Satellitenbilder zeigen die Schönheit der Erde, ermöglichen neue Erkenntnisse in der Forschung und liefern wichtige Daten für zahlreiche Anwendungsbereiche. Doch was kann man auf ihnen wohl am häufigsten beobachten? Die Antwort: Wolken, Wolken und nochmals Wolken. Eine zeitlich lückenlose Beobachtung der Vorgänge auf der Erdoberfläche vom Weltall aus wird so natürlich erschwert. Doch es gibt Satelliten und Sensoren, für die Wolken kein Problem darstellen und die eine ganze Reihe von Eigenschaften haben, die sie zu wichtigen Werkzeugen für die Beobachtung unseres Planeten machen – die Radarsatelliten.
Licht wird von glatten Oberflächen in eine bestimmte Richtung reflektiert, während raue Oberflächen es in viele Richtungen streuen. Dieses Prinzip nutzen Radarsatelliten zur Erdbeobachtung. Sie senden Mikrowellen zur Erde und analysieren die zurückkehrenden Signale, um verschiedene Oberflächenarten zu identifizieren. Glatte Oberflächen erscheinen anders auf den Radaraufnahmen als raue. Durch die Analyse dieser Unterschiede können Wissenschaftler wichtige Informationen über die Erdoberfläche gewinnen. Bleibt dran, um mehr zu erfahren!
Reflexion im Fokus- Erdbeobachtung durch Radarsatelliten
Die Reflexion ist ein Schlüsselphänomen, das uns so selbstverständlich wie unser Spiegelbild erscheint. Tatsächlich geht es weit darüber hinaus. Wie weit? Nun, in unserem Beispiel sind es rund 700 km in den Weltraum. Denn auch Radarsatelliten nutzen die Reflexionseigenschaften der Erdoberfläche, um wertvolle Informationen zu sammeln Diese Satelliten senden elektromagnetische Wellen zur Erde, die von der Oberfläche reflektiert werden und zurück zum Satelliten gelangen. Die Analyse dieser zurückkehrenden Signale ermöglicht es, unterschiedliche Materialien, Strukturen und sogar Veränderungen im Laufe der Zeit zu identifizieren. Aber wie nutzen Radarsatelliten die Reflexion, um Daten über die Erdoberfläche zu erfassen und zu analysieren. Und was kann in Rdarbildern eigentlich erkennen?
Nutze das Arbeitsblatt zu dieser Lerneinheit um mit Hilfe des Satellitenbildes dem Phänomen der Reflexion aus der Perspektive der Radarsatelliten auf den Grund zu gehen!
Schau dir dazu das Lernvideoan und ließ die die Hinweise zur Bedienung genau durch!
Lernvideo:
Wie nutzen Radarsatelliten die Reflexion um die Eroberfläche zu analysieren?
Hinweise zur Bedienung:
1. Interaktiven Karte einblenden:
Klicke einfach auf um zur interaktiven Karte zu wechseln und mit den Satellitendaten zu arbeiten. Mit einem Klick auf kommst du zurück zu hierher!
2. Arbeiten auf der interaktiven Karte:
Klicke auf das Symbol: in der interaktiven Karte um Details zu den Satellitendaten einzublenden.
Dieser Button zeigt ein Bild des Datensatzes auf der Karte an (in diesem Datensatz gibt es nur ein Bild) .
Du kannst es damit auch wieder aus -und wieder einblenden, was durch dieses Symbol angezeigt wird:
Aktivierst du diesen Button am unteren Bildrand, kannst du die Relexionsstärke der Pixel ablesen. Je höher die Zahl ( 0-255) desto stärker die Reflexion. Ein Klick ins Bild deaktiviert den Modus
Die Werkzeuge mit denen du das Bild bearbeiten kannst rufst du Mit einem Klick auf “Werkzeuge” (1) auf. Der Hilfebutton (2) zeigt in einem kurzen Video wie das Werkzeug bedient wird.
3. Was macht das Werkzeug genau?
Das Werkzeug markiert Pixel im Radarbild die sich ähnlich sehen, also ähnliche Reflexionseigenschaften haben.
Man aktiviert den Button und klickt dann auf einen Pixel im Satellitenbild. Das Tool markiert jetzt alle anderen Pixel im Satellitenbild die diesem ähnlich sind, also ähnliche Relexionseigenschaften haben. Wie ähnlich sie sich sein sollen, können wir mit dem Regler “Adjust Tolerance” einstellen.
0 bedeutet: Null Tolleranz! Es werden nur Pixel markiert, die genau den selben Wert ( Reflexion )haben wie das Pixel, das im Bild ausgewählt wurde.
100 bedeutet: Sehr tollerant! Es werden Pixel markiert us die in einem Wertebereich +- 100 um den gewählten Pixel liegen.
Nach einer kuzen Berechnungszeit zeigt das Werkzeug an, wie vielen Quadratmetern die markierte Fläche im Satellitenbild entspricht.
Hitzewellen sind gefährlich für die Gesundheit und kosten zahlreiche Leben, trocknen die Landschaft aus und erhöhen das Risiko für Ernteausfälle, Tiersterben und Brände. Im Sommer 2023 suchten mehrere schwere Hitzewellen den Mittelmeerraum heim. Hitzeinseln sind von diesen Temperaturextremen besonders betroffen, da diese nachts die Hitze nur langsam abgeben. Dadurch besteht ein erhöhtes Risiko für alle Menschen, die dort leben. Mit dem Erdbeobachtungs-Satelliten Sentinel-3 lässt sich die Oberflächentemperatur über große Flächen hinweg bestimmen, um besonders stark betroffene Risikogebiete zu überwachen und es lassen sich einfache Maßnahmen identifizieren, um das Risiko in Zukunft zu verringern.
Im Arbeitsblatt und der App werden anhand von Satelitenbildern mit Echtfarben, Pflanzenbewuchs und Bodentemperaturen genauer unter die Lupe genommen und darauf aufbauend geplante und umgesetzte Maßnahmen dagegen diskutiert.
Orbitale Brandwache – Waldbrände im Satellitenbild
Europa wird immer wieder von zahlreichen Katastrophen wie Dürren und Überschwemmungen heimgesucht. Diese Katastrophen stellen ein kombiniertes Risiko dar. Trockene Böden nehmen Wasser langsamer auf und bei starken Regenfällen kann das Wasser nicht in die Grundwasserspiegel fließen und könnte daher Überschwemmungen verursachen. Bei steigenden Temperaturen führen trockene Böden und Luft auch zu mehr Waldbränden. Durch die Verwendung von Daten des Satelliten Sentinel-2 auf der Dataspace Copernicus Browser Website können Risiken wie Waldbrände oder Überschwemmungen erkannt werden.
Nutze den Dataspace Copernicus Browser und kennzeichne einen großflächigen Brand in Griechenland bei Alexandropulis der am 23. August 2023 seinen Höhepunkt erreichte. Lokalisiere ihn und stelle die Brandfläche angemessen dar.
Schaue das Video und folge der Anleitung. (Anders als im Video beschrieben, kannst du den Browser direkt hier aufrufen. Klicke einfach auf “Karte einblenden” und du kannst loslegen!
EObrowserEmbed – hello from the saved content!
Anleitung zur Kartierung von Brandflächen im Copernicus Browser
Klicke einfach auf um im Copernicus Browser die Satellitendaten zu suchen und zu bearbeiten. Mit einem Klick auf kommst du zurücck zu dieser Anleitung
Dataspace Copernicus Browser
Zoome zunächst auf Griechenland, unserem Untersuchungsraum für diese Übung. Zoome hinein, bis das orangene Feld verschwindet. Tust Du dies nicht, erscheint das Satellitenbild nicht. Lege nun das Datum für die Abfrage fest. Hinweis: Im Tweet des EU Civil Protection & Humanitarian Aid ist ein Datum angegeben. Klicke auf die Ebene „Benutzerdefiniert“. Unter dem ausgewählten Reiter Komposit, ziehe den Kreis B04 auf das rote Band „R“, B06 auf das grüne Band „G“ und B02 auf das blaue Band „B“. Nachdem das Komposit geladen ist, solltest du ein sogenanntes Falschfarben-Bild sehen, bei dem die Farben etwas unnatürlich aussehen. Mit dieser Kombination von verschiedenen Bändern des Satelliten heben sich verbrannte Flächen besser von der Umgebung ab.
Komposit-Kombination zur besseren Sichtbarkeit der verbrannten Fläche
Du kannst nun bereits sehr deutlich die verbrannte Fläche erkennen. Der Brand ist somit angemessen lokalisiert.
Da eine im Satellitenbild dargestellte Region räumlich schwer vorstellbar ist, wird im nächsten Schritt untersucht, wie groß die verbrannte Fläche ungefähr ist, um das Ausmaß des Brandes besser einschätzen zu können. Dafür wird die verbrannte Fläche angemessen dargestellt. In der oberen rechten Ecke befindet sich ein Button mit einem Fünfeck/Pentagon. Klicke darauf und anschließend auf das Stift-Symbol, um ein Polygon/eine Geometrie zu „zeichnen“. Sobald das Geometriewerkzeug ausgewählt ist, kannst du beginnen, das verbrannte Areal „abzuklicken“ und somit die Fläche zu bestimmen
Abklicken der verbrannten Fläche
Hast du zum Schluss auf die erste Markierung geklickt, ist die Geometrie fertig abgezeichnet. Es erscheint automatisch ein Label innerhalb des Werkzeuge-Reiters in der oberen rechten Ecke mit der genauen Berechnung der soeben abgeklickten Fläche. Die Brandfläche ist nun dargestellt.
Die fertige Geometrie um die Brandfläche
Du hast eine Brandfläche erfolgreich kartiert. Kannst du die Frage aus der Aufgabenstellung beantworten?
Im Kapitel 2 erfährst du wie man abgebrannte Flächen auch noch auf eine andere Art und Weise sichtbar machen kann.
Normalized Burn Ratio (NBR)
Folge dem Video oder der Anleitung im Kapitel um den Index ” Normalized Burn Ratio” aus dem Satellitenbild zu erzeugen.
Die Normalized Burn Ratio anzeigen
Als zusätzliche Visualisierung wird häufig ein sogenanntes „Burn Ratio“ dargestellt, eine Verbrennungsrate in Graustufen. Mit dieser Visualisierung wird noch deutlicher, welche Bereiche tatsächlich abgebrannt sind. In Abbildung 7 ist der Unterschied zum Falschfarbenbild zu erkennen.
Vergleich zwischen Falschfarben-Komposit und Normalized Burn Ratio
Für diese Darstellung musst du lediglich auf der linken Seite von dem Reiter Komposit zu dem Reiter Index wechseln. Dort siehst du eine Gleichung, der „Normalisierte Brandindex“ oder „NBR-Formel“. Ziehe dazu lediglich das Band B8A auf das A und B04 auf das B. Nach erneutem Laden wird dir das Graustufenbild angezeigt.
Normalisierter Brandindex
Du hast nun gelernt, erfolgreich einen Brand zu lokalisieren, ihn auf verschiedene Art und Weise darzustellen und seine Größe zu berechnen! Brände sind aufgrund ihrer starken Auswirkungen über mehrere Wege gut zu beobachten. Allerdings sind auch bei diesem Beispiel Wolken des aktiven Brandes ein Hindernis, um das genaue Ausmaß zu erkennen. Satellitenbilder liefern daher mal deutlichere und mal etwas ungenaue Ergebnisse.
Bereits heute zeigen sich vermehrt Hitzeperioden, die gerade die Menschen in den Städten belasten. Besonders ältere Menschen leiden, für manche hat es lebensbedrohliche Folgen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und Prognosen, dass zwei Drittel der Weltbevölkerung bis 2050 in den Städten leben werden, ist das Stadtklima ein aktuelles und relevantes Thema.
Paris ist eine der am stärksten betroffenen Städte Europas. Sommernächte sind hier bis zu 4 K wärmer, als im Umland. In den Hitzewellen im Sommer 2022 war Paris besonders stark betroffen, allerdings laufen hier auch bereits Projekte, um das Problem zu reduzieren, in dem Verkehrsflächen zu Grünflächen umgewandelt werden.
Im Arbeitsblatt und der App werden anhand von Satelitenbildern mit Echtfarben, Pflanzenbewuchs und Bodentemperaturen die Ursachen der Urbanen Hitzeinsel Paris genauer unter die Lupe genommen und darauf aufbauend geplante und umgesetzte Maßnahmen dagegen diskutiert.
Im Pariser Klimaabkommen aus dem Jahr 2015 wurde das Ziel festgelegt, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur auf 2°C beziehungsweise auf 1,5°C zu begrenzen. Dies ist nötig, da die Folgen der Klimaänderung bei jedem 0,1°C Erwärmung unbeherrschbarer werden. Mithilfe verschiedener Daten kann errechnet werden, wie viele Jahre noch bleiben, bis das 1,5°-Ziel und das 2°-Ziel erreicht werden.
Pariser Klimaabkommen
2°C-Ziel bzw. 1,5°C-Ziel
CO2-Emissionen
CO2-Budget
Klimakonferenzen
Umstellung der Energiesysteme
UN-Ziele für Nachhaltige Entwicklung
Pariser Klimaabkommen: Wieviel Zeit bleibt uns noch?
Dieses Video beschreibt die Entwicklungen auf der Erde, wenn sich die globale Mitteltemperatur um ein paar Grad erhöht. Sowohl Anstieg als auch Abfall der globalen Mitteltemperatur um nur ein paar Grad, haben gravierende Auswirkungen auf das Leben auf der Erde.
Globale Mitteltemperatur
Temperatur der letzten 450 Millionen Jahre
Projektionen bis 2100
Holozän
Eiszeiten
Heißzeiten
Ein paar Grad wärmer sind kein Problem – oder doch?
Die Klimasensitivität beschreibt die Temperaturänderung bei CO2-Verdopplung. Wenn im System der Erde genauso viel Wärme abgestrahlt wird wie auch eingestrahlt wird, stellt sich eine Temperatur von 15°C ein. Bei einer Verdopplung des CO2-Gehalts und ohne Rückkopplungen erhöht sich die Temperatur auf der Erde um 1,5°C. Unter dem Einfluss von Rückkopplungseffekten kommt es zu einer Erwärmung von etwa 3°C.
In diesem Video werden die weiteren Folgen des globalen Temperaturanstiegs erläutert. Der Klimawandel bringt weitreichende Folgen mit sich, die von Extremwetterzunahmen über Ernteausfälle bis hin zu einem globalen Meeresspiegelanstieg führen. Dieser Anstieg liegt der derzeit bei etwa 3,2 mm pro Jahr.
um zur interaktiven Karte zu wechseln und mit den Satellitendaten zu arbeiten. Mit einem Klick auf 
kommst du zurück zu hierher!
in der interaktiven Karte um Details zu den Satellitendaten einzublenden.
zeigt ein Bild des Datensatzes auf der Karte an (in diesem Datensatz gibt es nur ein Bild) .
am unteren Bildrand, kannst du die Relexionsstärke der Pixel ablesen. Je höher die Zahl ( 0-255) desto stärker die Reflexion. Ein Klick ins Bild deaktiviert den Modus
und klickt dann auf einen Pixel im Satellitenbild. Das Tool markiert jetzt alle anderen Pixel im Satellitenbild die diesem ähnlich sind, also ähnliche Relexionseigenschaften haben. Wie ähnlich sie sich sein sollen, können wir mit dem Regler “Adjust Tolerance” 
einstellen.
um im Copernicus Browser die Satellitendaten zu suchen und zu bearbeiten. Mit einem Klick auf 
kommst du zurücck zu dieser Anleitung
