Quelle: GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel 16. August 2023.

16. August 2023/Kiel. Satelliten-Fernerkundung kann helfen, die Nährstoff-Limitierung im Ozean zu beobachten und zu verstehen, wie sie die Produktivität des Phytoplanktons beeinflusst. Diese winzigen marinen Pflanzen bilden die Basis des Lebens im Meer und sind der Schlüssel zu wichtigen Funktionen des Ozeans wie der Klimaregulierung. In einem heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel beschreibt ein internationales Team von Expert:innen unter der Leitung von Dr. Thomas Browning vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel diesen neuartigen Ansatz. Er trägt auch dazu bei, biogeochemische Modelle zu verbessern und zukünftige Auswirkungen des Klimawandels besser vorherzusagen.

Winzige marine Pflanzen – das Phytoplankton – bilden die Grundlage des Lebens im Ozean. Sie tragen zur Kontrolle der Konzentrationen von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre und damit zur Regulierung unseres Klimas bei. Um zu gedeihen, sind sie auf Sonnenlicht und Nährstoffe angewiesen. Hierzu zählen auch Elemente wie Eisen oder Stickstoff, die durch Strömungen und Auftrieb an die Meeresoberfläche gelangen können.

Um Nährstoffgrenzen für die Existenz des Phytoplanktons im Ozean zu verstehen, nutzen Wissenschaftler:innen üblicherweise Experimente auf Schiffsexpeditionen. Diese erfassen jedoch stets nur einen winzigen Teil des Ozeans zu einem bestimmten Zeitpunkt. Daher testete ein internationales Team von Forschenden, ob ein von Satelliten im Weltraum aufgenommenes Signal zur Beobachtung der Nährstoffbegrenzung genutzt werden kann – und so innerhalb weniger Tage der gesamte Ozean abgedeckt wird. Zu diesem Zweck untersuchten sie, ob die von Satelliten aufgezeichnete Fluoreszenz von Phytoplankton im äquatorialen Pazifik Informationen über die Nährstoffbegrenzung des Phytoplanktons liefert. Die Beobachtungen wurden auf der Expedition SO267/2 mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE im Jahr 2019 durchgeführt. In dieser Ozeanregion variieren die Nährstoffverfügbarkeit und die Produktivität des Phytoplanktons aufgrund der Klimaschwankung des El Niño Southern Oscillation-Phänomens (ENSO) auf natürliche Weise. Die Ergebnisse werden heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

„Obwohl Satelliten seit zwei Jahrzehnten Fluoreszenz messen, wissen wir noch nicht, wie wir diese richtig interpretieren können“, sagt Dr. Thomas Browning. Der Meeresbiologe und Chemiker am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel ist koordinierender Autor der Nature-Publikation und Gruppenleiter von „Ocean Glow“. Das vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) geförderte Projekt zielt darauf ab, neue Ansätze zu entwickeln, um anhand von Satellitenbeobachtungen zu ermitteln, welche Nährstoffe das Phytoplanktonwachstum begrenzen.

Während der SONNE-Expedition 2019 nutzten die Forschenden Experimente und Analysen von Phytoplankton-Proteinen, um nachzuvollziehen, welche Nährstoffe das Phytoplanktonwachstum limitieren. Außerdem werteten sie Schwankungen in der Fluoreszenz des Phytoplanktons aus – vom Phytoplankton ausgestrahltes rotes Licht, das durch die Nährstoffe reguliert wird, welche das Wachstum begrenzen. Insbesondere produziert das Phytoplankton bei Eisenlimitierung Pigment-Protein-Komplexe, die stark fluoreszieren, während dies bei Stickstofflimitierung nicht der Fall ist. Darüber hinaus nahmen die Forschenden optische Messungen wie die der MODIS-Satelliten der NASA vor – jedoch mit Instrumenten, die an der Vorderseite des Schiffs angebracht waren und auf die Meeresoberfläche blickten. Diese Felddaten verglichen sie dann mit Satellitendaten, um historische Trends der Nährstoffbegrenzung im äquatorialen Pazifik seit Beginn der Satellitenbeobachtungen vor zwei Jahrzehnten zu bewerten.

„Wir fanden heraus, dass die Existenz des Phytoplanktons entweder durch Eisen oder durch Stickstoff limitiert ist, was zu sehr unterschiedlichen Eigenschaften in der Fluoreszenz des Phytoplanktons führt, die von Satelliten erfasst werden. Wir fanden auch heraus, dass die Intensität der Eisenbegrenzung die Fluoreszenzsignale beeinflusst: Eine stärkere Eisenbegrenzung führte zu mehr Fluoreszenz“, fasst Dr. Browning zusammen. Die Fluoreszenz-Beobachtungen der Satelliten variierten in einer Weise, die dem Eisenangebot entsprach, das im Laufe der ENSO-Zyklen aus tieferen Gewässern aufstieg.

Ein Vergleich dieser Beobachtungen mit Vorhersagen eines globalen biogeochemischen Modells ergab einen auffälligen Unterschied: Zwar waren die Veränderungen in der Eisenbegrenzung über mehrere Zyklen hinweg mit der ENSO-Dynamik kohärent. Doch das Modell überschätzte die Auswirkungen der Eisenbeschränkung im Phytoplankton im Gegensatz zu den Feldbeobachtungen um das Doppelte. Folglich können synoptische Beobachtungen der Nährstoffbegrenzung durch Satelliten der Schlüssel zur Validierung und Verbesserung solcher Modelle sein – und Vorhersagen künftiger Auswirkungen des Klimawandels auf die Ökosysteme im Ozean verbessern.

„Diese ersten Ergebnisse zeigen, wie Satellitenbeobachtungen uns helfen können, die Auswirkungen der Nährstoffbegrenzung auf das Phytoplankton und seine wichtige Rolle im globalen Ozean und in unserem Klimasystem zu bewerten“, betont Dr. Browning. „Unsere Studie konzentrierte sich jedoch auf den äquatorialen Pazifik. Im Rahmen des neuen ERC-Projekts ‚Ocean Glow‘ wollen wir dies für alle Regionen des Ozeans in viel robusterer Weise validieren.“

Hintergrund: „Ocean Glow“
Das kürzlich gestartete Projekt „Ocean Glow“ zielt darauf ab, das Potenzial für die globale Beobachtung der Nährstoff-Begrenzung im Ozean mit Hilfe von satellitengestützten Phytoplankton-Fluoreszenzsignalen zu untersuchen. Es wird von Dr. Thomas Browning, Meeresbiologe und Chemiker am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Deutschland), geleitet und durch einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) in Höhe von 1,5 Millionen Euro unterstützt.

Projekt-Förderung:
Die Forschung wurde größtenteils durch die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekte „Eq-Pac co-limitation“ und „OceanLight“ ermöglicht.

Original-Publikation:
Browning, T.J., Saito, M.A., Garaba, S.P, Wang, X., Achterberg, E.P., Moore, M., Engel, A., Mcllvin, M.R., Moran, D., Voss, D., Zielinski, O., Tagliabue, A. (2023): Persistent equatorial Pacific iron limitation under ENSO forcing. Nature, doi: doi.org/10.1038/s41586-023-06439-0,
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06439-0,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06439-0.pdf.

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Quelle: Eurac Research 22. September 2022.

22. September 2022 – Während ein besonders trockener Sommer zu Ende geht, hofft man nun auf eine Wintersaison mit vielen Niederschlägen, die jedoch nicht extrem sein oder Schäden anrichten mögen. Kürzlich hat Eurac Research jedoch eine Studie in der Zeitschrift Scientific Report aus der renommierten Nature-Reihe veröffentlicht, die eine ernüchternde Bilanz über die vergangenen Jahrzehnte zieht: Zwischen 1982 und 2020 hat sich der Zeitraum, in dem in den Berggebieten der Welt Schnee liegt, im Durchschnitt um etwa 15 Tage im Jahr verkürzt. Zwischen zehn und zwanzig Tage sind es in den Alpen, die damit im Durchschnitt liegen. Die Studie untermauert die Ergebnisse früherer Untersuchungen, sie lief über einen längeren Beobachtungszeitraum und trug dazu bei, ein Modell der NASA zu präzisieren.

Vor zwei Jahren zeigte eine erste Studie zur globalen Schneedecke (https://www.eurac.edu/de/magazine/weniger-schnee-in-78-prozent-der-berggebiete-weltweit) auf, dass in 78 Prozent der beobachteten Berggebiete im Laufe der vergangenen 20 Jahre weniger Schnee fällt. Um ihre Beobachtungen zu untermauern, hat dieselbe Autorin nun den Beginn der Datenerhebung auf das Jahr 1982 ausgedehnt und damit einen Zeitraum von 38 Jahren bis zum Jahr 2020 abgedeckt. „Leider können wir diese Trends nicht widerlegen, sondern nur bestätigen“, erklärt Claudia Notarnicola, Physikerin, stellvertretende Leiterin des Instituts für Erdbeobachtung von Eurac Research und alleinige Autorin der Studie. „Mit wenigen Ausnahmen zeigen die Daten, dass die Ausdehnung und Dauer der Schneedecke deutlich abnehmen.“ Es sind im Durchschnitt 15 Tage weniger, an denen Schnee auf dem Boden liegt, mit Spitzenwerten von 20 oder sogar 30 Tagen weniger in den westlichen Provinzen Kanadas (Abbildung oben in Dunkelorange).

Die gesamte Schneedecke ist um vier Prozent zurückgegangen. Multipliziert mit der Ausdehnung der betroffenen Gebiete (Abbildung rechts in Gelb) ergibt dies alarmierende Zahlen.

Die wenigen gegenläufigen Daten können das Bild nicht ändern. So führte beispielsweise der Ausbruch des mexikanischen Vulkans El Chichon Anfang der 1980er Jahre zu einer leichten Abkühlung, was den Rückgang des Schnees ein wenig aufhalten konnte, doch war dies ein zeitlich begrenztes Phänomen. „Im Allgemeinen ist in diesen 38 Jahren auch eine Zunahme der Schneedecke und der Schneetage zu verzeichnen (in Hellblau/Blau in rechter Abbildung ). Sie betreffen zum Beispiel Teile Zentralasiens und einige Täler in den Vereinigten Staaten“, so Notarnicola weiter. „Es gibt keine eindeutigen Erklärungen für diese Phänomene, aber es könnte sich um andere Auswirkungen des Klimawandels handeln, z. B. Schwankungen der Strömungen und Winde oder spezifische mikroklimatische Bedingungen. In jedem Fall handelt es sich um Ausnahmen in einem sehr negativen globalen Gesamttrend.“

Die Studie basiert auf einem hybriden Ansatz: Sie kombiniert MODIS-Satellitendatenreihen, die eine Auflösung von 500 Metern haben, aber erst seit 2000 verfügbar sind, mit mathematischen Modellen.
„Ich habe ein bereits sehr gutes globales Modell der NASA als Grundlage gewählt und es weiter verfeinert. Für den Zeitraum, in dem die Modelldaten und die genaueren Satellitenbilder dazu vorhanden waren, konnte ich das Modell dank der so genannten künstlichen neuronalen Netze – also eines Berechnungssystems im Bereich der künstlichen Intelligenz – besser kalibrieren“, erklärt Notarnicola.

Originalpublikation
„Overall negative trends for snow cover extent and duration in global mountain regions over 1982–2020“, doi.org/10.1038/s41598-022-16743-w
https://www.nature.com/articles/s41598-022-16743-w

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• Klimawandel

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Quelle: Naturwald Akademie Matthias Fischer 18. August 2022

18. August 2022 – Seit heute kann jede Bürgerin und jeder Bürger verfolgen, ob und wo es in Deutschlands Wäldern brennt. Der Waldmonitor Deutschland [Waldmonitor] zeigt jetzt frei verfügbar neben den Informationen zum Waldzustand und der Verteilung der Hauptbaumarten auch, wo Satelliten Feuer im Wald erkennen.

Die Daten zeigen die Nah-Echtzeit Erkennungen aktiver Feuer durch die Satelliten-Instrumente MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) und VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) der letzten sieben Tage. Es werden nur die Feuerdetektionen dargestellt, die in Wäldern oder in direkter Nähe zu Wäldern auftreten, bzw. aufgetreten sind. Die Daten stammen vom NASA Fire Information for Resource Management System (FIRMS) und werden täglich mehrfach aktualisiert. Sie werden für den Waldmonitor Deutschland aufbereitet und gefiltert dargestellt, um nur die für Wälder relevanten Feuer darzustellen.

Schneller Überblick über den Zustand der Wälder in Deutschland
Der frei verfügbare Waldmonitor Deutschland ist eine Initiative der Naturwald Akademie und der Remote Sensing Solutions GmbH. Hier können sich Bürger*innen, aber auch Vertreter*innen von Kommunen, Ministerien und Medien schnell einen Überblick über den Zustand der Wälder machen.

Jonas Franke von Remote Sensing Solutions erklärt, warum die Daten öffentlich zugänglich sind: „Der Waldmonitor Deutschland zeigt, welche vielfältigen Wald-Informationen der kostenfreie Blick aus dem All liefern kann. Mit den Satellitendaten können wir schnell relativ verlässliche Daten über den Zustand unserer Wälder erhalten – und das im Falle von Waldbränden mehrmals täglich. Ein Gewinn für alle Bürger*innen und Wald-Freunde.“
„Der Schutz und damit auch die Zukunft unserer Wälder hängt immer mehr davon ab, dass wir schnell und flächendeckend Informationen zum Zustand der Wälder bekommen. Im Klimawandel müssen Entscheidungen von Forstexperten, Brandbekämpfern und Regierungsbehörden schnell getroffen werden. Die täglichen Informationen zu den Waldbränden zusammen mit den Daten über die Baumartenverteilung und dem allgemeinen Zustand der Wälder können dabei eine große Hilfe sein“, erläutert Torsten Welle von der Naturwald Akademie.

Deutschland hat in diesem Jahr laut dem Europäischen Waldbrand-Informationssystem (EFFIS) bis zum 13. August bereits 4.239 Hektar durch Waldbrände verloren. Das sind schon 10 % mehr als im gesamten „Waldbrand-Rekordjahr“ 2018. Europaweit haben in diesem Jahr bisher rund 660.000 Hektar mit Bäumen gebrannt.

Weitere Informationen:

Waldmonitor Deutschland

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Der Beitrag Mit einem Klick erfahren, wo es im Wald brennt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Space.com .

Aqua ist der neuste Satellit des Erderforschungs-Programms der NASA. Er überträgt nun erfolgreich Daten und Bilder, die von fünf seiner insgesamt sechs Bordsysteme gesammelt und gemacht wurden. Aqua startete am 4. Mai 2002 von der Vandenberg Air Force-Basis auf seine Mission, das System von Atmosphäre, Ozeanen und Wasser der Erde zu erforschen.

Ab Ende Mai traten verstärkt Fehlfunktionen des Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E) an Bord auf. Aber das Instrument, das den Kreislauf des Wassers zwischen Atmosphäre und Boden verfolgen soll, scheint nun wieder ordnungsgemäß zu arbeiten und erstellt wie vorgesehen eine globale Karte der Meeres- und Oberflächentemperaturen.

„Die gemachten Bilder sind sehr gut; sie zeigen uns, dass wir ein gesundes Raumfahrzeug gestartet haben und alle seine Instrumente nominal arbeiten“, sagt Aqua-Projektmanager Phil Sabelhaus am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt. „Alles deutet darauf hin, dass Aqua im September wie geplant betriebsbereit sein wird.“

Obwohl die meisten der Aqua-Instrumente in seiner Testphase am Boden überprüft wurden, warten die Wissenschaftler weiter auf die einleitenden Daten des Instruments MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). MODIS soll einige bestimmte Erscheinungen auf der Erde messen, zum Beispiel Wolkeneigenschaften, Veränderungen an der Oberfläche und in der Landnutzung und Atmosphären-Temperatur und -Feuchtigkeit. Die ersten Daten des MODIS-Instruments sind aber noch in dieser Woche zu erwarten.

Die Aqua-Missionswissenschaftler gehen davon aus, dass die Daten des Satelliten zu einem besseren Verständnis des Erd-Klimasystems führen werden und besonders für die Rolle, die das Wasser darin spielt. Zudem erhofft man sich bessere Wettervorhersagen.

Der Aqua-Satellit ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen Forschern aus den USA, Japan und Brasilien.

Weitere Informationen zur Mission finden Sie hier!

Der Beitrag Aqua überwindet Fehlfunktionen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein.

Einleitung
Die auf sechs Jahre angelegte Mission ist Teil des langfristigen Earth Science Enterprise-Forschungsprogramms der NASA, das mehrere Missionen umfasst.
 
Forschungsziele
Anders als ENVISAT fokussiert die Mission jedoch auf einen Teilbereich dieser miteinander vernetzten Prozesse: Wie der Name unschwer vermuten lässt, soll Aqua (lat. „Wasser“) vor allem Informationen über die Rolle des Wassers auf unserem Planeten sammeln. Die primäre Aufgabe des Satelliten ist die globale Gewinnung von Daten über Niederschläge, Verdunstung und Transport des Wassers in der Atmosphäre. Aqua soll Informationen über Veränderungen der großen ozeanischen Strömungen sammeln und durch seine Beobachtungen das Verständnis für die Auswirkungen der Wolken und sowie von Prozessen des Oberflächenwassers auf das Klima verbessern. Letztendlich werden Wissenschaftler durch diese Daten die Veränderungen des globalen Ökosystems besser verstehen können und auch mehr darüber wissen, wie auf unerwünschte Veränderungen des Weltklimas reagiert werden könnte. Auch ganz konkrete Verbesserungen wie beispielsweise genauere Wettervorhersagen werden durch die Daten des Satelliten erwartet.
 
Der Satellit
Aqua ist ein gemeinsames Projekt von den USA, Japan und Brasilien. Nach dem Start wird der Satellit einen sonnensynchronen polaren Orbit mit einer Höhe von ca. 705 km einnehmen und auf dieser Umlaufbahn den Äquator mit Flugrichtung Norden täglich gegen 13:30 Uhr (Ortszeit) überfliegen. Diese Flugbahn ist so gewählt worden, dass sie sich mit der des 1999 gestarteten NASA-Satelliten Terra ergänzt – die beiden Satelliten können dadurch dieselben Gebiete zu verschiedenen Tageszeiten beobachten und somit Veränderungen verschiedener wissenschaftlicher Parameter im Tagesablauf (wie z.B. Niederschläge) registrieren.
 
Das Raumfahrzeug ist im Orbit etwa 4,8 × 16,7 × 8,0 m groß und hat eine Masse von rund 3,1 t, wovon gut 230 kg Treibstoff für Kurskorrekturen und Lagekontrollmanöver sind. Das große Solarpaneel von Aqua erzeugt rund 4,6 kW elektrischer Energie, mit der unter anderem auch die sechs wissenschaftlichen Beobachtungsinstrumente an Bord betrieben werden.

Die Beobachtungsinstrumente von Aqua
AIRS („Atmospheric Infrared Sounder“) erstellt Temperaturprofile und misst den Gehalt von flüssigem und gasförmigem Wasser in der Atmosphäre. AMSU („Advanced Microwave Sounding Unit“) besteht eigentlich aus zwei Sensoren, deren Daten aber miteinander kombiniert und so behandelt werden, als würden sie einem Instrument entstammen. AMSU kann die Temperatur der unteren Atmosphäre bis hinauf zu einer Höhe von maximal 40 km auf 1° C genau messen, wobei die Messung in Höhenschichten von nur einem Kilometer möglich ist. Diese enorm exakten globalen Temperaturmessungen werden den Erwartungen der beteiligten Wissenschaftler zufolge zur Verbesserung der Wettervorhersage beitragen können. Darüber hinaus kann das Instrument auch noch Informationen über die Wolkendichte liefern. Das Instrument HSB („Humidity Sounder for Brazil“) wird Daten liefern, mit deren Hilfe man die Luftfeuchtigkeit von der Erdoberfläche bis hinaus in eine Höhe von etwa 10 km bestimmen kann. Aus den HSB-Daten können weiterhin Schlüsse über die Regenintensität in einem bestimmten Beobachtungsgebiet gezogen werden.
 
Gemeinsam werden aus den Daten von AIRS, AMSU und HSB vertikale Wasserdampf-Profile erstellt werden. Diese Informationen werden Wissenschaftlern eine genauere Schätzung der Verdunstungsraten über Land- und Wasserflächen ermöglichen.
 
Das doppelt vorhandene Instrument CERES („Clouds and the Earth’s Radiant Energy System“) misst das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht, die von der Erde emittierte thermische Strahlung sowie die Gesamtsumme der Strahlung. Da Wolken natürlich auch einfallendes Sonnenlicht reflektieren, liefern die Daten von CERES auch weitere Informationen über die globale Wolkenverteilung. Zwei dieser Instrumente sind ebenfalls an Bord von Terra, dem bereits 1999 gestarteten „Schwester-Satelliten“ von Aqua. Der MODIS-Scanner („Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer“) wird kontinuierlich Weitwinkelaufnahmen der Erdoberfläche machen, um an Land, in den Ozeanen sowie in der Atmosphäre ablaufende Prozesse verfolgen zu können. Alle ein bis zwei Tage wird die gesamte Erdoberfläche gescannt werden. Dies geschieht sowohl durch Aufnahmen im Bereich des sichtbaren Lichts sowie der Wärmestrahlung. Auch von diesem Instrument befindet sich ein Exemplar an Bord von Terra.
 
Das sechste Instrument AMSR-E („Advanced Microwave Scanning Radiometer – EOS“) schließlich wird verschiedene Prozesse des atmosphärischen Wassers beobachten. Dieses Instrument kann Regenfälle registrieren sowie Daten über Luftfeuchtigkeit, See-Eis, Bodenfeuchtigkeit, Schneebedeckung von Landflächen sowie über Wassermengen in Wolken sammeln.
 
Ausblick
Man darf ohne Zweifel auf die Ergebnisse gespannt sein, die von den an der Auswertung der Aqua-Beobachtungsdaten beteiligten Wissenschaftlern in den kommenden Jahren zu erwarten sind. Gerade die Tatsache, das Aqua mit einem teilweise identisch ausgestatteten „Schwester-Satelliten“ kombiniert betrieben werden kann, eröffnet Möglichkeiten, die ein Satellit alleine nicht bieten kann. Wenn dann auch noch die internationale Zusammenarbeit das Konkurrenzdenken zwischen Europa und den USA überwinden kann und eine sinnvolle Zusammenführung der Daten der europäischen und amerikanischen Erdbeobachtungssatelliten möglich wird, dann werden wir sicher noch viel von Aqua lesen.

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