Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zur globalen Wald-Landkarte

26.04.2010
Erdbeobachtungsexperten der Universität Jena haben Satellitendatenauswertung weiterentwickelt

Eine groß angelegte Bestandsaufnahme der Waldgebiete dieser Erde würde Wissenschaftlern ein besseres Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs und die Erstellung genauerer Klimaprognosen ermöglichen. Allerdings stellte es sich bisher als problematisch dar, die dafür benötigten Karten zu erstellen – bis jetzt.

Mit einem neuen Algorithmus, der Bildermengen eines Radars (Advanced Sythetic Aperture Radar/ASAR) des Envisat-Satelliten der Europäischen Weltraumagentur (ESA) nutzt, kann die Wald-Biomasse weit über das bisher bekannte Maß hinaus erkannt werden. Entwickelt wurde der innovative Algorithmus von Dr. Maurizio Santoro von der Schweizer Firma Gamma Remote Sensing in Kooperation mit Dr. Oliver Cartus von der Universität Jena.

Wälder spielen eine Schlüsselrolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde, indem sie Kohlenstoff aus der Atmosphäre absorbieren und in Bioenergie speichern. Intakte Wälder absorbieren Kohlenstoff. Gefällte oder abgebrannte Wälder hingegen werden zu Kohlenstoff-Quellen, die das Gas in die Atmosphäre freisetzen. Schätzungen besagen, dass die untersuchten nördlichen (borealen) Nadelwälder etwa 14,5 Prozent der Land-Erdoberfläche bedecken, eine Fläche von fast 16 Millionen Quadratkilometern. Dass aus diesen Schätzungen bald Fakten werden können, daran haben die mit dem neuen Algorithmus ermöglichten Satellitenkarten großen Anteil.

„Biomasse ist eine der einflussreichsten Klimavariablen, die das Funktionieren des Erdsystems definieren“, sagt Prof. Dr. Christiane Schmullius von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Sie ist zugleich der große unbekannte Faktor im Kohlenstoffkreislauf. Da keine akkuraten Biomasse-Landkarten existieren, wissen wir nicht, wie viel sich verändert und wir können keine exakten Berechnungen anstellen“, so die Lehrstuhlinhaberin für Fernerkundung weiter. „Mit dem neuen Algorithmus haben wir zum ersten Mal etwas in der Hand, das ein erster Schritt zu einer globalen Landkarte der Biomasse sein könnte.“

Im BIOMASAR-Projekt, das von Schmullius koordiniert und von der ESA gefördert wurde, ist nun innerhalb eines Jahres der Algorithmus weiterentwickelt und seine Funktionsfähigkeit bestätigt worden. Dazu wurden ASAR-Daten genutzt, die in der Lage sind, auch bei Dunkelheit und dichten Wolken aus existierenden Vor-Ort-Informationen stimmige Bilder zu erstellen. Um den Algorithmus zu validieren, wurden verschiedene Test-Orte in Skandinavien, Sibirien und Kanada ausgewählt, von denen entsprechende ASAR-Bilder vorlagen. Die Resultate der Tests bewiesen, dass das Wald-Volumen (Growing Stock Volume - GSV) – die Menge von Stammholz in Kubikmetern pro Hektar – durch Envisat-ASAR-Daten in Nadelwäldern in einer bisher noch nicht da gewesenen Genauigkeit bis zu 500 Kubikmeter pro Hektar angezeigt wird.

Mit der neuen Methode können nun die Envisat-Archive genutzt werden, um jährlich weltweite GSV-Karten über das gesamte bewaldete Gebiet der Nordhalbkugel mit einer Auflösung von zehn Kilometern und einer Genauigkeit von über 80 % herzustellen. Die üblichen Probleme der gängigen Satellitendaten wie Wolkenbedeckung werden dabei vermieden.

Einfaches Werkzeug für eine konsistente Beschreibung von Wäldern

Dr. Maurizio Santoro, der die Algorithmusentwicklung initiiert hat, sagt den ASAR-Bildern eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Karten voraus. „Diese Karten können jetzt und in naher Zukunft mit keinem anderen Sensor produziert werden. Das liegt an der räumlichen Abdeckung der ASAR-Bilder im ScanSAR-Modus und an dem weltweiten, seit sieben Jahren gepflegten Datenbestand der Bilder, auf die man zugreifen kann“, erklärte er. „Es ist das erste Mal, dass wir verfügbare Daten und einfache Werkzeuge nutzen können, um eine räumlich konsistente Beschreibung von Wäldern zu erhalten, die für die Nutzer befriedigend sind.“

Die Frage liegt nahe, warum der Algorithmus nicht vorher entwickelt wurde. Die Antwort ist überraschend einfach: Niemand hatte an diese Möglichkeit gedacht.

„ASAR erstellt Bilder im C-Band, das nicht die Wellenlänge und Sensibilität besitzt, um auch Wälder mit höherer Bewuchsdichte abbilden zu können“, erläutert Prof. Schmullius. „Dr. Santoro stellte fest, dass die Sensibilität in Bezug auf höhere Klassen von Biomasse steigt, wenn Datenmengen verschiedener zeitlicher Phasen kombiniert werden“, so die Jenaer Erdbeobachtungs-Expertin. „Er stellte fest, dass das Signalrauschen bei einem Minimum von 60 Szenen so reduziert ist, dass man ein exzellentes Signal über die Walddichte erhält. ESA ist die einzige Weltraum-Agentur, die – da sie routinemäßig weltweit operiert – historische und aktuelle Daten besitzt. Wir erwarten dringend den Start von Sentinel-1, der uns Gelegenheit geben wird, noch bessere Karten zu erstellen.“

Weitere Verbesserungen durch neue Satellitenflotte

Sentinel-1, dessen Start für 2012 geplant ist, wird die Fortsetzung der gesamten SAR-Datengewinnung mit Schwerpunkt auf den C-Band-Daten gewährleisten. Er wird im ScanSAR-Modus mit einer viel höheren Auflösung im Vergleich zu ASAR arbeiten. Eine Flotte von fünf Sentinel-Satelliten wird derzeit von der ESA im Rahmen der EU-Inititative „Global Monitoring for Environment and Security“ entwickelt.

Mit den Daten des ASAR-Archivs kann der nun überprüfte Algorithmus über der gesamten nördlichen Nadelwald-Zone eingesetzt werden. Er kann auch genutzt werden, um Karten über den Wandel in der Landnutzung und den Verlust von Biomasse zu erstellen. „Wir hoffen“, so Prof. Schmullius, „die Anwendung in der Zukunft so erweitern zu können, dass auch Mischwälder und Savannen einbezogen werden und jährliche Aktualisierungen der Karten zur Verfügung gestellt werden können“.

Kontakt:
Prof. Dr. Christiane Schmullius
Institut für Geographie der Universität Jena
Grietgasse 6
07743 Jena
Tel.: 03641 / 948880
E-Mail: c.schmullius[at]uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Seltene Erden in norwegischen Fjorden?
06.08.2020 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Auf Spurensuche in Grönland
06.08.2020 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics