Fernerkundung

Fernerkundung bezieht sich auf die Erfassung von Daten und Informationen über ein Phänomen und ein Gebiet, ohne direkten Kontakt damit. Es ist eine Alternative zur In-situ-Beobachtung. Fernerkundungstechniken werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt, darunter Geographie, Hydrologie, Ökologie, Meteorologie, Ozeanographie, Glaziologie, Geologie sowie für militärische Zwecke, Nachrichtendienste, kommerzielle, wirtschaftliche, planerische und humanitäre Anwendungen.

Fernerkundungstechnologien können satelliten- oder flugzeugbasiert sein und sind in der Lage, Objekte und Eigenschaften des Erdsystems durch propagierte Signale (z.B. elektromagnetische Strahlung) zu erkennen und zu klassifizieren. Darüber hinaus zeichnet sich der Einsatz von Drohnen durch die hochauflösenden Daten ab, die in kurzer Zeit zur Echtzeitüberwachung gesammelt werden können. "Aktive" Fernerkundungstechniken beziehen sich auf ein Signal, das direkt von einem Satelliten oder einem Flugzeug ausgesendet wird, das von einem Objekt reflektiert wird und beim Drehen vom Sensor erfasst wird (z.B. RADAR und LiDAR), während "passive" Fernerkundung auf Sensoren bezogen wird, die in der Lage sind, Strahlung zu erkennen, die von einem Objekt oder Umgebungsbereichen ausgesendet oder reflektiert wird (z.B. Filmfotografie, Infrarot, ladungsgekoppelte Geräte und Radiometer).

In letzter Zeit wurde die Fernerkundung verwendet, um das Verständnis des Klimasystems und seiner Veränderungen zu verbessern. Es ermöglicht die Überwachung der Erdoberfläche, des Ozeans und der Atmosphäre auf mehreren räumlich-zeitlichen Skalen und ermöglicht so Beobachtungen des Klimasystems sowie die Untersuchung klimabedingter Prozesse oder lang- und kurzfristiger Phänomene, wie z.B. Entwaldung oder El Niño-Trends. Ferner ist die Fernerkundung nützlich, um Informationen und Daten in gefährlichen (z. B. bei Brandereignissen) oder unzugänglichen Bereichen (z. B. undurchlässigen Bereichen) zu sammeln. Spezifische Beispiele für Anwendungen der Fernerkundung, die auch mit Verfahren zur Anpassung an den Klimawandel zusammenhängen, sind: i) Bewirtschaftung der natürlichen Ressourcen, ii) Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Verfahren, z. B. in Bezug auf Landnutzung, Bodenschutz und Kohlenstoffbestand im Boden, iii) taktische Waldbrandbekämpfungsmaßnahmen in Echtzeit-Entscheidungsunterstützungssystemen, iv) Überwachung der Bodenbedeckung und ihrer Veränderungen auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen, auch nach einem Katastrophenereignis, v) besser informierte Wald- und Wasserbewirtschaftung, vi) Bewertung der Kohlenstoffbestände und der damit verbundenen Dynamik, vii) Simulation der Dynamik des Klimasystems, viiii) Verbesserung von Klimaprojektionen und meteorologischen Reanalyseprodukten, die häufig für Studien zur Erforschung des Klimawandels verwendet werden.

Schließlich kann die Fernerkundung zur Verbesserung der Warnung und Vorsorge eingesetzt werden und ist daher auch im Katastrophenrisikomanagement nützlich. Geografische Informationssysteme (GIS) mit Satellitentechnologie können für die Entwicklung von Frühwarn- und Prognosesystemen zur Verringerung und Bewältigung klimabedingter Katastrophenrisiken (d. h. zur besseren Vorhersage von Wirbelstürmen und Überschwemmungsspuren, Dürreereignissen, Brandereignissen) sowie zur Vorbereitung auf Maßnahmen eingesetzt werden. Fernerkundungstechnologie kann auch für die Erkennung von Schäden nach Katastrophen nützlich sein, basierend auf einer vergleichenden Analyse von Vorher- und Nachher-Katastrophenbildern. Fernerkundungsdaten und -informationen sind auch für Rettungskräfte nützlich.

In Europa und weltweit gibt es vielfältige Programme und Initiativen, um die Nutzung und den Austausch von Remote-Daten voranzutreiben. Copernicus ist das Erdbeobachtungsprogramm der EU, das von der Europäischen Kommission koordiniert und verwaltet wird. Es besteht aus einem komplexen Satz von Systemen, die Daten aus mehreren Quellen sammeln: Erdbeobachtungssatelliten und In-situ-Sensoren wie Bodenstationen, luft- und seegestützte Sensoren. Copernicus verarbeitet diese Daten und stellt den Nutzern Informationen über eine Reihe von Diensten zur Verfügung, die sich mit sechs Themenbereichen befassen: Land, Meer, Atmosphäre, Klimawandel, Notfallmanagement und Sicherheit. Copernicus Climate Change Service (C3S) bietet Klimaschutzdienste an, die die europäische Klimapolitik und -maßnahmen unterstützen und zum Aufbau einer europäischen Gesellschaft beitragen, die in einem vom Menschen verursachten Klimawandel widerstandsfähiger ist. Das Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) ist eine Reihe koordinierter, unabhängiger Erdbeobachtungs-, Informations- und Verarbeitungssysteme, die den Zugang zu Informationen für den öffentlichen und privaten Sektor ermöglichen. Das „GEOSS-Portal“bietet einen einzigen Internet-Zugangspunkt für Nutzer, die Daten, Bilder und analytische Softwarepakete suchen, die für alle Teile der Welt relevant sind.

Fernerkundung wird verwendet, um Wissens- oder sogar Entscheidungsunterstützungssysteme für gezielte Nutzer (z. B. am Katastrophenrisikomanagement beteiligte Praktiker, Stadtplaner, Landplaner, Landwirte usw.) zu erstellen. Die Einbeziehung der Endnutzer als Stakeholder entlang des gesamten Prozesses des Wissens- und Produktdesigns und -erstellung ist unerlässlich, um Ergebnisse zu erzielen, die nach dem Koproduktionsparadigma wirklich verwendet und nützlich sind.

Fernerkundungstechniken, insbesondere Satellitenbilder, wurden bereits erfolgreich in einer Vielzahl von Bereichen des Klimawandels eingesetzt, beispielsweise für: (i) Untersuchung globaler Temperaturtrends sowohl an der Meeresoberfläche als auch in der Atmosphäre, (ii) Erkennung von Veränderungen der Sonnenstrahlung, die die globale Erwärmung beeinflussen, (iii) Überwachung von Aerosolen, Wasserdampfkonzentration und Änderungen des Niederschlagsregimes, (iv) Untersuchung der Dynamik der Schneeausdehnung und der Eisdecke, (v) Überwachung von Veränderungen des Meeresspiegels und Küstenänderungen, (vi) Überwachung des Vegetationszustands und der Veränderungen, (vii) Überwachung von Wasserressourcen und Auswirkungen aufgrund von Dürren und Trockenperioden, (viii) Überwachung von Brandereignissen und Brandemissionen, (ix) Vorhersage von Katastrophenrisiken wie Wirbelstürmen, Überschwemmungen und Dürren, (x) Steuerung von Entscheidungsprozessen zur Anpassung an den Klimawandel. Die Nutzung von Fernerkundungsdaten entwickelt sich schnell, sowohl in Bezug auf die verfügbaren Techniken und die Auflösung, und es wird erwartet, dass in der nächsten Zukunft andere für die Anpassung an den Klimawandel relevante Anwendungen entstehen werden.

Einige Bedenken wurden jedoch hinsichtlich des Einsatzes der Fernerkundung geäußert. Die Erforschung und Überwachung des Klimawandels erfordert langfristige Zeitreihen von Beobachtungen, während Satellitendaten oft für einen kurzfristigen Zeitraum zur Verfügung stehen. Darüber hinaus können einige Unsicherheiten und Verzerrungen von empfangenen Bildrahmen aufgrund von Vibrationen und Turbulenzen durch Verzerrungen in Sensoren und Abrufalgorithmen abgeleitet werden, so dass der Einsatz von Satellitenbeobachtungen in Klimawandelstudien eine klare Identifizierung solcher Einschränkungen erfordert. Weitere mögliche Einschränkungen sind: i) hohe Kosten für den Erwerb hochauflösender Daten von Luftfahrzeugen und Drohnen; ii) in einigen Fällen eingeschränkter Zugang zu den erforderlichen Technologien aufgrund von Kosten oder Qualifikationsengpässen; iii) zeitliche Diskontinuität von Luftfahrzeug- und Satellitendaten; Während die erste besonders teuer sein kann und daher für eine begrenzte Anzahl von Erhebungen zur Verfügung steht, werden die zweiten in festen Intervallen in Abhängigkeit von der Satellitenrückgabezeit gesammelt.

Direkte Landbeobachtungen sind in der Regel in der räumlichen Abdeckung begrenzt, während Fernerkundungstechniken die Überwachung einer größeren Skala ermöglichen. Satellitendaten haben eine breite Abdeckung, multitemporale und multispektrale Fähigkeiten und liefern Daten und Informationen zum Klimawandel für weite Gebiete. Dies ermöglicht es, das Klimasystem besser zu verstehen, die Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme zu untersuchen und vorherzusagen und die Wirksamkeit umgesetzter Anpassungsmaßnahmen zu überwachen.

Fernerkundung ermöglicht auch die Datenerfassung in gefährlichen oder unzugänglichen Bereichen, ohne Störungen für die Website, und bietet häufige Updates. Die Datenerfassung ist oft kostengünstiger und schneller als die direkte Datenerfassung vor Ort. Darüber hinaus erhöht der Einsatz von Drohnen die Flexibilität bei der Zeit- und Raumüberwachung und den Vorteil, dass keine menschlichen Risiken bestehen.

Der Preis für Satellitenbilder variiert je nach räumlicher Auflösung. Archivbilder mit niedriger Auflösung (> 10 m) sind in der Regel kostenlos, während der Preis von 1 auf 8 $ pro km ² steigt und von 5-10 m Auflösung auf 0,3-1 m Auflösung (Preise 2019; siehe z. B. Geocento). Die Kosten für Bilder, die von Flugzeugen und Drohnen aufgenommen wurden, sind etwas höher. Letzteres kann eine Auflösung < 0,05 m erreichen. Selbstverständlich erhöhen sich die Preise, wenn angepasste Bilder benötigt werden. Ressourcen werden auch benötigt, um Daten zu verarbeiten und Anwendungen zu entwickeln. Schließlich sind genügend Fähigkeiten und Kapazitäten für die Verwendung von Fernerkundungsdaten erforderlich.

Die Implementierungszeit bezieht sich auf die Datenverarbeitung und die Lieferung von endgültigen Kenntnissen oder Produkten. Es hängt stark vom spezifischen Umfang und Einsatz von Fernerkundungstechniken, dem Niveau der verfügbaren Fähigkeiten, der Verfügbarkeit benötigter Instrumente und der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen beteiligten Interessenträgern ab.

Der Einsatz von Fernerkundungstechniken zur Untersuchung des Klimawandels und zur Unterstützung der Definition von Maßnahmen zur Eindämmung und Anpassung an den Klimawandel kann sowohl kurz- als auch langfristig durchgeführt werden.