8. Juli 2021 | Landesumweltämter arbeiten in zwei Leuchtturmprojekten mit Copernicus-Daten
Satelliten im Einsatz für den Umweltschutz
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.
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.
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.
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.
