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10 Copernicus Fach Klasse Lerneinheit Material Physik

Reflection in Focus-
Earth Observation by Radar Satellites

Reflection in Focus – Earth Observation by Radar Satellites

Radar satellites use the reflective properties of the Earth’s surface to gather valuable information. These satellites send electromagnetic waves to the Earth, which are reflected back from the surface and return to the satellite. The analysis of these returning signals makes it possible to identify different materials, structures, and even changes over time. But how do radar satellites use reflection to capture and analyze data about the Earth’s surface? And what can actually be detected in radar images?

  • Use the worksheet for this lesson to explore the phenomenon of reflection from the perspective of radar satellites with the help of the satellite image!
  • Watch the learning video and read the operating instructions carefully!

Learning Video:

How do radar satellites use reflection to analyze the Earth’s surface?

Operating Instructions:

1. Display  the interactive map:

Simply click on to switch to the interactive map and work with the satellite data. Mit einem Klick auf , you can return here!

2. Working on the Interactive Map:
  1. Click on the icon: in the interactive map to display details about the satellite data.
  2. This button displays an image of the dataset on the map (there is only one image in this dataset).
  3. You can also use it to hide and show the image again, which is indicated by this icon: 
  4. If you activate this button at the bottom of the image, you can read the reflection strength of the pixels. The higher the number (0-255), the stronger the reflection. A click on the image deactivates the mode.
 

The tools you can use to edit the image are accessed by clicking on “Tools”(1) auf. The help button (2) shows a short video explaining how to use the tool

 
3. What exactly does the tool do?

The tool marks pixels in the radar image that look similar, meaning they have similar reflection properties.

You activate the button   and then click on a pixel in the satellite image. The tool will now mark all other pixels in the satellite image that are similar, meaning they have similar reflection properties. You can adjust how similar they need to be using the “Adjust Tolerance” slider.  

  • 0 means: Zero tolerance! Only pixels that have exactly the same value (reflection) as the pixel selected in the image will be marked.
  • 100 means: Very tolerant! Pixels will be marked that fall within a value range of ±100 around the selected pixel.

After a short calculation time, the tool displays the area of the marked region in square meters in the satellite image.

Eotools – hello from the saved content!

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10 Copernicus Fach Klasse Lerneinheit Material Physik

Reflexion im Fokus-
Erdbeobachtung durch Radarsatelliten

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 Lernvideo an 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:
  1. Klicke auf das Symbol:  in der interaktiven Karte um Details zu den Satellitendaten einzublenden.
  2. Dieser Button  zeigt ein Bild des Datensatzes auf der Karte an (in diesem Datensatz gibt es nur ein Bild) .
  3. Du kannst es damit auch wieder aus -und wieder einblenden, was durch dieses Symbol angezeigt wird:  
  4. 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. 

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7 8 Copernicus Fach Geographie Klasse Lerneinheit Material

Orbitale Brandwache-
Waldbrände im Satellitenbild

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.

Brandflächen kartieren

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.