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.
Satellitenbilder zeigen unseren Planeten aus neuen Blickwinkeln und in den ungewöhnlichsten Farben. Doch sie sehen nicht nur schön aus! Mit ihrer Hilfe werden vor allem Informationen gesammelt deren Analyse zum Verständnis des Systems Erde und des Wandels in dem es sich befindet einen unschätzbaren Beitrag leisten. Doch wie geschieht das? Wie sehen diese stillen Beobachter, die Satelliten, aus? Welche Daten liefern sie und wie helfen sie uns dabei die hochdynamischen Prozesse auf unserem Planeten zu verstehen und zu erkennen welche Rolle der Mensch dabei spielt?
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Das elektromagnetische Spektrum- Einführung
Satelliten können Merkmale unserer Umwelt aufzeichnen, die uns Menschen verborgen bleiben. Doch was genau sehen sie denn, was wir nicht sehen?
Einführung in das elektromagnetische Spektrum
Elektromagnetisches Spektrum – Vertiefung
Alle Informationen, die von erdbeobachtenden Satelliten gesammelt werden sind aus den Wellen des elektromagnetischen Spektrums abgeleitet. Grund genug, sich diese elektromagnetischen Wellen und ihre Eigenschaften einmal genauer anzuschauen.
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Die Welt in Infrarot
Den meisten Menschen ist Infrarot aus dem Alltag ein Begriff. Wärmebildkameras, Infrarotlampen, aber auch Fernbedingungen oder die Körperscanner am Flughafen verwenden Infrarot. Wir Menschen können Infrarot nicht sehen, nehmen es aber teilweise als Wärme wahr. Also was genau ist Infrarot und wie wird es in der Erdbeobachtung eingesetzt?
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Die räumliche Auflösung
Wie genau wir unsere Umwelt mit Hilfe von Satelliten beobachten können, hängt maßgeblich von verschiedenen Eigenschaften ihrer Sensoren ab, denn diese entscheiden darüber, wie detailliert Informationen über die Erdoberfläche aufgezeichnet werden. Aber warum verwendet die Fernerkundung nicht einfach nur Sensoren mit einer hohen Auflösung, um uns eine detailgenaue Abbildung der Erdoberfläche zu ermöglichen?
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Die spektrale Auflösung
Spektrale Satellitensensoren sehen die Erde grau. Dies liegt daran, dass sie jeden Wellenlängenbereichen getrennt voneinander in so genannten Spektralkanälen aufnehmen. Die spektrale Auflösung, also die Anzahl der Spektralkanäle, ist eine wichtige Eigenschaft von Satellitensensoren. Doch welche spektrale Auflösung sollte ein Sensor haben und warum können nicht alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums gemessen werden?
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Erdbeobachtung von der ISS
Ganze 400 km von unserer Erde entfernt, befindet sich die Internationale Raumstation, die ISS. Binnen 92 min umkreist die fußballfeldgroße Station unseren Planeten und ist seit dem Jahr 2000 ständig bewohnt. Sie bietet ein einzigartiges Potential für die Forschung in verschiedensten naturwissenschaftlichen Gebieten – und auch für die Erdbeobachtung! Werfen wir also einen kurzen Blick auf einige wichtige Sensorsysteme, die sich auf der ISS befinden und mit ihren Missionen die Beobachtung und die Erforschung unseres Planeten vorantreiben.
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Landnutzungswandel
Wir Menschen verändern die Landoberfläche unserer Erde aktiv – und das, in einem viel größeren Maßstab und mit dramatischeren Folgen als jemals zuvor. Wozu führen die Veränderungen bei der Landnutzung? Und wie lassen sich diese global verfolgen und darstellen? Satellitenaufnahmen ermöglichen uns die Veränderungen in der Landnutzung sehr genau zu dokumentieren. Sie machen das Erfassen der Landbedeckung möglich und liefern Informationen über die Landnutzung auf globaler Ebene. Sie ermöglichen uns Prozesse des Landnutzungswandels und die damit verbundenen Entwicklungen zu verstehen und zu begleiten.
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.
Dieses Video thematisiert den durch den Klimawandel weltweit verursachten Temperaturanstieg. Auf den ersten Blick lässt sich dieser Anstieg nicht direkt erkennen. Wenn man jedoch auf die monatlichen Mittelungen blickt, werden zunächst die Schwankungen der Temperatur deutlich und in den jährlichen Mittelungen ist auch der Temperaturanstieg klar zu erkennen.
Dieses Video erklärt den Treibhaueffekt. Die kurzwellige Solarstrahlung durchdringt die Atmosphäre und erwärmt den Erdboden, während durch die langwellige Wärmestrahlung die Energie vom Erdboden wieder abgestrahlt wird. Zu viele Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren die Wärmestrahlung und verhindern dadurch die Abstrahlung in den Weltraum. Dadurch kommt es zu einem Energieüberschuss und die Erde erwärmt sich.
um zur interaktiven Karte zu wechseln und mit den Satellitendaten zu arbeiten. Mit einem Klick auf 
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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.
