Quelle: DLR.

21. Februar 2022 – Gesunde Bäume tragen eine satte dichte Krone. Beim Spazierengehen durch den Wald fällt jedoch auf, dass die grünen Dächer insgesamt recht licht sind. In den letzten Jahren zeigen sich auch vermehrt kahlgeschlagene Flächen. Wälder sind unsere grüne Lunge, bilden Lebenraum für eine reiche Tier- und Pflanzenwelt, liefern Nutzholz und schützen vor Überflutungen und Hangrutschungen. Wie groß ist also der Verlust durch abgestorbene und entnommene Bäume? Forschende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind dieser Frage mithilfe von satellitengestützten Erdbeobachtungsdaten nachgegangen. Sie machten zum ersten Mal deutschlandweit sichtbar, wie viel Baumbestand verloren gegangen ist. Die Ergebnisse sind alarmierend: Von Januar 2018 bis einschließlich April 2021 wurden in Deutschland auf rund 501.000 Hektar Fläche Baumverluste verzeichnet. Der Verlust entspricht fast fünf Prozent der gesamten Waldfläche und ist damit erheblich höher als bisher angenommen. Als Auslöser gelten vor allem die ungewöhnlich starken Hitze- und Dürreperioden in diesen Jahren, die wiederum den Befall durch Schadinsekten begünstigt haben.

Unterstützung aus dem All
Für Forstwirtschaftende sind umfassende Waldinformationen wichtig, um Baumarten zu kartieren, Schadursachen zu differenzieren oder negative Entwicklungen durch Früherkennung zu verhindern. Erdbeobachtungssatelliten bieten die dafür notwendige räumliche und zeitliche Auflösung. Das Potenzial von Satellitenaufnahmen wird von den Behörden aber noch nicht voll ausgeschöpft. Die DLR-Forschungsgruppe des Earth Observation Center (EOC) brachte hier ihre Expertise ein. Um den Baumverlust genau zu beziffern, nutzten sie den Satelliten Sentinel-2 des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus sowie den US-amerikanischen Satelliten Landsat-8 als Datenquelle.

Die gegenwärtig verfügbaren Satellitendaten sind in der Lage, großflächige Verluste im Oberstand von Wäldern genau zu erfassen. Die Aufnahmen machen auch drastische Schäden wie zum Beispiel komplett abgestorbene Bestände sehr gut sichtbar. Ein weiterer Vorteil liegt in der Häufigkeit der Aktualisierungen. Die Satelliten können Daten in hoher zeitlicher Dichte liefern.

Monokultur, Extremwetter und Insekten
Der Blick aus dem All zeigt, dass überwiegend die Mitte Deutschlands mit ihren Nadelwäldern betroffen ist – von der Eifel, über Sauerland, Harz und Thüringer Wald, bis in die Sächsische Schweiz. Allein Nordrhein-Westfalen verlor innerhalb von drei Jahren mehr als ein Viertel seiner Fichtenwälder, in einigen Landkreisen waren es sogar mehr als zwei Drittel. Die Bäume starben ab oder fielen großflächigen Notfällungen zum Opfer. Kahlschläge sind oft die letzte Maßnahme bei massivem Schädlingsbefall, um – im Fall von Fichten – dem Borkenkäfer die Nahrung zu entziehen und dadurch seine weitere Ausbreitung zu verhindern.

Während sich Laubbäume wie die Eiche nach einem Insektenbefall wieder erholen können, gilt dies häufig nicht für Nadelbäume. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden in Deutschland vorrangig Fichten als wichtigster Holzlieferant aufgeforstet, nicht selten standortfremd. Diese Wälder haben eine entsprechend ähnliche Alters- und Wuchsstruktur und sind als Monokultur weniger widerstandsfähig. Zwischen 2018 und 2020 wurde ganz Mitteleuropa von mehreren ungewöhnlich starken Dürre- und Hitzeperioden heimgesucht. Dies schwächte die grünen Riesen – die Defizite in der Bodenfeuchte sind bis heute messbar. Gleichzeitig schuf die trockene Hitze ideale Bedingungen für den Borkenkäfer, sodass sich die Populationen explosionsartig vermehrten.

Von den Folgen der Dürre sind nicht nur Fichtenwälder betroffen: „Unsere Analysen zeigen, dass auch Eiche, Buche und Kiefer – neben der Fichte die häufigsten Baumarten in Deutschland – starke Schäden aufweisen. Das selbe gilt für seltenere Arten wie Bergahorn oder Lärche“, sagt Dr. Frank Thonfeld vom Earth Observation Center (EOC) des DLR. „Die jährlichen Waldzustandsberichte der Behörden machen bereits deutlich, dass sich der Zustand der deutschen Wälder schon seit längerer Zeit kontinuierlich verschlechtert. Aber die Schäden der letzten wenigen Jahre sind beispiellos“.

Neben dem Schädlingsbefall erlitt der deutsche Wald auch Verluste durch Windwurf. Das DLR-Forschungsteam identifizierte diese Flächen dank der hochgenauen Satellitenaufnahmen von Sentinel-2 und Landsat-8. Die Auswertungen offenbaren unter anderem das Ausmaß von Sturmereignissen in Ostbayern, Sachsen-Anhalt und Sachsen. Die aktuelle Sturmlage über ganz Deutschland wird voraussichtlich wieder dazu führen, dass vielerorts Schadholz entfernt werden muss.

Big Data zur Waldentwicklung
Die Fernerkundungsexperten aus Oberpfaffenhofen werteten insgesamt mehr als 20.000 Datensätze aus. Auf diese Weise konnten sie die abgestorbenen und neu eingeschlagenen Waldflächen im Monatsrhythmus erfassen. Entstanden ist ein differenziertes Waldbild für ganz Deutschland mit einer Auflösung von zehn Metern. Die Verarbeitung der Datenarchive von Sentinel-2 und Landsat-8 erfolgte vollautomatisch. Das hochkomplexe Verfahren wurde am EOC entwickelt und wird für weitere Anwendungen optimiert.

Die Auswertungsmethode für den Waldbestand lässt sich auch für andere Länder und Regionen anwenden. Denn großflächige Waldschäden sind nicht nur ein deutsches, sondern ein europäisches Thema. Nachbarländer wie Tschechien oder Österreich stehen ähnlichen Herausforderungen gegenüber. Mittelfristig setzt sich voraussichtlich die Tendenz fort, dass noch weitere Bestände verloren gehen. Es wird Jahrzehnte dauern, bis die wirtschaftlichen Schäden eingeholt sind. Bis sich das Ökosystem Wald erholt, kann es noch länger dauern. Für Deutschland und Europa ist es daher dringend notwendig, schnell effiziente Maßnahmen zum Schutz der Wälder zu ergreifen. Satellitengestützte Erdbeobachtung kann Forschenden und Entscheidungstragenden hierzu eine Datengrundlage bereitstellen.

So wie das neue Verfahren nutzerspezifisch angepasst werden kann, lässt sich auch die neue Waldkartierung jederzeit aktualisieren. Künftig könnte das DLR-Forschungsteam Forstbehörden im monatlichen Rhythmus Satellitendaten zu Waldgebieten liefern und damit den operationellen Forstbetrieb in allen Regionen nachhaltig unterstützen.

Hintergrundinformation: Waldzustandsbericht
Der Wald steht in Deutschland seit 1984 unter Beobachtung, als die Befürchtungen für ein Waldsterben um sich griffen. Der jährliche „Waldzustandsbericht“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) dokumentiert den Kronenzustand der Hauptbaumarten Fichte, Kiefer, Buche und Eiche. Dies erfolgt stichprobenartig auf Basis festgelegter Beobachtungsflächen. Es sind somit Momentaufnahmen für eine überschaubare Anzahl an Beobachtungspunkten. Die Berichte weisen bei den Verlusten dabei nur die Flächen aus, die wieder bewaldet werden müssen. Zahlen über die tatsächlich von Baumverlusten betroffenen Flächen findet man darin üblicherweise nicht. Erdbeobachtungssatelliten können hier ergänzende Daten liefern.

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• DLR

Der Beitrag DLR: Sorge um den deutschen Wald erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: NASA, USGS.

Nach dem erfolgreichen Start von LDCM (künftig Landsat 8) am 11. Februar 2013 von Vandenberg aus ist es still geworden um den Satelliten. Das ist nicht ungewöhnlich, zwischen Start und ersten mediengerechten Bildern oder Arbeitsergebnissen vergehen in der Regel Wochen, in denen der vorgesehene Orbit angesteuert wird und umfangreiche Prozeduren zur Inbetriebnahme des Satelliten ablaufen. Der jüngste Statusbericht zu LDCM vom 16. April 2013 besagt, dass alle Systeme normal laufen. Inzwischen ist auch die endgültige Umlaufbahn in 705 km Höhe erreicht.
Bei Beobachtungssatelliten wie LDCM kommt vor Aufnahme der Arbeit noch die Kalibrierung der Bildaufnahmetechnik hinzu. An Bord des LDCM befinden sich der Operational Land Imager (OLI) für Bilder vom sichtbaren und nah- beziehungsweise ferninfraroten Bereich und ein Thermal Infrared Sensor (TIRS) zur Messung der Oberflächentemperatur.

Bei der Kalibrierung geht es nicht nur darum, dass die OLI-Aufnahmen Farben so wiedergeben, wie sie auch am Boden wahrgenommen werden. Die Bilder müssen auch mit früheren Landsat-Bildern vergleichbar bleiben. Inzwischen existiert eine über vierzigjährige Bilddatenhistorie. Ein großer Teil davon, 652.000 Aufnahmen aus den Jahren 1972 bis 1992, wurde 2011 bei der UNESCO als Weltkulturerbe registriert mit der kurzen Begründung „einzigartig“. Die langjährige Landsat-Bilderserie erlaubt inzwischen wissenschaftlich gesicherte Aussagen zu langfristigen Trends bei der Entwicklung von Klima, Vegetation und Besiedlung der Erde. Die Landsat-Daten werden vom U.S. Geological Survey (USGS) verwaltet und archiviert.

Der Red Lake Playa in Arizona spielt bei der Kalibrierung des OLI eine entscheidende Rolle. Der Trockensee wurde von den Wissenschaftlern des NASA Goddard Space Flight Center ausgewählt, weil sich Störungen durch Dunst und Luftverschmutzung in engen Grenzen halten. Außerdem verändert sich die Umgebung auch auf längere Sicht nur marginal, so dass der ehemalige See über Jahre für die Kalibrierung von optischen Aufnahmegeräten im Weltraum geeignet erscheint.

Ende März 2013 wurde die Region von Landsat 7 und LDCM (auf niedrigerer Umlaufbahn) mehrere Tage lang gemeinsam überflogen, um von den Lichtverhältnissen her vergleichbare Aufnahmen zu bekommen. Die mit diesen rund 1.000 Aufnahmen mögliche Anpassung des OLI wird verfeinert durch Daten, die von einem Team vor Ort am Boden und von einem Flugzeug aus aufgenommen werden. Zur Anwendung kommt ein Solar and Lunar for Absolute Reflectance Imaging Spectrometer (SOLARIS). Das Instrument erlaubt die Analyse der Eigenschaften des vom Boden reflektierten Lichtes wie etwa Intensität, Ausbreitungsrichtung, Farbspektrum oder Polarisation. Im Flugzeug befindet sich das Goddard Lidar, Hyperpectral and Thermal Instrument (G-LiHT). Lidar steht für Light Detection and Ranging (angelehnt an Radar – Radio Detection…), wobei mit „Light“ ein Laserstrahl gemeint ist. Mit dem G-LiHT werden hauptsächlich Bodenstrukturen und -bedeckung sowie Oberflächentemperaturen untersucht.

Diese Vor-Ort-Bilddaten dienen nicht nur der Optimierung der OLI-Sensoren. Weil der neueste Satellit auch detailliertere Bilder liefert, können und müssen oft auch alte Bilder neu interpretiert werden. Die am Red Lake Playa gewonnenen Daten sind dabei Referenz bei Abweichungsanalysen zwischen alten und neuen Landsat/LDCM-Bilddaten, damit Sensor-bedingte Unterschiede zwischen den Bildern nicht als Landschaftsveränderungen interpretiert werden.

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• Landsat Data Continuity Mission auf Atlas V AV035

Verwandte Internetseiten:

• NASA Earth Observatory

Der Beitrag LDCM-Bildaufnahmeinstrument wird kalibriert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, OSC, Raumcon, Skyrocket, Wikipedia.

Der Start erfolgte gegen 19.02 Uhr MEZ vom Gelände der Vandenberg Air Force Base. Zum Einsatz kam eine Atlas 5 ohne Booster mit einer Centaur-Oberstufe. Der von der Orbital Sciences Corporation im Auftrag der NASA gebaute Satellit hat eine Masse von etwa 3 t und soll mindestens 5 Jahre lang Bilder von der Erdoberfläche anfertigen und zur Erde übermitteln.

Der im Rahmen der Landsat Data Continuity Mission gestartete Satellit setzt eine mehr als 40-jährige erfolgreiche Arbeit fort, die mit dem Start von Landsat 1, der 1972 als Earth Resources Technology Satellite gestartet wurde, begann. Bei der Erderkundung arbeiten NASA und der Geologische Dienst der USA (U.S. Geological Survey) eng zusammen.

Landsat 8 ist mit zwei wissenschaftlichen Haupt-Instrumenten ausgestattet, die hochaufgelöste Bilder bereitstellen. Der Operational Land Imager (OLI) arbeitet im Bereich sichtbaren Lichts sowie im nahen Infrarot. Außerdem verfügt der Messkomplex über zwei zusätzliche Spektralkanäle zur Untersuchung von Küstengebieten und Aerosolen sowie zur Erkennung von Cirruswolken. Der Thermal Infrared Sensor (TIRS) arbeitet hingegen im langwelligen Infrarot-Bereich und verfügt über einen besonders empfindlichen Quantentopf-Infrarot-Photodetektor.

Landsat 8 bewegt sich übrigens auf gleicher Bahn wie seine Vorgänger Landsat 4, 5 und 7. Insbesondere dadurch werden Aufnahmen der letzten Jahrzehnte mit den neuen absolut vergleichbar, allerdings sind sie qualitativ besser. Landsat 8 befindet sich in einem Orbit mit einer Flughöhe von 705 Kilometern bei einer Bahnneigung von 98 Grad und einer Umlaufzeit von 99 Minuten. Innerhalb von 16 Tagen wird die komplette Erdoberfläche einmal erfasst.

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• Landsat Data Continuity Mission

Der Beitrag Landsat 8 auf Kurs erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA, ULA.

LDCM steht für Landsat Data Continuity Mission und beschreibt die Aufgabe des neuen Satelliten: Die Gewährleitung der Datenkontinuität im Landsat-Programm. Das künftig auch als Landsat 8 bezeichnete Raumfahrzeug auf Basis eines Satellitenbusses von General Dynamics soll nach aktuellem Planungsstand am 11. Februar 2013 auf eine Umlaufbahn um die Erde gelangen.
Die US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) hatte das LDCM-Projekt zusammen mit dem Geologischen Dienst der USA (U.S. Geological Survey, USGS) begonnen, und dem seit 1972 laufenden Landsat-Programm damit ein weiteres Kapitel hinzugefügt. Das Programm ermöglicht Nutzern rund um den Erdball, Beobachtungen der Landmassen unseres Planeten vorzunehmen. Eine künftig zur Verfügung stehende weiter verbesserte Bildqualität kommt zu einer Zeit, in der ausgezeichnete Erdbeobachtungsdaten wichtig und hilfreich sind.

Die Geschwindigkeit der Veränderung der Landnutzung durch den Menschen war noch nie so hoch wie heute. Erklären lässt sich dies insbesondere mit den gestiegenen Bevölkerungszahlen und den weiterentwickelten technischen Möglichkeiten der Menschheit.

Damit LDCM die erwarteten Daten liefern kann, wird das Raumfahrzeug von einer zweistufigen Trägerrakete des Typs Atlas V in der Version 401 in den Weltraum transportiert. Die zunächst auf fünf Jahre angesetzte Mission beginnt mit einem Start von der Luftwaffenbasis Vandenberg (VAFB) in Kalifornien an der Westküste der Vereinigten Staaten von Amerika. Wenn die Arbeiten zur Überprüfung und Inbetriebnahme des Satelliten im All dann maßgebliche Fortschritte gemacht haben, wird LDCM offiziell die Bezeichnung Landsat 8 erhalten. Mit der Umzeichnung des Satelliten einher gehen wird die Übernahme seiner Steuerung und Überwachung durch ein Kontrollzentrum des USGS.

Bis dato wurden seit 1972 sechs Satelliten im Rahmen des Landsat-Programms erfolgreich in den Weltraum gebracht. Mehr als vier Jahrzehnte lieferten Satelliten des Programms quasi ununterbrochen Bilder von der Oberfläche der Erde. Landsat 7, der jüngste Späher des Programms, umrundet die Erde seit April 1999.

LDCM baut auf den bewährten Entwicklungen für seine Vorgänger auf, und ist mit zwei fortschrittlichen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, die klarere Bilder bereitstellen sollen. Ein OLI für Operational Land Imager genannter Bildgeber kann Licht im sichtbaren Bereich sowie im nahen und fernen Infraroten verarbeiten. Die als TIRS für Thermal Infrared Sensor bezeichnete Messeinrichtung ist dazu gedacht, Informationen über die Temperatur der Erdoberfläche zu sammeln. Im Unterschied zu Instrumenten auf älteren Erdbeobachtungssatelliten arbeiten OLI und TIRS nicht mit oszillierenden Spiegeln, die Strahlung zum eigentlichen Detektor senden, sondern mit großen Gruppen aus zahlreichen Detektoren, die in der Fokusebene des jeweiligen Instruments verteilt sind.

OLI und TIRS sollen im Dauereinsatz Daten erfassen. Bei seinem Flug auf einem annähernd kreisförmigen, fast polaren Orbit in rund 705 Kilometern über der Erde wird LDCM also einen konstanten Datenstrom aufzuzeichnen haben. Um einmal die komplette Erdoberfläche abzutasten, werden bei einer Abtastbreite von rund 185 Kilometern 16 Tage benötigt.

Damit beim Transport von LDCM auf die gewünschte Umlaufbahn während kritischer Flugphasen keine Landmassen überquert werden müssen, wählte man die Luftwaffenbasis Vandenberg für den Start. Seit Terra, einem am 18. Dezember 1999 gestarteten Erdbeobachtungssatelliten der NASA, wurde kein NASA-Satellit mehr von Vandenbergs Startrampe SLC 3 in den Weltraum gebracht. Jetzt steht die Atlas-V-Rakete mit einer Centaur-Oberstufe und LDCM an ihrer Spitze dort bereit.

Atlas V und Centaur wurden im Oktober 2012 aufgerichtet. LDCM erreichte Vandenberg im Dezember 2012 und wurde nach der erfolgreichen Beendigung abschließender Vorstarttests am 25. Januar 2013 mitsamt der vier Meter durch-messenden Nutzlastverkleidung auf die Rakete mit der Seriennummer AV035 gesetzt.

Das Startfenster am 11. Februar 2013 öffnet sich um 1:02 Uhr MEZ und ist etwa eine dreiviertel Stunde lang. Funktioniert die Trägerrakete wie vorgesehen, wird LDCM rund 78 Minuten nach dem Abheben auf einem Orbit mit einem Perigäum, dem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt, von 660 km, und einem Apogäum, dem erdfernsten Bahnpunkt, von 677 km, ausgesetzt. Die zu erreichende Bahnneigung gegen den Erdäquator beträgt 98,2 Grad.

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• Landsat Data Continuity Mission auf Atlas V AV035

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