Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fernerkundung wird immer wichtiger für die Biodiversitätsforschung

12.12.2016

Um die biologische Vielfalt zu erfassen, nutzen Forscher neben klassischen Freilanduntersuchungen seit rund 30 Jahren auch verschiedene Methoden der Fernerkundung. Unter Federführung von UFZ-Wissenschaftlern stellt ein internationales Forscherteam im Fachmagazin Ecological Indicators die heutigen Möglichkeiten, Entwicklungen und Perspektiven der Fernerkundung zusammen und zeigt ihr großes Potenzial für die zukünftige Biodiversitätsforschung.

Die Folgen des Klimawandels machen sich unter anderem durch Änderungen in der Artenvielfalt bemerkbar. Eine wichtige Aufgabe der Biodiversitätsforschung ist es, den Status quo aufzuzeichnen, Prozesse innerhalb der Ökosysteme zu untersuchen und mögliche Änderungen als auch Störungen aufzuspüren.


EnMAP ist eine deutsche hyperspektrale Satellitenmission, die 2018 starten wird. Sie soll präzise Aussagen über Zustand und Veränderungen der Erdoberfläche möglich machen.

Quelle: DLR CC-BY3.0

„Dafür benötigen wir zuverlässige Daten über möglichst große Flächen und engmaschige Zeiträume hinweg“, sagt UFZ-Landschaftsökologin PD Dr. Angela Lausch. „Verschiedene Methoden der Fernerkundung erfüllen diese Anforderungen bereits in hervorragender Weise.“ Mithilfe von Satellitenaufnahmen kann beispielsweise das Vorkommen einer zu untersuchenden Pflanzenart anhand ihrer Wuchsform, Blattform, Blattgeometrie, Phänologie oder Blütenfarbe bestimmt werden – und das über große Flächen und im zeitlichen Verlauf.

Darüber hinaus können Satelliten, die mit spektralen Sensoren ausgestattet sind, dabei helfen, Pflanzenarten oder Pflanzengesellschaften anhand ihres spezifischen Gehalts an biochemischen Merkmalen (u.a. Chlorophyll, Cellulose, Blattwassergehalt oder Proteingehalt) zu unterscheiden und zu erfassen.

Generell sind die Methoden der Fernerkundung je nach Fragestellung dafür unterschiedlich gut geeignet. Bei der Wahl der Methode muss immer berücksichtigt werden, ob der Fernerkundungs-Sensor die gewählten Schlüsselparameter auch tatsächlich messen kann – also ob beispielsweise die spektrale, räumliche oder zeitliche Auflösung für die zu beantwortende Fragestellung ausreichend ist, und welche Aussagen sich daraus für die Biodiversitätsforschung ableiten lassen.

„Für die Zukunft ist es daher wichtig, dass Biologen, Ökologen, Geografen und Fernerkundler noch mehr als bislang an einem Strang ziehen und die Sprache der anderen besser verstehen lernen“, sagt UFZ-Biodiversitätsforscher Prof. Dr. Josef Settele, Mitautor der Studie. „Das verbindende Element zwischen der Fernerkundung und anderen Disziplinen“, ergänzt Lausch, „sind die Eigenschaften (engl. „traits“) von Pflanzen, Tieren, Wasser und Boden“.

Im Jahr 2018 soll der Hyperspektralsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) an den Start gehen und Bilddaten mit besonders hoher spektraler Auflösung liefern. Mit der hyperspektralen Fernerkundung könnten dann noch sehr viel mehr biochemische Parameter erfasst werden, etwa Stickstoff, Phosphat oder der Wasseranteil im Blattgewebe.

„EnMAP wird die Bestimmung von Arten und Pflanzengesellschaften über die Fernerkundung noch deutlich verbessern. Das größte Potenzial der hyperspektralen Fernerkundung aber liegt darin, Prozesse und Störungen innerhalb von Ökosystemen über große Flächen hinweg zu erfassen“, sagt Lausch. „Die Daten des EnMAP-Satelliten werden allen Anwendern frei zur Verfügung stehen. Wir sollten in der Biodiversitätsforschung daher darauf vorbereitet sein, die Potenziale der neuen Generation von Satelliten zu kennen und zu nutzen.“

Ohne Freilanduntersuchungen, bei denen Proben gesammelt, Arten und Pflanzengesellschaften erfasst und ökosystemare Prozesse – wie die Photosynthese-Aktivität oder die Fähigkeit, Kohlenstoff zu binden – bestimmt werden, geht es künftig trotzdem nicht. Sie stellen zwar im Gegensatz zur Fernerkundung immer nur einen lokal und zeitlich begrenzten Ausschnitt dar und sind zudem aufwendig und in der Auswertung meist langwierig.

Aber sie liefern entscheidende Informationen, die mit Fernerkundung nicht erfasst werden können – etwa über die ökologische Potenz, das Stressverhalten und die Anpassungsfähigkeit von Arten und Pflanzengemeinschaften. Darüber hinaus sind sie unersetzlich, um Fernerkundungsdaten auszuwerten und zu interpretieren. „Das Eine geht nicht ohne das Andere“, sagt Lausch. „Nur in der Kombination von in-situ-Untersuchungen und Fernerkundung können auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen Biodiversität optimaler als bislang erfasst und Prozesse inklusive deren Veränderungen und Störungen abgebildet werden.“

In der praktischen Umsetzung gibt es laut Lausch jedoch noch einige Stolpersteine. Dazu gehört etwa, dass es weltweit nach wie vor kaum einheitlichen Standards gibt, mit denen Biodiversitätsdaten erfasst werden. Außerdem muss die Verknüpfung von Freiland- und Fernerkundungsdaten dahingehend optimiert werden, dass die Zusammenführung großer, komplexer und heterogener Datenmengen besser klappt sowie Daten einfacher ausgewertet und in Modelle überführt werden können.

Ein wichtiger Schritt auf diesem Weg ist die Entwicklung der sogenannten „Essentiellen Biodiversitätsvariablen“ (EBV), der sich unter anderem Wissenschaftler wie Angela Lausch und viele ihrer Mitautorinnen und -autoren weltweit widmen.

Publikation:
Lausch, A., Bannehr, L., Beckmann, M., Boehm, C., Feilhauer, H., Hacker, J.M., Heurich, M., Jung, A., Klenke, R., Neumann, C., Pause, M., Rocchini, D., Schaepman, M.E.; Schmidtlein, S., Schulz, K., Selsam, P., Settele, J., Skidmore, A.K., Cord, A.F., 2016. Linking Earth Observation and taxonomic, structural and functional biodiversity: Local to ecosystem perspectives. Ecological Indicators 70., 317-339., http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.06.022.

Ansprechpartner:
PD Dr. Angela Lausch
UFZ-Department Landschaftsökologie
E-Mail: angela.lausch@ufz.de
http://www.ufz.de/index.php?de=37570

Weiterführende Links:
UFZ-Pressemitteilung „Biodiversitätsvariablen sollen helfen, den Artenverlust zu stoppen“: http://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=50/2016
GEO BON, the Group on Earth Observations Biodiversity Observation Network: http://www.geobon.org/
iDiv / International GEO BON Office: https://www.idiv.de/research/international_office_geo_bon.html

Weitere Informationen:

http://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=51/2016

Susanne Hufe | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Versauerung: Wie der Klimawandel die Süßgewässer belastet
12.01.2018 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Tote Bäume haben zahlreiche und treue Begleiter
10.01.2018 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie