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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!

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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.

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Einführung in die Erdbeobachtung

Bilder aus dem All

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.

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Klima Kurs Material

Experimente zum Klimawandel

Einleitung

Hier finden Sie eine kleine Sammlung von Videomaterialien, welche von unseren Kolleginnen und Kollegen ESERO UK and ESERO Ireland für den englischsprachigen Schuleinsatz  entwickelt wurden. Die Videos entstammen einem Kurs zum Thema Satellitenfernerkundung und Klimawandel. Wir hoffen, die Experimente können als Denkanstöße und anschauliche Demonstrationen zu Mechanismen des Klimawandels dienen und Ihren Unterricht bereichern.

Der Klimawandel stellt für unsere Zivilisation derzeit wohl die größte Herausforderung dar und Nachweise für eine verstärkte globale Erwärmung und Umweltzerstörung durch menschliche Aktivitäten sind längst vorhanden. Wir wollen eine möglichst große Bandbreite an Materialien zur Verfügung stellen, welche auf verschiedenste Art und Weise eine Integration des Themas in den Unterricht ermöglicht.

 

2. Experiment – CO2 Lösung in Wasser

Die Ozeane sind ein wichtiger Faktor im globalen CO2-Haushalt. Ihrer Fähigkeit, als Pufferspeicher zu dienen, haben wir es zu verdanken, dass sich anthropogen und natürlich ausgestoßenes CO2 nicht in vollem Umfang unmittelbar in der Atmosphäre anreichert und den Treibhauseffekt befördert. In diesem einfachen Experiment kann der Puffereffekt von Schülerinnen und Schülern praktisch nachvollzogen werden.

Experiment – CO2 Lösung in Wasser

3. Experiment – Der Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt ist der Motor des Klimawandels. Dass verschiedene Gase in unserer Atmosphäre einen Einfluss auf die Temperatur haben, ist lange bekannt, und sie sind auch dafür verantwortlich, dass unser Planet bewohnbar ist. Ihre Anreicherung jedoch führt zu globaler Erwärmung mit weitreichenden Folgen für die Menschheit.

Der Treibhauseffekt

Kohlenstoffdioxid ist nicht das einzige Gas, das zur globalen Erwärmung beiträgt. Wie sich die Temperatur in Gegenwart der atmosphärischen Spurengase Methan und Kohlenstoffdioxid bei Strahlung verhält, wird in diesem Video veranschaulicht und kann, wenn auch mit größerem Aufwand, experimentell nachvollzogen werden.

Der Treibhauseffekt im Experiment

4. Experiment – Das Schmelzen der Polkappen

Der Anstieg des Meeresspiegels infolge des Abschmelzens der globalen Eismassen ist eines der schwerwiegendsten Probleme, mit denen die Menschheit infolge des Klimawandels konfrontiert wird. Doch dabei wirken sich Eismassen auf Landoberflächen, wie am Südpol, anders aus als Eismassen, die, wie im Falle des Nordpols, auf dem Meer schwimmen. Dieses einfache Experiment verdeutlicht den Effekt.

Das Schmelzen der Polkappen im Experiment

5. Experiment – Radar zur Beobachtung der Erde

Die Erdbeobachtung ist ein wichtiges Instrument für die Beobachtung und das Verständnis des Klimawandels. Die Einsatz moderner Radarsatelliten hat die Möglichkeiten der Erdbeobachtung massiv erweitert. In diesem Experiment kann “hands on” nachvollzogen werden, wie diese Technologie funktioniert.  

Radar als Instrument zur Erdbeobachtung

6. EO-Browser

Der EO-Browser ist ein innovatives Online-Tool, das Benutzern ermöglicht, die Vielfalt der Erdbeobachtungsdaten auf einfache und interaktive Weise zu visualisieren. In dem Video werden die Hauptfunktionen und Möglichkeiten des Browsers ausführlich dargestellt. Die Benutzerinnen und Benutzer können durch verschiedene Satellitenbilder navigieren, Daten aus verschiedenen Zeiträumen vergleichen und sogar spezifische Parameter zur Analyse und Visualisierung anpassen. Ob für wissenschaftliche, pädagogische Zwecke oder einfach nur aus Neugier – der EO-Browser bietet eine intuitive Plattform, um die Erde aus einer völlig neuen Perspektive zu betrachten. Das Video führt die Benutzerinnen und Benutzer durch die Grundlagen des Tools, damit auch Sie und Ihre Schülerinnen und Schüler sich an Informationen aus aktuellen Satellitendaten zum Klimawandel und weiteren Themen bedienen können.

https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/

EO-Browser

7. Klimaretten als Beruf – Ein Karrierebeispiel

Das Video porträtiert die Wissenschaftlerin Anna Hogg und ihre Arbeit mit Erdbeobachtungsdaten. Anna untersucht, wie sich die Eismassen unserer Erde infolge des Klimawandels verändern. Durch ihre gründlichen Analysen und Beobachtungen trägt sie wertvolle Erkenntnisse bei, die uns helfen, die Auswirkungen des Klimawandels besser zu verstehen. Dieses Video zeigt, wie Wissenschaft in der Praxis aussieht und dass die drängenden Fragen unserer Zeit zu beantworten auch eine Karriereoption sein kann.

 

Anna Hogg – Klimaretten als Beruf

8. Climate Detectives – Selbstständig zum Klimawandel forschen

Möchten Sie Ihre Schülerinnen und Schüler dazu inspirieren, aktive Teilnehmende im Kampf gegen den Klimawandel zu werden? Der ESA-Wettbewerb “Climate Detectives” bietet Jugendliche die einzigartige Chance, echte Klimaforschende zu werden. Sie analysieren Satellitendaten, erforschen lokale Umweltauswirkungen und entwickeln konkrete Lösungen für drängende Klimaprobleme. Es ist nicht nur eine großartige Möglichkeit, ihre MINT-Fähigkeiten zu fördern, sondern auch, das Bewusstsein für unseren Planeten zu schärfen.

https://climatedetectives.esa.int/de

Der Schulwettbewerb “Climate Detectives”
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10 9 AR-Apps Fach Geographie Klasse Klima Material

Sommer in Paris

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.

Die App ist Teil der Columbus-Eye-App. Kostenlos erhältlich bei Google Play (Part “Summer in Paris”)

Die App ist Teil der Columbus-Eye-App. Kostenlos erhältlich im Apple Store (Part “Summer in Paris”)

Ziele: Die Schüler*innen sollen…

  • erklären den Begriff der urbanen Hitzeinsel und welche Gefahren von ihr ausgehen,
  • beschreiben Beschaffenheit besonders warmer/kühler Orte,
  • identifizieren städtebauliche Hauptprobleme in Bezug auf die urbanen Hitzeinseln,
  • erklären Wirkungen von Maßnahmen zur Reduktion des Hitzeinsel-Effekts,
  • bewerten Maßnahmen zur Reduktion des Hitzeinsel-Effekts vor dem Hintergrund der Kosten und des Nutzens für die Bevölkerung.

Die ZIP-Datei (1.6 MB) enthält einen Lehrerkommentar und das Arbeitsblatt.

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Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel:
Pariser Klimaabkommen

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?
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10 9 Fach Geographie Klasse Klima Lernvideos Material

Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel: Ein paar Grad
wärmer

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?
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10 9 Fach Geographie Klasse Klima Lernvideos Material

Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel: Klimasensitivität

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.

  • Temperaturänderung
  • CO2-Verdopplung
  • Rückkopplungseffekte
  • Verhältnis von Ein- und Ausstrahlung
Was ist Klimasensitivität?
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10 9 Fach Geographie Klasse Klima Lernvideos Material

Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel: Folgen globaler
Erwärmung

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.

  • Meeresspiegelanstieg
  • Gletscherschmelze
  • Eisschmelze in Grönland und Antarktis
  • Abnahme arktisches Meereis
  • Extremwetterzunahme
  • Ernteausfälle
Was folgt aus dem Temperaturanstieg?
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10 9 Fach Geographie Klasse Klima Lernvideos Material

Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel: Temperaturanstieg

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.

  • Temperaturzeitreihen
  • Temperaturschwankungen
  • Monatliche und jährliche Mittelung
  • Klimastreifen
  • Globale Verteilung
Gibt es einen weltweiten Temperaturanstieg?
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10 9 Fach Geographie Klasse Klima Lernvideos Material

Hintergrundinfos zu CO2 und Klimawandel: Treibhauseffekt

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.

  • Treibhausgase
  • Atmosphäre
  • kurzwellige Solarstrahlung
  • langwellige Infrarotstrahlung
  • Absorption
  • Abstrahlung
  • Energieüberschuss
  • natürlicher Treibhauseffekt
Was ist der Treibhauseffekt?