Einsatz der Fernerkundung bei der Anpassung an den Klimawandel

Fernerkundung bezieht sich auf die Erfassung von Daten und Informationen über ein Phänomen und ein Gebiet, ohne direkten Kontakt mit ihm. 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 entsteht der Einsatz von Drohnen aufgrund der hochauflösenden Daten, die in kurzer Zeit für die Echtzeitüberwachung gesammelt werden können. „Aktive“ Fernerkundungstechniken beziehen sich auf ein Signal, das direkt von einem Satelliten oder einem Flugzeug emittiert wird, das von einem Objekt reflektiert wird und beim Abdrehen vom Sensor (z. B. RADAR und LiDAR) erfasst wird, während die „passive“ Fernerkundung auf Sensoren verweist, die in der Lage sind, Strahlung zu erkennen, die von einem Objekt oder einer Umgebung emittiert oder reflektiert wird (z. B. Filmfotografie, Infrarot-, Ladungskopplungsgeräte und Radiometer).

In letzter Zeit wurde die Fernerkundung genutzt, um das Verständnis des Klimasystems und seiner Veränderungen zu verbessern. Es ermöglicht, die Erdoberfläche, den Ozean und die Atmosphäre auf mehreren räumlich-zeitlichen Skalen zu überwachen und so Klimasystembeobachtungen zu ermöglichen sowie klimabezogene Prozesse oder lang- und kurzfristige Phänomene, wie zum Beispiel Entwaldung oder El Niño-Trends, zu untersuchen. Darüber hinaus ist die Fernerkundung nützlich, um Informationen und Daten in gefährlichen (z. B. bei Brandereignissen) oder unzugänglichen Bereichen (z. B. undurchlässigen Gebieten) zu sammeln. Spezifische Beispiele für Fernerkundungsanwendungen, die auch mit Verfahren zur Anpassung an den Klimawandel zusammenhängen, sind u. a.: I) Bewirtschaftung der natürlichen Ressourcen, ii) Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Verfahren, z. B. im Zusammenhang mit Landnutzung, Bodenerhaltung und Kohlenstoffbestand im Boden, iii) taktische Waldbrandbekämpfungsmaßnahmen in Echtzeit-Entscheidungssystemen, iv) Überwachung der Bodenbedeckung und ihrer Veränderungen über unterschiedliche zeitliche und räumliche Skalen, (viii) Verbesserung der Klimaprojektionen und meteorologische Reanalyseprodukte, die weit verbreitet für Studien zum Klimawandel genutzt werden.

Schließlich kann die Fernerkundung genutzt werden, um Warnungen und Vorsorge zu verbessern und somit auch im Katastrophenrisikomanagement nützlich zu sein. Geographische Informationssysteme (GIS) mit Satellitentechnologie können für die Entwicklung von Frühwarn- und Prognosesystemen verwendet werden, um das klimabedingte Katastrophenrisiko zu reduzieren und zu steuern (d. h. bessere Vorhersage von Zyklon- und Überschwemmungspfaden, Dürreereignissen, Brandereignissen) sowie zur Vorbereitung auf Maßnahmen. Fernerkundungstechnologie kann auch für die Erkennung von Schäden nach Katastrophen nützlich sein, basierend auf einer vergleichenden Analyse von Bildern vor und nach Katastrophen. Fernerkundungsdaten und -informationen sind auch für Notfallkräfte nützlich.

In Europa und weltweit gibt es vielfältige Programme und Initiativen, um die Nutzung und den Austausch entfernter Daten voranzutreiben. Copernicus ist das von der Europäischen Kommission koordinierte und verwaltete Erdbeobachtungsprogramm der EU. Es besteht aus einem komplexen Satz von Systemen, die Daten aus mehreren Quellen sammeln: Erdbeobachtungssatelliten und in situ Sensoren wie Bodenstationen, Luft- und Seesensoren. Copernicus verarbeitet diese Daten und stellt den Nutzern Informationen über eine Reihe von Diensten zur Verfügung, die sechs Themenbereiche abdecken: Land, Meer, Atmosphäre, Klimawandel, Notfallmanagement und Sicherheit. Copernicus Climate Change Service (C3S) bietet Dienstleistungen zum Klimawandel an, die die europäische Klimapolitik und -maßnahmen unterstützen und einen Beitrag zum Aufbau einer europäischen Gesellschaft leisten, die in einem vom Menschen verursachten Klima widerstandsfähiger ist. Das Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) ist eine Reihe koordinierter, unabhängiger Erdbeobachtungs-, Informations- und Verarbeitungssysteme, die öffentlichen und privaten Sektoren Zugang zu Informationen bieten. DasGEOSS Portalbietet einen einzigen Internet Access Point für Anwender, die Daten, Bilder und analytische Softwarepakete suchen, die für alle Teile der Welt relevant sind.

IPCC -Kategorien

Sozial: Information, Strukturell und physisch: technologische Optionen

Stakeholderbeteiligung

Die Fernerkundung dient der Erstellung von Wissens- oder sogar Entscheidungsunterstützungssystemen für gezielte Nutzer (z. B. Praktiker im Katastrophenrisikomanagement, Stadtplaner, Landplaner, Landwirte usw.). Die Einbeziehung der Endnutzer als Stakeholder entlang des gesamten Wissens- und Produktdesigns und -kreation ist unerlässlich, um Ergebnisse zu produzieren, die gemäß dem Koproduktionsparadigma wirklich genutzt und nützlich sind.

Erfolgsfaktoren und Hemmnisse

Fernerkundungstechniken, insbesondere Satellitenbilder, wurden bereits erfolgreich in einer Vielzahl von Bereichen des Klimawandels eingesetzt, z. B. für: I) Untersuchung globaler Temperaturtrends sowohl an der Meeresoberfläche als auch in der Atmosphäre, ii) Erkennung von Veränderungen der Sonnenstrahlung, die die Erderwärmung beeinflussen, iii) Überwachung von Aerosolen, Wasserdampfkonzentrationen und Änderungen des Niederschlagsregimes, iv) Untersuchung der Dynamik von Schneeausdehnungen und Eisbedeckungen, v) Überwachung von Meeresspiegelveränderungen und -änderungen, vi) Überwachung des Vegetationszustands und -Veränderungen, vii) Überwachung der Wasserressourcen und Auswirkungen aufgrund von Dürren und Trockenperioden, (viii) Überwachung von Brandereignissen und Brandemissionen, (ix) Vorhersage von Katastrophenrisiken wie Zyklon, Überschwemmungen und Dürre, (x) Führung Entscheidungsprozesse zur Anpassung an das Klima. Die Verwendung von fernvermittelten Daten entwickelt sich schnell, sowohl in Bezug auf verfügbare Techniken und Auflösungen, als auch andere Anwendungen, die für die Anpassung an den Klimawandel relevant sind, werden voraussichtlich in der nächsten Zukunft entstehen.

Einige Bedenken wurden jedoch in Bezug auf den Einsatz von Fernerkundung geäußert. Das Studium und die Überwachung des Klimawandels erfordern langfristige Zeitreihen von Beobachtungen, während Satellitendaten häufig für einen kurzfristigen Zeitraum verfügbar sind. Darüber hinaus können einige Unsicherheiten und Verzerrungen von empfangenen Bildrahmen aufgrund von Vibrationen und Turbulenzen durch Verzerrungen in Sensoren und Abrufalgorithmen herrühren, so dass der Einsatz von Satellitenbeobachtungen in Klimastudien eine klare Identifizierung solcher Einschränkungen erfordert. Weitere mögliche Einschränkungen sind: I) hohe Kosten für den Erwerb hochaufgelöster Flug- und Drohnendaten; II) in einigen Fällen begrenzter Zugang zu benötigten Technologien aufgrund von Kosten oder Qualifikationszwängen; III) zeitliche Diskontinuität von Luftfahrzeug- und Satellitendaten; während die erste besonders teuer sein kann und daher für eine begrenzte Anzahl von Umfragen verfügbar ist, werden die zweite in festen Abständen je nach Satellitenrücklaufzeit gesammelt.

Kosten und Nutzen

Direkte Landbeobachtungen sind in der Regel in der räumlichen Abdeckung begrenzt, während Fernerkundungstechniken die Überwachung einer größeren Skala ermöglichen. Satellitendaten haben eine breite Abdeckung, multi-temporale und multispektrale Fähigkeit, die Bereitstellung von Daten und Informationen im Zusammenhang mit dem Klimawandel für umfangreiche Bereiche. Dies ermöglicht Verbesserungen beim Verständnis des Klimasystems, bei der Untersuchung und Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf die Ökosysteme sowie bei der Überwachung der Wirksamkeit der umgesetzten Anpassungsmaßnahmen.

Fernerkundung ermöglicht auch die Datenerfassung in gefährlichen oder unzugänglichen Bereichen, ohne dass die Website gestört wird, und bietet häufige Aktualisierungen. Die Datenerfassung ist oft kostengünstiger und schneller als die direkte Erfassung von Daten aus dem Boden. Darüber hinaus erhöht der Einsatz von Drohnen Flexibilität in der Zeit- und Raumüberwachung und den Vorteil, dass keine menschlichen Risiken bestehen.

Der Preis der Satellitenbilder variiert je nach räumlicher Auflösung. Niedrige Auflösung (> 10 m) Archivbilder sind in der Regel kostenlos, während Preiserhöhungen von 1 bis 8 $ pro km² von 5-10 m Auflösung auf 0,3-1 m Auflösung (Preis 2019; siehe zum Beispiel Geocento). Die Kosten für Bilder von Flugzeugen und Drohnen sind etwas höher; letzteres kann eine Auflösung erreichen & 0,05 m. Natürlich steigen die Preise, wenn kundenspezifische Bilder erforderlich sind. Ressourcen werden auch benötigt, um Daten zu verarbeiten und Anwendungen zu entwickeln. Schließlich sind genügend Fähigkeiten und Kapazitäten für die Verwendung von Fernerkundungsdaten erforderlich.

Rechtliche Aspekte

Umsetzungszeitraum

Die Implementierungszeit bezieht sich auf die Datenverarbeitung und die Bereitstellung von Endkenntnissen oder Produkten. Dies hängt stark vom spezifischen Umfang und Einsatz von Fernerkundungstechniken, dem Niveau der verfügbaren Fähigkeiten, der Verfügbarkeit der benötigten Instrumente und der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen beteiligten Akteuren ab.

Lebensdauer

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.

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Referenz: