und digitalen Tools besitzen ein enormes Potenzial.
Profis in der Erdbeobachtung
Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) ist ein Institut des DLR mit Standorten in Oberpfaffenhofen und Neustrelitz. Zusammen mit dem Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) bildet das DFD das Earth Observation Center EOC – das Kompetenzzentrum für Erdbeobachtung in Deutschland. Das DFD stellt mit seinen nationalen und internationalen Bodenstationen den unmittelbaren Zugang zu den Daten nationaler und internationaler Erdbeobachtungssatelliten her, prozessiert die Daten zu Informationsprodukten, verteilt diese an die Nutzer und sichert alle Daten langfristig im Deutschen Satellitendatenarchiv (D-SDA). Im Sinne eines Wissens- und Forschungstransfers entwickelt es themenspezifisch auf behördliche Nutzer zugeschnittene Anwendungen.
Ein Beitrag von Katja Lenz aus dem DLRmagazin 178. Katja Lenz, DLR-Presseredakteurin und aufgewachsen in einer Strukturwandel-Region. Sie findet es spannend, dass man in der Erdbeobachtung von weit oben klar sieht, was unten los ist.