Daten für die Klimaforschung

Das Sys­tem Er­de im Blick – Sa­tel­li­ten zur Erd­be­ob­ach­tung

Misson Tandem-L
Missi­on Tan­dem-L
Bild 1/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Mission Tandem-L

Tan­dem-L ist ein Vor­schlag des DLR für ei­ne hoch­in­no­va­ti­ve Sa­tel­li­ten­mis­si­on zur glo­ba­len Be­ob­ach­tung von dy­na­mi­schen Pro­zes­sen auf der Erd­ober­flä­che in ei­ner bis­her nicht er­reich­ten Qua­li­tät und Auf­lö­sung. Auf­grund sei­ner neu­ar­ti­gen Ab­bil­dungs­tech­ni­ken und sei­ner enor­men Auf­nah­me­ka­pa­zi­tät kann Tan­dem-L drin­gend be­nö­tig­te In­for­ma­tio­nen zur Lö­sung hoch­ak­tu­el­ler wis­sen­schaft­li­cher Fra­ge­stel­lun­gen aus den Be­rei­chen der Bio-, Geo-, Kryo- und Hy­dro­sphä­re lie­fern. Tan­dem-L wür­de da­mit ent­schei­dend zu ei­nem bes­se­ren Ver­ständ­nis des Sys­tems Er­de und sei­ner Dy­na­mik bei­tra­gen.
EnMAP ist bereit für seinen Einsatz im All
Der deut­sche Um­welt­sa­tel­lit En­MAP ist be­reit für sei­nen Ein­satz im All
Bild 2/6, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Der deutsche Umweltsatellit EnMAP ist bereit für seinen Einsatz im All

Der deut­sche Um­welt­sa­tel­lit En­MAP (En­vi­ron­men­tal Map­ping and Ana­ly­sis Pro­gram) wur­de im Auf­trag der Deut­schen Raum­fahr­t­agen­tur im DLR mit Mit­teln des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) in Deutsch­land ent­wi­ckelt und ge­baut und für sei­nen Ein­satz im All ge­tes­tet. Mit den En­MAP-Auf­nah­men sind prä­zi­se Aus­sa­gen zum Zu­stand und zu Ver­än­de­run­gen auf der Erd­ober­flä­che mög­lich.
TanDEM-X Höhenmodell: Brüchiges Schelfeis des Thwaites Gletscher
Tan­DEM-X Hö­hen­mo­dell: Brü­chi­ges Schel­f­eis des Thwai­tes Glet­scher
Bild 3/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

TanDEM-X Höhenmodell: Brüchiges Schelfeis des Thwaites Gletscher

Tan­DEM-X Hö­he­mo­dell vom 15. Ju­li 2014 über dem Schel­f­eis des Thwai­tes Glet­schers in der Westant­ark­tis: deut­lich er­kenn­bar sind die ab­ge­lös­ten und im Mee­reis fest­ge­fro­re­nen Ta­feleis­ber­ge.
Satellitenzwillinge TerraSAR-X und TanDEM-X
Sa­tel­li­ten­zwil­lin­ge Ter­ra­SAR-X und Tan­DEM-X
Bild 4/6, Credit: DLR

Satellitenzwillinge TerraSAR-X und TanDEM-X

Die Sa­tel­li­ten­zwil­lin­ge Ter­ra­SAR-X und Tan­DEM-X flie­gen im en­gen For­ma­ti­ons­flug mit nur ei­ni­gen hun­dert Me­tern Ab­stand und er­fas­sen so Da­ten für di­gi­ta­le Hö­hen­mo­del­le.
Permafrostregion Herschel Island
Per­mafrost­re­gi­on Her­schel Is­land
Bild 5/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Permafrostregion Herschel Island

Her­schel Is­land liegt an der Nord­west­spit­ze Ka­na­das und ist von durch­gän­gi­gem Per­mafrost ge­prägt. Die Per­mA­SAR-Ra­dar­auf­nah­me vom Au­gust 2018 of­fen­bart im L-Band Fre­quenz­be­reich Ve­ge­ta­ti­on (dun­kel­grü­ne Fär­bung) in der an­sons­ten baum­lo­sen Tun­dra. Der Auf­tau­pro­zess zeigt sich auch ent­lang der Küs­ten: Im rech­ten Bild­teil schwim­men ab­ge­bro­che­ne Eis­schol­len auf dem Meer (vio­lett). An der Küs­te im lin­ken Bild­teil sind Mu­ren­ab­gän­ge zu er­ken­nen, an de­nen der auf­ge­tau­te Bo­den ab­bricht und weg­ge­spült wird. Das Bild wur­de mit dem DLR-ei­ge­nen Flug­zeug-Ra­dar­sys­tem F-SAR auf­ge­nom­men.
TerraSAR-X Aufnahme: Upsala-Gletscher in Patagonien
Ter­ra­SAR-X Auf­nah­me: Up­sa­la-Glet­scher in Pa­ta­go­ni­en
Bild 6/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

TerraSAR-X Aufnahme: Upsala-Gletscher in Patagonien

Künst­lich ein­ge­färb­tes Ter­ra­SAR-X Bild (Strip­mo­de) des Up­sa­la-Glet­schers in Pa­ta­go­ni­en/Ar­gen­ti­ni­en vom 7. Ja­nu­ar 2008. Die Far­ben ge­ben Aus­kunft über die Rau­ig­keit der Ge­län­deo­ber­flä­che, Ge­bie­te die vor­nehm­lich glatt für das Ra­dar er­schei­nen sind in dunk­le­ren Grau- und Blau­tö­nen ein­ge­färbt. Be­rei­che mit ei­ner grö­be­ren Ober­flä­chen­struk­tur er­schei­nen da­ge­gen in Gelb­tö­nen.      

Wie verändert sich unsere Erde? Welche Prozesse laufen auf ihr ab? Satellitengetragene Instrumente ermöglichen es, Informationen darüber umfassend zu erheben. Sie können sowohl globale Bestandsaufnahmen leisten, als auch präzise punktuelle Messungen vornehmen. Und durch lange Zeitreihen gestatten sie auch einen Rückblick in die Vergangenheit, um bessere Vorhersagen zu treffen. Mit ihnen können die Veränderungen unseres Heimatplaneten und damit auch die Ursachen und Folgen des Klimawandels auf einzigartige Weise erfasst und dokumentiert werden. Diese Daten bilden eine essentielle Grundlage für die Entwicklung von Maßnahmen auf politischer und gesellschaftlicher Ebene.

Vi­deo: Prof. Dr.-Ing. An­ke Kays­ser-Py­zal­la, DLR-Vor­stands­vor­sit­zen­de, über den Nut­zen der deut­schen Erd­be­ob­ach­tungs­mis­sio­nen
Sa­tel­li­ten sind un­ver­zicht­bar zur Be­wäl­ti­gung des Kli­ma­wan­dels. Sie lie­fern un­ab­hän­gi­ge Da­ten über den Zu­stand des Erd­sys­tems. Sie sind eben­so un­ver­zicht­bar, wenn es dar­um geht, die Wirk­sam­keit und die Ein­hal­tung von Kli­ma­schutz­maß­nah­men zu ve­ri­fi­zie­ren. Im Vi­deo be­schreibt DLR-Vor­stands­vor­sit­zen­de Prof. Dr.-Ing. An­ke Kays­ser-Py­zal­la, was die deut­schen Erd­be­ob­ach­tungs­mis­sio­nen Tan­DEM-X und En­MAP leis­ten, um Lö­sun­gen zu fin­den und was ei­ne zu­künf­ti­ge Ra­dar­mis­si­on Tan­dem-L dar­über hin­aus leis­ten kann, um die dy­na­mi­schen Pro­zes­se auf der Erd­ober­flä­che bes­ser zu ver­ste­hen. Denn nur, wenn man die­se kom­ple­xen Wech­sel­wir­kun­gen kennt, las­sen sich pass­ge­naue Maß­nah­men er­grei­fen.

Erdbeobachtungssatelliten liefern zum Beispiel wichtige Informationen über den Anstieg des Meeresspiegels, den Zustand der globalen Eismassen, wie beispielsweise des Grönländischen Eisschilds, die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre und Veränderungen in der Vegetation. Außerdem sammeln sie Daten über die weltweite Entwaldung und damit die Schädigung der Waldökosysteme. Die aktuelle Untersuchung der brasilianischen Weltraumbehörde INPE zur Rekordmenge der Abholzung des Amazonaswaldes mittels Satellitendaten ist ein aktuelles Beispiel dafür, wie wichtig diese Daten sind. Die weltweit einheitliche Erfassung des aktuellen Zustands der Wälder und deren – anthropogen wie auch klimatisch bedingter – Entwicklungsdynamik wird somit zu einer dringlichen Notwendigkeit.

„Die satellitengestützte Erdbeobachtung ist ein unverzichtbares Werkzeug, um die Veränderungen des Planeten Erde lückenlos zu dokumentieren und frühzeitig zu erkennen, wo irreversible Schäden entstehen und politische Eingriffe notwendig sind. Erst das Ozonloch – für den Menschen sichtbar gemacht durch Satelliten – hat zu einem Umdenken geführt. Und die weltweite Staatengemeinschaft konnte sich auf einheitliche Regelungen verständigen, um den Ausstoß von FCKW zu stoppen. Die Eindämmung des ungebremst stattfindenden globalen Wandels der Erde mit Umweltzerstörung, Verlust an Arten und dem Klimawandel, hervorgerufen durch die zunehmende Weltbevölkerung und den wachsenden Bedarf der Menschheit an Ressourcen für Nahrung, Energie und Wohlstand ist zu der Menschheitsaufgabe unserer Zeit geworden. Unsere Satelliten und deren Daten liefern die neutralen und unbestechlichen Fakten zum Status Quo. Sie zeigen, wo gehandelt werden muss und wo politische Maßnahmen bereits Wirkung zeigen. Mit modernsten DLR-Technologien zur wolkenunabhängigen Erdbeobachtung mit Radarsatelliten wie TerraSAR-X und TanDEM-X trägt das DLR entscheidend dazu bei, die Faktenlage und das wissenschaftliche Verständnis vieler Prozesse des Klimawandels zu verbessern. Zukünftige nationale Radartechnologien werden unter anderem die Bestimmung der Biomasse und damit des gebundenen Kohlenstoffs auf den Landoberflächen deutlich verbessern. Damit sind wir in der Lage, politische Entscheidungen noch belastbarer zu treffen und deren öffentliche Akzeptanz zu stärken.“

Prof. Stefan Dech, Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) des DLR

Insbesondere Radarsatelliten mit einem langwelligen Frequenzbereich (L-Band) können auch durch Vegetation hindurch bis zum Boden blicken. In den Polregionen könnte eine Radarmission im L-Band Gletscherstrukturen und dynamische Prozesse wie das Abschmelzen noch genauer abbilden. Deutschland könnte hier weiter neue Maßstäbe in der Erdbeobachtung setzen, den globalen Wandel mit einer neuen Qualität beobachten und wichtige Handlungsempfehlungen ermöglichen. Das DLR hat dazu die Satellitenmission Tandem-L vorgeschlagen.

„Der Klimawandel stellt eine der größten Herausforderungen für die Menschheit in diesem Jahrhundert dar und hat unabsehbare Folgen. Auf der Weltklimakonferenz in Paris haben sich alle Staaten zu ambitionierten Maßnahmen verpflichtet. Das deutsche Klimaschutzgesetz und der Green Deal der Europäischen Kommission zielen auf eine konkrete Umsetzung und Treibhausgasneutralität bis spätestens 2050. Das Klimamonitoring - und damit auch die Überprüfung, ob die politischen Maßnahmen greifen - ist eine globale Aufgabe, die nur mit Satellitenbeobachtungen zu bewältigen ist. Radarsatelliten nehmen dabei eine besondere Rolle ein, denn nur sie ermöglichen eine globale, räumlich hochauflösende und großflächige Abbildung der Erdoberfläche unabhängig von Wetterbedingung und Tageslicht. Keine andere Sensortechnologie im Weltall hat diese Fähigkeit. Somit sind Radarsatelliten prädestiniert, Geoinformationen schnell, präzise, global und zuverlässig zu liefern. Seit mehreren Jahren arbeiten wir an der nächsten Generation von Radarsatelliten für Klimaforschung und Umweltbeobachtung mit dem Ziel, dringend benötigte Informationen zur Lösung hochaktueller Fragestellungen zu liefern. In Zeiten intensiver wissenschaftlicher und öffentlicher Diskussionen über das Ausmaß und die Auswirkungen von Klimaveränderungen liefert eine solche Satellitenmission wichtige, bisher fehlende Informationen für verbesserte wissenschaftliche Prognosen zum Klimawandel und darauf basierende gesellschaftspolitische Handlungsempfehlungen. Die Erfolgsbilanz der Missionen TerraSAR-X und TanDEM-X dient als guter Richtwert dafür, was von einer künftigen nationalen Satellitenmission für Klima und Umwelt erwartet werden kann.“

Prof. Alberto Moreira, Direktor des Instituts für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist in der Erdbeobachtung – satelliten- sowie flugzeuggestützt – in großem Ausmaß aktiv: Mit den Instituten für Methodik der Fernerkundung, für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, für Physik der Atmosphäre, für Optische Sensorsysteme und dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum werden nicht nur viele Forschungsthemen des Globalen Wandels abgedeckt, sondern vielmehr in der Wissenschaft führend vertreten. Seit vielen Jahren erforscht das DLR den globalen Wandel mit den  unterschiedlichsten Missionen. Es entwickelt Archivierungs- und Prozessierungstechnologien, Algorithmen zur Ableitung relevanter Parameter aus EO-Daten und analysiert die Ergebnisse.

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