Quelle: Universität Bayreuth 23. August 2024.

23. August 2024 – Die Bergwälder in Afrika stehen durch die zunehmende Entwaldung durch den Menschen deutlich unter Stress. „Am Kilimandscharo in Tansania wurden seit 1880 bereits über 50 Prozent der Waldfläche vernichtet“, erläutert Dr. Andreas Hemp von der Universität Bayreuth, Ko-Autor der Studie, der seit 35 Jahren am Kilimandscharo lebt und forscht. Mit Kollegen und Kolleginnen hat er jetzt herausgefunden: Der Klimawandel setzt dem noch eins drauf.

Unter Leitung von Marburger Geograph*innen wurde herausgefunden, dass die durchschnittliche Lufttemperatur in Gebieten, die stark gerodet wurden, steigt und die umgebenden Wolken mehr als 230 Meter höher liegen. In Bergregionen wie am Kilimandscharo können die Wälder dadurch deutlich weniger Wasser aus den Wolken „auskämmen“. „Das hat weitreichende Konsequenzen für den Wasserhaushalt und die Biodiversität in Afrika“, erläutert Dr. Dirk Zeuss vom Fachbereich Geographie der Philipps-Universität Marburg die Ergebnisse einer Studie mit internationaler Forschungsbeteiligung.

Die tropischen Bergwälder sind einzigartig in ihrer Biodiversität und ihren sogenannten Ökosystemdienstleistungen. Zu letzteren gehört beispielsweise die Produktion von Frischwasser für die Natur und auch den Menschen. Anhand von Satellitendaten hat das Marburger Forschungsteam berechnet, dass in den Jahren 2003 bis 2022 etwa 18 Prozent der Bergwälder Afrikas verloren gingen. Gründe dafür sind unter anderem die kleinbäuerliche Landwirtschaft und der Holzeinschlag. Infolge des Waldverlusts ändern sich auch weitere Umweltbedingungen, fanden die Forschenden durch das Zusammenführen verschiedenster Umweltdatensätze heraus. So stieg die Lufttemperatur um etwa 1,4 Grad Celsius und die untere Wolkenkante rückte 236 Meter nach oben. „Diese Verschiebung in Temperatur und Wolkenbildung kommt dabei eindeutig nicht durch den ohnehin schon vorhandenen Klimawandel, sondern durch den Verlust der Bergwälder“, interpretiert Dr. Dirk Zeuss die Ergebnisse. Zu diesen trug der Bayreuther Forscher Andreas Hemp maßgeblich bei: Er ist Projektleiter in der DFG-Forschungsgruppe „The role of nature for human well-being in the Kilimanjaro Social-Ecological System (Kili-SES)“ an der Universität Bayreuth. Hemp hat seit 1996 ein meteorologisches Netzwerk am Kilimanjaro aufgebaut, dessen Daten maßgeblich für die hier vorliegenden Forschungsergebnisse waren. Er war mit logistischer und wissenschaftlicher Unterstützung an den Messungen für die aktuelle Studie beteiligt.

„Das bedeutet, dass von Menschen gemachte Eingriffe wie das Abholzen den Klimawandel verschärfen“, erläutert der Marburger Forscher Dr. Temesgen Abera. „Wir müssen also sehr viel stärker die Bergwälder in den Blick nehmen und vor Abholzung schützen, da sie Biodiversität, Frischwasserproduktion und viele andere Ökosystemleistungen in den Tropen bedroht.“ Abera ist derzeit Forschungsstipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung an der Uni Marburg.

Zur Publikation trugen Forschungsgruppen unter Marburger Leitung von der Universität in Helsinki, Finnland, dem finnischen Meteorologischen Institut in Helsinki, der Universität Bayreuth, der Universität in Addis Abeba, Äthiopien, der Wuhan-Universität, China, und der North-West-Universität in Südafrika bei.

Originalpublikation:
Abera, T.A., Heiskanen, J., Maeda, E.E. et al. Deforestation amplifies climate change effects on warming and cloud level rise in African montane forests. Nat Commun 15, 6992 (2024). doi.org/10.1038/s41467-024-51324-7
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: DLR 22. November 2023.

22. November 2023 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) setzt einen weiteren Meilenstein in der 3D-Vermessung der Erde: Die „TanDEM-X 30 m DEM Change Maps“ geben einen globalen Überblick über die Veränderungen der Erdoberfläche. Ob Gletscherschwund, landwirtschaftliche Entwicklungen, Vulkanaktivitäten oder Städteplanung – die Änderungskarten sind für zahlreiche Forschungsbereiche, Fragen des Klimawandels sowie für gesellschaftspolitische Themen relevant. Der neue Datensatz der Satellitenmission TanDEM-X ist ab sofort frei verfügbar – 30 Meter Pixelgröße und eine Höhengenauigkeit von einem Meter liefern die hochpräzisen Daten weltweit.

Die nun veröffentlichten DEM Change Maps (DCMs) folgen auf das 2016 fertiggestellte globale TanDEM-X-Höhenmodell, dass schon bisher als weltweit anerkannte Referenz in wissenschaftlichen und kommerziellen Anwendungen genutzt wird. Das Höhenmodell von 2016 steht nun mit der neuen Veröffentlichung selbst in einer editierten Version zur Verfügung. Mit diesem „Upgrade“ dient es als Referenz, um Höhenänderungen für die neuen Änderungskarten im Rahmen der DEM Change Maps zu berechnen. Das erste globale Höhenmodell entstand durch eine gewichtete Mittelung mehrerer Aufnahmen im Zeitraum von 2011 bis 2015, weshalb eine zeitliche Zuordnung zunächst nur grob möglich ist. Im Gegensatz dazu ist in den DCMs jeder einzelne Höhenmesswert mit dem Aufnahmedatum versehen, sodass genaue Analysen der Veränderungen über der Zeit möglich werden. Zusätzlich ergänzte das Missionsteam die Höhendaten mit einer globalen Waldkarte und einer genauen Wassermaske, um die Analyse der DEM Change Maps zu unterstützen.

„Die Erdoberfläche unterliegt in vielen Bereichen dynamischen Veränderungen. Im Vergleich der neuen Datensätze zeigt sich in erstaunlich detaillierten Facetten, wie sich die Topographie unseres Planeten innerhalb eines Zeitraums von sechs bis acht Jahren gewandelt hat“, erklärt Dr. Marie Lachaise vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung.

Landschaftsveränderung durch Kohletagebau
Konkret zeichnen sich beispielsweise über Deutschland die veränderten Landschaften der Kohleabbau-Gebiete ab. Mithilfe der DEM Change Maps lässt sich die Menge an geförderter Braunkohle und das Abraumvolumen weiter ableiten. Am Beispiel des Tagewerks Garzweiler in Nordrhein-Westfalen berechneten die Forschenden, dass zwischen 2011/2013 und 2018 ein Gesamtvolumen von rund 490 Millionen Kubikmeter Erdmaterial ausgebaggert wurde. Die Größenordnung stimmt mit den Angaben des Energieversorgungskonzerns überein, der die Kohleförderung mit 30 Millionen Tonnen und einer Abraumleistung von 100 bis 120 Millionen Kubikmeter pro Jahr beziffert.

Wald im Wandel
Eine natürliche Ressource, die uns hilft, der globalen Erwärmung entgegenzuwirken, ist der Wald. Drastische Abholzungen, speziell in den tropischen Regenwäldern, stehen daher unter besonderer Beobachtung. Über bewaldete Flächen dringen X-Band-Radarwellen nur wenig ein, deshalb bewegen sich die TanDEM-X-Höhen im Kronendach. Man spricht von einem Oberflächenmodell. In der 3D-Änderungskarte werden die Rodungsmuster über die Höhenabnahme entsprechend deutlich sichtbar.

Auswirkungen des Klimawandels
Veränderungen an Gletschern und Eisfeldern sind hochempfindliche Indikatoren für den Klimawandel. Die TanDEM-X DCMs lassen erkennen, wie dramatisch sich unsere Polarregionen und Gletscher innerhalb weniger Jahre verändert haben. Massive Abschmelzungen offenbart unter anderem das südpatagonische Eisfeld in Chile. Insbesondere der Jorge-Mott-Gletscher ist seit den Aufnahmen für das erste Höhenmodell stark geschrumpft. Der Veränderungsanalyse nach hat der Gletscher zwischen 2012/2014 und Juni 2018 ein Gesamtvolumen von rund 10,7 Kubikkilometer verloren. Das bedeutet eine Abschmelzrate von bis zu 2,6 Kubikkilometer pro Jahr.

Eine Höhenzunahme hingegen verzeichnet der Brüggen-Gletscher (auch bekannt als Pío-XI-Gletscher), der aus dem südpatagonischen Eisfeld abfließt. In Summe weist er im gleichen Zeitraum ein Wachstum von rund 7,6 Kubikkilometer auf. Aktuellen Studien zufolge haben lokale geologische und klimatische Bedingungen zu dem ungewöhnlichen Zuwachs während der letzten Jahrzehnte geführt. Die neue 3D-Änderungskarte wird die Forschenden dabei unterstützen, die komplexen Gletscherprozesse nachzuvollziehen.

Die vierte Dimension Zeit
Ursprünglich war die Mission auf fünf Jahre angelegt. Die Zwillingssatelliten liefern nun auch nach mehr als 13 beziehungsweise 16 Betriebsjahren zuverlässig hochqualitative Radardaten und werden weiter genutzt, um 3D-Veränderungen in der Kryosphäre, den globalen Wäldern sowie in Großstädten weiter zu erfassen. Die nun verfügbaren TanDEM-X 30 m DEM Change Maps haben sämtliche topographischen Änderungen im Blick. Ziel ist es, möglichst lange Zeitreihen von DCMs zu erzeugen. Die Zeitachse soll die Änderungskarten künftig immer stärker in die vierte Dimension heben. Waldgebiete könnten dann zum Beispiel quantitativ analysiert und sogar ihr Aufwuchs erfasst werden.

Über die Mission
Die Missionen TerraSAR-X und TanDEM-X wurden im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz realisiert. Es sind die ersten deutschen Satelliten, die im Rahmen einer so genannten Public Private Partnership (PPP) zwischen dem DLR und der Airbus Defence and Space GmbH realisiert wurden. Das DLR ist für den Aufbau und Betrieb des Bodensegmentes zuständig sowie für die wissenschaftliche Nutzung der Daten und deren Verteilung an externe Forschende weltweit verantwortlich. Die Airbus Defence and Space GmbH beteiligte sich an den Kosten für Entwicklung, Bau und Einsatz der Satelliten. Die Programmlinie „Geo-Intelligence“ bei Airbus Defence and Space übernimmt die kommerzielle Vermarktung der Daten. Seit 2016 wird das Projekt im Rahmen einer Fortsetzungsvereinbarung mit Airbus weitergeführt.

An der Mission beteiligt ist das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung und die DLR-Einrichtung Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum, die gemeinsam das „SAR-Center of Excellence“ bilden. Die Institute ergänzen sich durch eine Abdeckung aller relevanten Bereiche von der Sensortechnik und Missionsauslegung über die hochgenaue operationelle Prozessierung bis hin zu den veredelten Nutzerprodukten. Zusammen mit dem Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum des DLR sind sie zudem zuständig für den Aufbau des Bodensegmentes, also die Infrastruktur zum Betrieb der Satelliten und die Verarbeitung der Daten. Die wissenschaftliche Leitung obliegt dem DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme in Oberpfaffenhofen.

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• TanDEM-X auf Dnepr

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Quelle: Universität Zürich 14. Juni 2023.

14. Juni 2023 – Etwa ein Viertel der weltweiten Kohlenstoffemissionen werden durch Wälder, Gras- und Weideland gebunden. Pflanzen speichern mit Hilfe der Photosynthese Kohlenstoff in ihren Zellwänden und im Boden. Etwa die Hälfte des Bodenkohlenstoffs befindet sich in den tieferen Bodenschichten, in mehr als 20 Zentimetern Tiefe. Doch auch diese Schichten werden durch den Klimawandel erwärmt.

Verlust von entscheidenden Kohlenstoffspeichern
Die Erwärmung führt zu einem erheblichen Verlust jener organischen Verbindungen, die den Pflanzen helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und in ihren Wurzeln zu speichern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass diese chemisch stabileren Verbindungen dem natürlichen Abbau länger widerstehen und somit Kohlenstoff im Boden speichern. Die Studie unter der Leitung von Forschenden des Geographischen Instituts der UZH zeigt nun, dass Lignin, das den Pflanzen Steifigkeit verleiht, um 17% reduziert war. Cutin und Suberin – wachsartige Verbindungen in Blättern, Stängeln und Wurzeln, die die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen –, waren fast 30% weniger vorhanden. Selbst der pyrogene, organische Kohlenstoff, der nach einem Waldbrand zurückbleibt, war deutlich weniger vorhanden.

Die Experimente wurden in den Wäldern der kalifornischen Sierra Nevada durchgeführt. Der Boden wurde während 4,5 Jahren in einer Tiefe von einem Meter künstlich um 4 Grad Celsius aufgeheizt, einschliesslich der Tages- und Jahreszeitenzyklen. Diese Erwärmung entspricht den Prognosen eines Klimaszenarios bis zum Ende des Jahrhunderts, bei dem die Erwärmung wie bisher unverändert weitergeht.

Folgen für die Nutzung von Böden gegen globale Erwärmung
Diese Erkenntnis hat grosse Bedeutung für eine der Schlüsselstrategien im Kampf gegen die globale Erwärmung, nämlich auf Böden und Wälder als natürliche Kohlenstoffsenken zu setzen. Dazu werden unter anderem Nutzpflanzen mit besonders tiefen Wurzeln und korkreicher Biomasse entwickelt. «Bisher ging man davon aus, dass damit CO₂ im Boden zurückgehalten werden kann», sagt Michael W. Schmidt, UZH-Professor für Geographie und Letztautor der Studie. «Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass alle Bestandteile des Bodenhumus gleichermassen weniger werden, einfache chemische Stoffe genauso wie komplexe Bestandteile. Wenn sich diese ersten Beobachtungen auch in längerfristigen Feldexperimenten bestätigen, hätte das erschreckende Konsequenzen.» Verliert der Waldboden massiv an Bodenhumus und setzt dieser Kohlenstoff als CO₂ frei, beschleunigt das die Erwärmung weiter. «Die Emissionen an der Quelle zu stoppen, muss unser Ziel sein», so Schmidt.

Literatur:
Zosso, C.U., Ofiti, N.O.E., Torn, M.S. et al. Rapid loss of complex polymers and pyrogenic carbon in subsoils under whole-soil warming. Nature Geoscience. 16, 344–348 (2023). Doi: 10.1038/s41561-023-01142-1
https://www.nature.com/articles/s41561-023-01142-1
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01142-1.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Würzburg 8. Mai 2023.

8. Mai 2023 – „Alarmierende Daten: Fünf Prozent der Waldfläche sind weg.“ Diese Nachricht ging im Februar 2022 durch die Medienlandschaft.

Grundlage der Meldung war eine satellitengestützte Auswertung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR): Demnach wurden von Januar 2018 bis April 2021 in Deutschland 501.000 Hektar Baumbestand zerstört – erheblich mehr als bislang gedacht. Als Hauptursache nannte das DLR die jüngsten Hitze- und Dürreperioden, die wiederum den Befall durch Schadinsekten begünstigten.

Fachleute sind sich einig: Der Klimawandel sorgt in vielen Wäldern für einen besorgniserregend schnellen Wandel. Diese ungute Dynamik macht das gesamte Ökosystem Wald labil. Sie ist eine Herausforderung für die Forst- und Holzwirtschaft, aber auch für die Wissenschaft.

Worauf das Projekt abzielt
Was für ein klimawandelgerechtes Waldmanagement und eine nachhaltige Waldbewirtschaftung nötig wäre: eine satellitengestützte Beobachtung der Wälder in noch kürzeren Zeitabständen und mit hoher räumlicher Auflösung. Auf dieses Ziel arbeitet das neue Forschungsprojekt ROOT („Real-time earth Observation of fOrest dynamics and biodiversiTy“) an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg hin.

Das interdisziplinäre Projektteam will in den kommenden drei Jahren ein Geoinformationsportal entwickeln, das von Satellitendaten gespeist wird. Es möchte für ganz Bayern aktuelle Informationen zum Waldzustand visuell aufbereiten und per App für die Forstwirtschaft zugänglich machen. Unter anderem soll das Portal Kahlflächen und stehendes Totholz identifizieren, Bestandsverluste aufzeigen und deren Folgen für Biodiversität, Klimaschutz und Forstwirtschaft ableiten.

ROOT will Politik, Behörden und Forstwirtschaft in die Lage versetzen, auf der Grundlage wissenschaftlicher Daten Entscheidungen zu treffen und schnell zu handeln. Mit der neuen App könnte es zum Beispiel möglich werden, auch einen kleinräumigen Borkenkäferbefall automatisch und exakt zu lokalisieren. Die betroffenen Bäume könnten dann so schnell wie möglich aus dem Wald geholt werden.

Wer das Projekt vorantreibt
Sprecher des Projekts ist Professor Samuel Kounev, Leiter des Lehrstuhls für Software Engineering. Mit im Team sind Claudia Künzer, Professorin für Erdbeobachtung und Direktorin am DLR, sowie Jörg Müller, Waldökologe am Biozentrum und stellvertretender Leiter des Nationalparks Bayerischer Wald. Koordiniert wird das Projekt von Dr. Nikolas Herbst, Leiter der Forschungsgruppe „Data Analytics Clouds“ an Kounevs Lehrstuhl.

Offiziell gestartet ist das Projekt am 1. April 2023. Es wird vom Bayerischen Forschungsinstitut für Digitale Transformation (bidt) gefördert, einem Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Das bidt unterstützt das Projekt mit 1,2 Millionen Euro. Das Geld fließt unter anderem in die Finanzierung von Stellen für Promovierende und Postdocs.

Das ROOT-Projektteam der JMU

• Prof. Dr. Samuel Kounev, Leiter des Lehrstuhls für Informatik II (Software Engineering), samuel.kounev(at)uni-wuerzburg.de
• Dr. Nikolas Herbst, Leiter der Forschungsgruppe „Data Analytics Clouds“ am Lehrstuhl für Informatik II (Software Engineering), nikolas.herbst(at)uni-wuerzburg.de
• Prof. Dr. Claudia Künzer, Professur für Fernerkundung der Landoberflächendynamik, claudia.kuenzer(at)uni-wuerzburg.de
• Prof. Dr. Jörg Müller, Professur für Tierökologie mit Schwerpunkt ökologische Freilandforschung in unseren Breiten, joerg.mueller(at)uni-wuerzburg.de

Weblink
Projektdarstellung beim bidt

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• Klimawandel

Der Beitrag ROOT: Wälder verstärkt überwachen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei 9. März 2023.

9. März 2023 – Das Thünen-Institut bietet in seinem Thünen-Atlas (atlas.thuenen.de) ab sofort interaktive Karten zum Wald an, die eine deutschlandweite Übersicht geben zur bestockten Holzbodenfläche – also der Fläche, auf der Bäume wachsen – und zu den dominierenden Baumarten. Die Karten sind nicht nur wichtige Informationsquellen für Behörden, Politik, NGOs und Verbände, sondern können auch für weiterführende Forschung und für Bildungszwecke im Bereich Wald und Umwelt genutzt werden.

Die digitalen Karten haben eine Auflösung von 10 m x 10 m. Die Karte der dominierenden Baumarten basiert auf Sentinel-Satellitendaten. Diese Satelliten gehören zum Copernicus-Programm der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und werden zur globalen Umweltbeobachtung eingesetzt, etwa um Veränderungen der Landnutzung zu erfassen, Gewässer und Küsten zu überwachen und satellitengestützte Klimadaten zu erheben. Für die Klassifizierung der Baumarten und zur umfassenden statistischen Überprüfung der Ergebnisse wurden die bundesweit einheitlichen Stichprobendaten der Bundeswaldinventur 2012 (https://www.bundeswaldinventur.de/) sowie der Kohlenstoffinventur 2017 eingesetzt.

Satellitendaten liefern somit wertvolle Zusatzinformationen für die Erfassung unserer Wälder und deren Entwicklung. Die von Politik und Gesellschaft benötigte Detailtiefe zu den Waldökosystemen geht jedoch weit darüber hinaus. Hauptinformationsquelle zu den Wäldern in Deutschland werden daher auch künftig die terrestrischen Inventuren wie die Bundeswaldinventur, die Kohlenstoffinventur und die Bodenzustandserhebung im Wald sein.

Karte bestockter Holzboden 2018
(https://atlas.thuenen.de/layers/geonode:fnews_holzbodenmaske_2018_32632)
Die Holzbodenkarte 2018 bildet die mit Bäumen bestandene Waldfläche des Jahres 2018 ab. Sie stellt die Grundlage dar für weitere fernerkundungsbasierte Analysen im Wald, zum Beispiel die Baumarten-Kartierung oder die Erstellung von Biomasse-Karten, aber auch zum Erkennen künftiger Veränderungen der Holzbodenfläche. Dazu soll die Karte „bestockter Holzboden“ in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden, sofern es dafür eine Finanzierung gibt.

Wichtige Grundlage für die Kartierung der Waldfläche auf der Basis von Fernerkundungsdaten ist eine einheitliche Definition von Wald. Das Copernicus-Beobachtungsprogramm orientiert sich an der internationalen Walddefinition der FAO. Die am Thünen-Institut für Waldökosysteme erstellte Karte verwendet allerdings die für Deutschland optimierte Walddefinition der Bundeswaldinventur. Die Karte wurde mit den Daten der Kohlenstoffinventur 2017 validiert und erreicht eine Gesamtgenauigkeit von über 95 %.

Karte dominierender Baumarten
(https://atlas.thuenen.de/layers/geonode:Dominant_Species_Class)
Die Karte der dominierenden Baumarten im Wald, die das Thünen-Institut für Waldökosysteme in Kooperation mit der Humboldt-Universität zu Berlin und der Technischen Universität Berlin entwickelt hat, deckt die gesamte Waldfläche Deutschlands für den Referenzzeitraum 2017/2018 ab. Dadurch wird es zum Beispiel möglich, baumartenspezifische Veränderungen des Waldes in den von Waldschäden geprägten Jahren nach 2018 zu analysieren. Ebenso kann die Baumartenkarte eine wichtige Eingangsgröße für eine Resilienz-Analyse des Waldes mit Blick auf das sich verändernde Klima darstellen – also die Frage, wie bestimmte Baumarten oder Baumbestände mit den Klimaänderungen zurechtkommen.

Für die Kartenerstellung wurden die Daten der Bundeswaldinventur mit Sentinel-2- und Sentinel-1-Satellitendaten des Copernicus-Programms kombiniert und mit Verfahren des maschinellen Lernens verarbeitet. Regionale Wuchsbedingungen wurden durch Wetter- und Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes und durch ein deutschlandweites Höhenmodell berücksichtigt.

Als Referenzdaten zur Erstellung der Baumartenkarte dienten die umfangreichen Daten der Bundeswaldinventur. Die statistische Überprüfung zeigte, dass sich die häufigsten Baumarten wie Fichte, Kiefer, Buche und Eichen gut voneinander trennen lassen. Es zeigte sich aber auch, dass noch Forschungs- und Optimierungsbedarf besteht bei sehr jungen Beständen oder bei Mischwäldern mit vielen unterschiedlichen Baumarten auf kleinem Raum. Dennoch ist die jetzt veröffentlichte Karte mit 11 Baumartengruppen ein zentraler Schritt in der Entwicklung von flächendeckenden, waldbezogenen Informationen, die viele Folgeanalysen auf nationaler Ebene ermöglicht.

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• Planet Erde

Der Beitrag Wald vom Weltraum aus kartiert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Göttingen 7. Februar 2023.

7. Februar 2023 – Stürme, heiße und trockene Sommer sowie Schädlingsbefall haben in den hiesigen Wäldern sichtbare Spuren hinterlassen. Dies gilt auch für Fichtenbestände in Mittelgebirgen Thüringens. Wie können diese großflächig gestörten Flächen nachhaltig wiederbewaldet werden? Ein Forschungsteam am Geographischen Institut der Universität Göttingen ist mit dem Teilprojekt „Fernerkundung“ an dem Verbundvorhaben „ResEt-Fi – Wegbereiter Wiederbewaldung: Regionales Flächenmanagement“ beteiligt. Dieser Verbund will Werkzeuge und Konzepte entwickeln, um die Planung und Umsetzung der Wiederbewaldung zu unterstützen.

In dem Göttinger Teilprojekt werden in den kommenden drei Jahren Datensätze zur Beschreibung des Mikroklimas und der Vegetationsentwicklung dieser gestörten Flächen aufgenommen, analysiert und auf ihre Verwertbarkeit in der forstwirtschaftlichen Praxis geprüft. Die kontinuierlichen Messungen am Boden werden dazu mit Methoden der Fernerkundung, sowohl satellitengestützt als auch unter Einsatz von Drohnen, verknüpft. „Wir wollen unter anderem prüfen, wie die Ergebnisse von der lokalen auf die regionale Ebene übertragen werden können“, erklärt Dr. Birgitta Putzenlechner von der Abteilung Kartographie, GIS und Fernerkundung, die das Teilprojekt leitet. „Vor allem wollen wir aber prüfen, welche satellitengestützten Fernerkundungsprodukte sich am besten eignen, räumlich-zeitliche Muster von verschiedenen Varianten im Management der Störungsflächen herauszuarbeiten.“

Das Forstliche Forschungs- und Kompetenzzentrum von ThüringenForst leitet das Verbundvorhaben „ResEt-Fi“. Dieses ist Teil der Fördermaßnahme „REGULUS – Regionale Innovationsgruppen für eine klimaschützende Wald- und Holzwirtschaft“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Weitere Informationen zur Fördermaßnahme sind unter https://www.fona.de/de/massnahmen/foerdermassnahmen/waldforschung.php zu finden.

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• Planet Erde

Der Beitrag Mit Satelliten-Daten Maßnahmen gegen Waldschäden planen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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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• Planet Erde

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

Quelle: Wetter- & Klima-Werkstatt Offenbach 14. Juli 2022.

14. Juli 2022 – Wie können wir das Voranschreiten des Klimawandels aufhalten? Und wie lässt sich mit den bereits vorhandenen Veränderungen umgehen? Mit diesen Fragen beschäftigen wir uns noch im Juli in der Wetter- und Klimawerkstatt:

Bis 30. Juli kann die Ausstellung „Klima im Wandel – Schutz und Anpassung“ von Dienstag bis Samstag kostenlos besucht werden.

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel in Hessen? Wie können wir das Leben in Offenbach klimagerechter gestalten? Antworten dazu am 21. Juli: „Globaler Klimawandel – Veränderungen des lokalen Stadtklimas und Anpassungen“.

Eine Klimasprechstunde für Bürger*innen findet am 26. Juli in der Wetterwerkstatt statt.

Was bedeutet der Klimawandel für unsere Wälder? Das finden wir am 28. Juli zusammen mit Thomas Leppelt vom Deutschen Wetterdienst heraus.

Am 10. August eröffnen wir unsere neue Ausstellung „In der Mitte des Wetters. Über Klima, Kunst und Wetter“.

Wegen Ausstellungsumbau ist die Wetter- und Klimawerkstatt vom 1. bis 9. August geschlossen.

Die Wetterwerkstatt bietet zahlreiche Workshops für Kindergartengruppen und Schulklassen an. Jetzt mehr erfahren unter https://wetterwerkstatt.de/workshopformate/ .

Klima im Wandel — Schutz und Anpassung
Ausstellung bis 30. Juli | Di – Sa | Eintritt frei
Der Klimawandel schreibt Titelseiten, bewegt Demos, entzweit Gesellschaften und ist ein Thema für die Justiz. Auch in Hessen sind Veränderungen in zahlreichen Lebensbereichen mess- und spürbar.

Die aktuelle Ausstellung in der Wetter- und Klima-Werkstatt veranschaulicht, wie wir mit Klimaschutzmaßnahmen das Voranschreiten des Klimawandels aufhalten und durch sogenannte Klimaanpassung mit den bereits existierenden klimatischen Veränderungen umgehen können.

Dabei geht es um Maßnahmen, die bereits konkret in Offenbach entwickelt oder umgesetzt werden und die als exemplarisch für andere Städte gelten können. Es werden zahlreiche Initiativen vorgestellt, die sich dem Kampf gegen den Klimawandel verschrieben haben und die jederzeit offen sind für neue Mitglieder.

Globaler Klimawandel — Veränderungen des lokalen Stadtklimas und Anpassungen
Vortrag 21. Juli 2022 | 19 Uhr | Eintritt frei

Der Klimawandel zeigt sich auf der ganzen Welt, auch in Offenbach. Neben der Bekämpfung des Klimawandels ist es wichtig zu wissen, wie Menschen und Städte sich an die Veränderung des Klimas anpassen können.

David Stoitner zeigt in seinem Vortrag, was der Klimawandel für die Stadt Offenbach bedeutet, wie das hiesige Stadtklima aussehen wird und welche damit verbundenen Veränderungen schon jetzt sichtbar sind. Er stellt Planungs- und Informationswerkzeuge vor, die helfen sollen, sich anzupassen.

David Stoitner arbeitet als Fachreferent für Klimaschutz und Klimaanpassung beim Amt für Umwelt, Energie und Klimaschutz der Stadt Offenbach am Main an der Umsetzung des Klimakonzepts 2035. Er hat in Frankfurt am Main und Heidelberg Humangeographie studiert.

Hier gehts zum Stadtklima-Event:
https://wetterwerkstatt.de/globaler-klimawandel/

Gesprächsrunde für Bürger*innen mit Sabine Groß, Bürgermeisterin Offenbach
Klimasprechstunde 26. Juli 2022 | 18 – 19 Uhr | Eintritt frei

Der Klimawandel hat auch auf Offenbach unmittelbare Auswirkungen. Doch welche sind das? Und was können wir dagegen tun? Wie können wir das Leben in der Stadt klimagerechter gestalten? Und was tut die Stadtverwaltung dafür? Sabine Groß wird als zuständige Dezernentin dazu eine Klimasprechstunde in der Wetter- und Klimawerkstatt für Bürger*innen anbieten.

Sabine Groß, seit Juli 2021 Bürgermeisterin der Stadt Offenbach, ist für Jugendamt, den EKO sowie das Wohnungs- Versicherungs- und Standesamt zuständig. Weitere Verantwortungsbereiche von ihr sind Gesundheit, Umwelt, Veterinärwesen, Verbraucherschutz und Revision.

Mehr Infos gibts hier:
https://wetterwerkstatt.de/klimasprechstunde/

Klimaschützer Wald – Was bedeutet der Klimawandel für unsere Wälder?
Vortrag 28. Juli 2022 | 19 Uhr | Eintritt frei

Unsere Wälder sind wichtige Klimaschützer! Mit ihren Nadeln und Blättern filtern sie das klimaschädliche Kohlendioxid aus der Luft und spalten es in Sauerstoff und Kohlenstoff. Den Sauerstoff geben sie wieder an die Luft ab. Aber was bedeutet der Klimawandel für die Wälder? Wie wirken sich Dürreperioden und Starkregenereignisse auf die Bäume aus?

Mit diesen Fragen beschäftigt sich Thomas Leppelt vom Deutschen Wetterdienst. Der Agrarmeteorologe gibt einen Überblick darüber, welche Auswirkungen der Klimawandel auf die Waldökosysteme hat und zeigt Wege auf, wie wir die Wälder und Forstbetriebe an die veränderten Klimabedingungen anpassen können.

Eintritt frei

Mehr Infos darüber, was der Wald alles kann:
https://wetterwerkstatt.de/klimaschuetzer-wald/

In der Mitte des Wetters. Über Klima, Kunst und Wetter
Ausstellung 10. August – 29. Oktober 2022 | Di – Sa | Eintritt frei

Wetter, Klima und zeitgenössische Kunst: In diesem so außergewöhnlichen wie aktuellen Spannungsfeld steht ein hochkarätiges Kunstprojekt der Wetter- und Klimawerkstatt, das am 10. August eröffnet:
Die neue Sonderausstellung „In der Mitte des Wetters. Über Klima, Kunst und Wetter“ präsentiert neun künstlerische Positionen, die mit ganz unterschiedlichen Ansätzen unsere Lebensweise und die Frage nach einer klimagerechten Gesellschaft durchleuchten: Julius Bokelt, Swaantje Güntzel, Wolf von Kries, Elke Marhöfer, Marie-Luce Nadal, PARA, PRĦPOSITION, Sophie Utikal und Raul Walch. Ausstellungsorte sind die Wetter- und Klimawerkstatt im Offenbacher Stadtzentrum sowie der Rathauspavillon und die Fahnenmasten vor dem Rathaus, beides im Stadthof.

Die Eröffnung der Ausstellung findet am 10. August von 18.30 – 22 Uhr mit Musik von DJ Weller statt. Ab dem 11. August ist die Ausstellung zu den regulären Öffnungszeiten der Wetter- und Klimawerkstatt zu besichtigen.

Am 13. August um 20 Uhr präsentiert die Künstler*innengruppe PARA ihre Performance „HAZE Eine Bezeugung in Rauch“ im Rathauspavillon im Stadthof, in der sie sich mit dem Verbrennungszeitalter befasst und mit dem PARA Emission Evidence Center (EEC) Beweismittel für den kommenden Prozess gegen die Menschheit sichert.

Die Ausstellung wird von der Stiftung Flughafen Frankfurt/Main für die Region und dem Kulturfonds Frankfurt Rhein Main gefördert.

Zum Überblick über das Rahmenprogramm gehts hier entlang:
https://wetterwerkstatt.de/veranstaltungen/

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: Planet Labs (13. Juli 2022) via Business Wire (14. Juli 2022).

Berlin –(BUSINESS WIRE)– Planet Labs Deutschland, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von Planet Labs PBC, ein führender Anbieter tagesaktueller Satellitendaten, und das Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (BKG) haben eine Zusammenarbeit begonnen. Im Rahmen dieser stellt Planet dem BKG tagesaktuelle und hochauflösende Satellitendaten zur Verfügung, die das BKG darin unterstützen, die öffentliche und zivile Sicherheit zu gewährleisten. Mitarbeiter*innen von mehr als 400 Bundeseinrichtungen können direkten Zugang zu diesen Daten erhalten und diese für den Umwelt- und Naturschutz, das Agrar- und Forstmonitoring sowie im Krisenmanagement nutzen. Die Zusammenarbeit begann bereits im November 2021 und wird nun nach einer erfolgreichen Testphase ausgebaut.

Die mehr als 200 Satelliten von Planet nehmen die gesamte Landmasse der Erde täglich in bis zu acht Spektralbändern auf – und damit auch die gesamte Fläche der Bundesrepublik Deutschland. Das BKG nutzt die Fernerkundungsdaten unter anderem, um aktuelle Analysen von Umweltveränderungen durch den Klimawandel zu erstellen.

„Das Ziel von Planet ist es, Veränderungen auf der Erde durch tagesaktuelle Satellitendaten sichtbar zu machen. Dabei liefern wir nicht nur Bilder, sondern können diese auch automatisch auswerten und unseren Partnern damit wertvolle Informationen zur Verfügung stellen. Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit dem BKG und sind überzeugt, dass die Arbeit mit unseren Daten einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung der öffentlichen Behörden in Deutschland leisten kann“, sagt Dr. Marcus Apel, Direktor Geschäftsentwicklung bei Planet Labs.

„Besonders wichtig ist uns, die individuellen Bedarfe und Anforderungen des Bundes mit unserem Service decken zu können. Dabei sind tagesaktuelle Satellitendaten mit hoher Aufnahmefrequenz ein wesentlicher Bestandteil. Zudem möchten wir durch gebündelte Beschaffung und zentrale Bereitstellung die Nachnutzung von solchen Daten und Produkten im Bund fördern“, sagt Thomas Wiatr, Leiter Satellitengestützter Krisen- und Lagedienst (SKD) beim BKG.

Im Zuge dieser Kooperation hat das BKG eine völlig neue Infrastruktur eingerichtet. Das umfasst nicht nur den Zugriff auf die Satellitendaten, sondern auch individuelle und schnelle Beratung für die gesamte Bundesverwaltung, Training für die Mitarbeiter*innen der Behörden sowie die Produktion und Bereitstellung von Karten- und Lageprodukten. All diese Dienstleistungen sind im Satellitengestützten Krisen- und Lagedienst (SKD) des BKG für den Bund vereint.

Das BKG erhält Zugriff auf alle künftig aufgenommenen Satellitendaten sowie auf das gesamte Archiv von Planet, das bis zum Jahr 2009 datiert. Damit lassen sich nicht nur tagesaktuelle Geoinformationen, sondern auch historische Vergleiche erstellen. Mitarbeiter*innen aller Bundesbehörden können über das BKG Zugang zu diesen Daten erhalten und diese entweder online betrachten oder in ihren lokalen IT-Systemen für weiterführende Analysen verwenden.

Über Planet Labs
Planet Labs PBC ist ein führender Anbieter von globalen, täglichen Satellitenbildern und Geodatenlösungen. Planet hat sich zum Ziel gesetzt, täglich jeden Punkt der Erde abzubilden, um auf diese Weise Veränderungen sichtbar, Informationen zugänglich und Wandel möglich zu machen. Planet wurde 2010 von drei NASA-Wissenschaftlern gegründet und entwickelt, baut und betreibt die größte Flotte von Erdbeobachtungssatelliten, die täglich Daten aus über drei Millionen Bildern erfassen und verarbeiten. Planet liefert entscheidende Daten, fortschrittliche Erkenntnisse und Softwarelösungen an über 800 Kunden. Dazu gehören weltweit führende Unternehmen aus den Bereichen Land- und Forstwirtschaft, Nachrichtendienste, Bildung und Finanzen sowie Regierungsbehörden. Das Unternehmen ermöglicht es den Nutzer*innen auf einfache und effektive Weise wichtige Erkenntnisse aus Satellitenbildern zu ziehen. Planet ist eine Public Benefit Corporation, die an der New Yorker Börse als PL gehandelt wird. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie www.planet.com und folgen Sie auf Twitter @Planet.

Über das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
Das BKG ist eine Behörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums des Innern und für Heimat (BMI). Es fungiert als zentraler Dienstleister des Bundes und Kompetenzzentrum für Geoinformation und geodätische Referenzsysteme. Das BKG befasst sich mit der Beobachtung sowie der Datenhaltung bis hin zur Analyse, Kombination und Bereitstellung von Geodaten. Von der Arbeit des BKG profitieren insbesondere Bundeseinrichtungen, die öffentliche Verwaltung, Wirtschaft, Wissenschaft – und fast jeder Bürger und jede Bürgerin in Deutschland. Expert*innen aus den verschiedensten Bereichen wie Verkehr, Katastrophenvorsorge, Innere Sicherheit, Energie und Umwelt verwenden Geodaten, Landkarten, Referenzsysteme und Informationsdienste des BKG für ihre Pläne und Untersuchungen. Das BKG unterhält ein Dienstleistungszentrum in Leipzig sowie geodätische Observatorien im In- und Ausland. Weitere Informationen finden Sie unter www.bkg.bund.de.

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Quelle: DLR 11. Juli 2022.

11. Juli 2022 – Wie reagieren unsere Wälder auf Klimaveränderungen? Und wie verändert sich unsere Umwelt durch den Einfluss von Dürren, aber auch durch extreme Regenfälle? Ab dem 11. Juli 2022 steht Forschenden in Deutschland ein neues Tool zur Verfügung, um solche Fragen zu beantworten: Die Internetplattform „EO-Lab“ bietet leistungsstarke Rechnertechnologie und Software, um die Daten von Erdbeobachtungssatelliten analysieren zu können. „Das Portal dient dabei nicht nur zur Verarbeitung von Informationen, sondern bietet auch eine optimale Umgebung, um neue Algorithmen zu entwickeln“, erläutert Peter Wagner, Projektleiter EO-Lab in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Methoden Künstlicher Intelligenz spielen dabei eine herausragende Rolle, da sie sensitiver und die Ergebnisse präziser sind als bei herkömmlichen Softwarelösungen.“

EO-Lab ist Teil der Strategie „Künstliche Intelligenz“ der Bundesregierung und ermöglicht den Nutzerinnen und Nutzern einen einfachen, kostenfreien Zugang zu Daten von nationalen Satellitenmissionen wie TerraSAR-X und EnMAP, aber auch zu Daten des europäischen Copernicus-Systems sowie von kommerziellen Missionen. Indem sie die Analysemöglichkeiten des Portals nutzen, können Universitäten und Forschungseinrichtungen den großen personellen und finanziellen Aufwand einsparen, den das Einrichten von Datenzugängen sowie das Speichern und Verwalten der stetig steigenden Datenmengen erfordert.

Umfassende Services unterstützen Forschende bei der wissenschaftlichen Arbeit
EO-Lab bietet Forschenden zur Entwicklung von Algorithmen nicht nur die erforderlichen Rechenressourcen, sondern auch wichtige Elemente, die Einstieg, Durchführung und Finalisierung von Forschungsprojekten erleichtern. Um Neueinsteiger auf der Plattform zügig mit KI-Methoden und mit der Nutzung der Plattform vertraut zu machen, werden umfassendes Informationsmaterial, Schulungen und Online-Seminare angeboten. Zur Durchführung der Arbeit stehen die notwendige Software und Arbeitsumgebung bereit.

Ein Online-Forum ermöglicht und fördert außerdem den für die Forschung wichtigen Austausch zwischen Wissenschaft und Entwicklung. Zudem werden die Nutzerinnen und Nutzer dabei unterstützt, ihre Ergebnisse auf der Plattform zu präsentieren. EO-Lab ist vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) sicherheitszertifiziert und wird in einem deutschen Rechenzentrum gehostet. Dies bietet die notwendige Sicherheit dafür, dass Nutzer auch ihre eigenen Daten für die Analysen mit einbinden können.

Datenanalyse ermöglicht Fortschritte in Landschaftsplanung und Umweltschutz
EO-Lab eröffnet damit neue Möglichkeiten für Forschende aus allen Fachrichtungen, ihre Arbeiten zu Umweltforschung und Geoinformation schnell und zielorientiert umzusetzen und neue Methoden zur Datenauswertung zu entwickeln. Die Ergebnisse dieser Analysen sind besonders wichtig für Anwendungen in den Bereichen Stadtentwicklung, Landschaftsplanung, Meteorologie, Land- und Forstwirtschaft sowie Umwelt- und Naturschutz. So helfen die Daten aus dem Weltall, zukünftige Maßnahmen und Projekte effizient zu planen. Ein großer Vorteil der Satellitendaten gegenüber Informationen von erdgebundenen Systemen ist dabei, dass sie kontinuierlich und an jedem Ort der Erdoberfläche aufgezeichnet werden können. Hierdurch stehen der Wissenschaft riesige Datenmengen zur Verfügung, die anschließend mit Hilfe von Algorithmen analysiert werden können.

Synergien mit CODE-DE
EO-Lab ist das wissenschaftliche Gegenstück zum Internetportal CODE-DE, das Erdbeobachtungsdaten des europäischen Copernicus-Programms für die öffentliche Hand zugänglich macht. Beide Internetplattformen ergänzen sich dabei, indem etwa KI-Algorithmen auf EO-Lab entwickelt und nach erfolgreichem Test auf CODE-DE auch zur Nutzung durch öffentliche Einrichtungen implementiert werden. So profitieren Wissenschaft und Gesellschaft gleichermaßen von den Synergien.

Die EO-Lab Plattform wurde von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) in Auftrag gegeben. Für Aufbau und Betrieb der Plattform ist die Firma CloudFerro verantwortlich, die auch der Betreiber der nationalen Copernicus-Plattform CODE-DE für deutsche Behörden ist.

Internetplattform „EO-Lab“
https://eo-lab.org/de/

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Quelle: Naturwald Akademie 27. Mai 2022.

27. Mai 2022 – Die Karte zeigt anhand von Aufnahmen aus dem All wie die häufigsten Baumarten verteilt sind. Bisher wurden vonseiten des Bundes nur Karten veröffentlicht, die aufgrund von statistischen Berechnungen den Flächenanteil der Baumarten zeigten. Die neue Karte ist für die Zukunft des Waldes von großer Bedeutung. Nur mit genauer Kenntnis der Baumartenverteilung können an den Klimawandel angepasste Maßnahmen für den Naturschutz und das Waldmanagement entwickelt werden.

Die neue Karte ist Teil des online Waldmonitors der Naturwald Akademie und der Remote Sensing Solutions GmbH. Hier kann nun jeder sehen, wie die Baumarten Fichte, Buche, Kiefer, Eiche, Douglasie und Lärche in Deutschland verteilt sind.

Mehr Daten für besseren Schutz der Wälder notwendig
Jonas Franke von Remote Sensing Solutions erklärt, wie die Satellitendaten des Europäischen Copernicus Programms helfen, wichtige Informationen über den Wald zu gewinnen: „Durch die Nutzung maschinellen Lernens, wurden die großen Datenmengen der Sentinel-Satelliten mit Stichprobendaten aus Forstinventuren kombiniert. Dieses trainierte Datenmodell ermöglichte anschließend die Berechnung der deutschlandweiten Baumartenkarte mit einer Auflösung von 10m pro Pixel.“ Zugang, Verfügbarkeit, Qualität und der Umfang geeigneter forstlicher Referenzdaten variierten stark zwischen den Bundesländern. Die Bereitschaft bei den Forstverwaltungen und nationalen Behörden diese Daten zu veröffentlichen sei sehr unterschiedlich.

„Der weltweit geforderte Schutz von Naturwäldern und eine Klimawandel-angepasste Behandlung der Wälder hängt auch von einem deutlich verbesserten Zugang zu Waldinformationen ab,“ erläutert Torsten Welle von der Naturwald Akademie. Mit der neuen Methode könnten aufwändige Waldinventuren, die nur alle zehn Jahre durchgeführt werden, durch satellitengestützte jährliche Waldbewertungen sinnvoll ergänzt werden. Diese Daten wären dann Entscheidungsgrundlage für Forstexperten und Regierungsbehörden zur Entwicklung von widerstandsfähigen Wäldern.

Hintergrund
Derzeit sind landesweite Informationen über die Verteilung der Hauptbaumarten räumlich nicht eindeutig. Sie konnten bisher nur auf der Grundlage der Stichprobenpunkte aus der alle zehn Jahre durchgeführten Bundeswaldinventur rechnerisch abgeleitet werden. Damit können die Flächenanteile der einzelnen Baumartengruppen errechnet werden. Nun haben die Naturwald Akademie und die Remote Sensing Solutions eine Methode entwickelt, die den genauen Standort dieser Baumarten anzeigt. „Die Genauigkeit der Baumartenkarte hängt von der Anzahl und Verfügbarkeit von Daten aus Forstinventuren ab. Mittels Daten der Bundeswaldinventur konnten wir für sieben Baumartengruppen sehr gute Ergebnisse erzielen. Bei der Fichte konnten wir Genauigkeiten bis etwa 96% erzielen“, sagt Jonas Franke. Bei weniger häufiger Baumarten wie z.B. die Lärche reduziert sich jedoch die Genauigkeit. „Wir hoffen, dass wir mit dieser Entwicklung die Bestrebungen in Politik und Wissenschaft zum digitalen und öffentlichen Waldmonitoring unterstützen. Diese regelmäßige, datengestützte Beobachtung des Waldes ist u.a. im Koalitionsvertrag der Bundesregierung sowie in der EU-Waldstrategie 2030 anvisiert,“ erklärt Torsten Welle.

Das Referenzjahr der Baumartenkarte ist 2017, da dies eine Analyse der Waldzustandsänderungen im Waldmonitor Deutschland ermöglicht.

Die begleitende wissenschaftliche Arbeit „Welle, T., et al.: Dominant tree species map of German forests, befindet sich zurzeit im Peer review Prozess.

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Quelle: ETH Zürich.

20. April 2022 – Seit letztem Jahr befinden wir uns in der UN-​Dekade für die Wiederherstellung von Ökosystemen (engl. «UN Decade on Ecosystem Restoration»). Die Initiative hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 die Degradation der Ökosysteme aufzuhalten, ihr vorzubeugen und bereits entstandene Schäden, wenn möglich zu beheben. Für solche Vorhaben benötigen die Akteure präzise Grundlagen wie zum Beispiel Vermessungen und Karten des Bestands. Ralph Dubayah, Leiter der «Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI)»-​Mission der NASA erklärt in einem Interview: «Wir wissen schlicht nicht, wie hoch die Bäume weltweit sind. […] Wir brauchen globale Karten davon, denn wenn wir Bäume fällen, setzen wir CO₂ in die Atmosphäre frei, und wir wissen nicht, um wie viel es sich handelt.»

Auf die Analyse und Aufbereitung ebensolcher Umweltdaten spezialisiert ist das EcoVision Lab am ETH-​Departement für Bau, Umwelt und Geomatik, das 2017 von ETH-​Professor Konrad Schindler und UZH-​Professor Jan Dirk Wegner gegründet wurde. Im Lab entwickeln die Forscher Machine-​Learning-Algorithmen, die es ermöglichen, großflächige Umweltdaten automatisch zu analysieren. Einer dieser Forscher ist Nico Lang. In seiner Doktorarbeit hat er einen Ansatz – basierend auf neuronalen Netzwerken – entwickelt, um aus optischen Satellitenbildern die Vegetationshöhe ableiten zu können. Daraus konnte er die erste Vegetationshöhen-​Karte erstellen, welche die gesamte Erde abdeckt (engl. «Global Canopy Height Map»).

Ein Novum ist zudem die hohe Auflösung der Karte: Dank Langs Arbeit können Nutzer*innen bis zu 10×10 Meter an jedes Waldstück der Erde heranzoomen, um die Baumhöhe abzulesen. Eine solche Vermessung der Wälder könnte in Zukunft insbesondere im Umgang mit dem CO₂-​Ausstoß wegweisend sein, denn die Baumhöhe ist ein wichtiger Indikator für die Biomasse und die Menge an gespeichertem Kohlenstoff. «Etwa 95 Prozent der Biomasse im Wald sind im Holz und nicht in den Blättern. Daher hängt die Biomasse stark mit der Höhe zusammen», klärt Konrad Schindler, Professor für Photogrammetrie und Fernerkundung, auf.

Trainiert mit Laserscanning-​Daten aus dem Weltraum
Doch wie liest ein Computer die Baumhöhe von einem Satellitenbild ab? «Da wir nicht wissen, nach welchen Mustern der Computer Ausschau halten muss, um die Höhe zu schätzen, lassen wir ihn die optimalen Bildfilter selbst lernen», sagt Nico Lang. Daher zeigt er seinem neuronalen Netzwerk Millionen von Beispielen: Als Input dienen die Bilder der zwei Copernicus Sentinel-​2-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Diese Satelliten nehmen alle fünf Tage jeden Ort der Erde mit einer Auflösung von 10×10 Metern pro Pixel auf. Es sind die qualitativ besten Bilder, die zurzeit öffentlich zugänglich sind.

Daneben muss dem Algorithmus die korrekte Antwort – das heißt die Baumhöhe aus Space-​Lasermessungen der NASA GEDI-​Mission – zur Verfügung gestellt werden. «Die GEDI-​Mission liefert global verteilte, punktuelle Daten der Vegetationshöhe zwischen dem 51. nördlichen und südlichen Breitengrad, sodass der Computer im Trainingsprozess viele verschiedene Vegetationstypen sieht», erklärt Nico Lang. Mit Input und Antwort kann sich der Algorithmus die Filter für Textur-​ und Spektralmuster selbst aneignen. Ist das neuronale Netzwerk erst einmal trainiert, kann es die Baumhöhen aus den mehr als 250.000 Bildern (etwa 160 Terabyte Daten), die für die globale Karte notwendig sind, automatisch schätzen.

In der Fachterminologie nennt sich Langs neuronales Netzwerk Convolutional Neural Network (CNN). Die «Convolution» – zu Deutsch Faltung – ist eine mathematische Operation, bei welcher der Algorithmus die 3×3 Pixel großen Bildfilter über das Satellitenbild gleiten lässt und dadurch Informationen über Helligkeitsmuster im Bild erhält. «Der Trick dabei ist, dass wir die Bildfilter stapeln und der Algorithmus dadurch Kontextinformationen erhält, da er von jedem Pixel bereits Informationen über die Nachbarpixel hat», erläutert Konrad Schindler. Dadurch ist es dem EcoVision Lab erstmalig gelungen mit einer Satellitenkarte auch Baumhöhen von bis zu 55 Meter zuverlässig einzuschätzen.

Weil diese neuronalen Netzwerke mit ihren vielen Schichten «tief» sind, spricht man auch von «Deep Learning». Diese Methode läutete vor rund 10 Jahren eine große Revolution in der Bildverarbeitung ein. Der Umgang mit der schieren Menge an Daten, die dazu nötig ist, ist jedoch nach wie vor eine große Herausforderung: Um die globale Vegetationshöhen-​Karte zu berechnen, bräuchte ein leistungsstarker Rechner allein drei Jahre. «Zum Glück haben wir Zugriff auf den ETH-​Hochleistungsrechencluster, sodass wir nicht drei Jahre auf die Berechnung der Karte warten mussten», lacht Nico Lang.

Transparenz durch Abschätzung der Unsicherheiten
Nico Lang bereitete denn nicht nur ein CNN auf diese Aufgabe vor, sondern gleich mehrere – ein sogenanntes Ensemble – davon. «Ein wichtiger Aspekt für uns war, den Nutzer*innen auch die Unsicherheit der Schätzung mitzuliefern», sagt er. Die insgesamt fünf neuronalen Netzwerke wurden unabhängig voneinander trainiert, wobei jedes seine eigene Schätzung der Baumhöhen angibt.

«Sind alle Modelle einer Meinung, ist die Antwort auf Basis der Trainingsdaten eindeutig. Kommen die Modelle zu unterschiedlichen Antworten, bedeutet dies, dass es eine höhere Unsicherheit in der Schätzung gibt», erklärt Nico Lang. In die Modellierung fließen auch Unsicherheiten in den Daten selbst mit ein: Ist ein Satellitenbild beispielsweise dunstig, ist die Unsicherheit grösser, als wenn die atmosphärischen Verhältnisse gut sind.

Grundlage für zukünftige ökologische Forschung
Dank ihrer hohen Auflösung bietet Langs globale Karte Einblick in interessante Details: «Wir konnten bereits spannende Muster entdecken», erzählt Konrad Schindler. «In den Rocky Mountains beispielsweise wird die Forstwirtschaft in fixen Quadraten betrieben und auch der Regenwald formt interessante Strukturen, die nicht zufällig sein können.» Nun sei es Ökolog*innen möglich, die aufgenommenen Muster und Daten weltumfassend zu interpretieren.

Damit die Forschung weitergeführt werden kann, werden die Karte sowie der Source Code öffentlich zugänglich sein. Erste Interessenten haben sich bereits gemeldet: Walter Jetz, Professor an der Yale Universität, möchte die Global Canopy Height Map zur Biodiversitätsmodellierung nutzen. Doch auch für Regierungen, Verwaltungen und NGOs könnte die Karte interessant sein. «Dank Sentinel-​2 könnte man alle fünf Tage die Vegetationshöhen neu berechnen und hätte so ein Monitoring, um die Regenwaldabholzung zu beobachten», meint Nico Lang.

Darüber hinaus sei es nun auch möglich, regionale Erkenntnisse wie die Eigenschaft von tropischen Blätterdächern als klimatischer Puffer zu wirken, global zu validieren. Gekoppelt mit dem High Carbon Stock Approach, der wertvolle Wälder für Kohlenstoffspeicherung und Biodiversität klassifiziert, ist die Vegetationshöhen-​Karte eine wichtige Grundlage für die Erhaltung und Stärkung der Ökosysteme. Gemäß Langs Berechnungen befindet sich bloß auf 5 Prozent der Landmasse Vegetation von mehr als 30 Metern Höhe und nur 34 Prozent davon stehen in geschützten Gebieten.

Da die GEDI-​Mission im Jahr 2023 beendet werden soll, bietet Langs neu entwickelter Ansatz die Möglichkeit auch zukünftig Vegetationshöhen zu kartieren. Allerdings wäre eine Verlängerung der GEDI-​Mission, über die zurzeit auch international in Mediencall_made diskutiert wird, wichtig, um die Daten mit zukünftigen Satellitenmissionen wie der ESA Biomass Mission abzugleichen und das Modell auf Veränderungen zu kalibrieren.

Originalpublikation:
ETH: https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2022/04/neuronales-netzwerk-kann-baumhoehen-von-satellitenbildern-ablesen.html
arXiv: https://arxiv.org/abs/2204.08322

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• Planet Erde

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Quelle: Technische Universität München.

8. März 2022 – Bei etwa drei Vierteln des Waldes hat die Fähigkeit, sich von Störungen zu erholen, laut der Studie seit Anfang der 2000er Jahre abgenommen. Dies sehen die Wissenschaftler als Warnsignal. Die neuen Erkenntnisse beruhen auf einer neuartigen statistischen Analyse von Satellitendaten zu Veränderungen der Biomasse und Produktivität im Amazonaswald.

„Eine verringerte Resilienz – die Fähigkeit, sich von Störungen wie Dürren oder Bränden zu erholen – kann ein erhöhtes Risiko für das Absterben des Amazonas-Regenwaldes bedeuten. Dass wir in den Beobachtungen einen solchen Resilienzverlust feststellen, ist besorgniserregend“, sagt Niklas Boers, Professor für Earth System Modelling an der Technischen Universität München und Forscher am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, der die Studie gemeinsam mit Wissenschaftlern der britischen Universität Exeter durchgeführt hat. „Der Amazonas-Regenwald beherbergt eine einzigartige Artenvielfalt, er beeinflusst durch seine enorme Evapotranspiration stark die Niederschläge in ganz Südamerika; und er speichert riesige Mengen an Kohlenstoff, die bei einem auch nur teilweisen Absterben als Treibhausgase freigesetzt würden, was wiederum zur weiteren Erderwärmung beitragen würde. Deshalb ist der Regenwald von globaler Bedeutung.“

„Wenn das Kippen selbst zu beobachten sein wird, wäre es zu spät“
Der Amazonas gilt als potenzielles Kippelement im Erdsystem und eine Reihe von Studien hat seine Verwundbarkeit aufgezeigt. „Computersimulationen zu seiner Zukunft liefern jedoch eine gewisse Bandbreite von Ergebnissen“, sagt Boers. „Darum haben wir spezifische Beobachtungsdaten auf Anzeichen für Veränderungen der Widerstandsfähigkeit während der letzten Jahrzehnte untersucht. Wir stellen fest, dass die Widerstandsfähigkeit des Regenwalds seit Anfang der 2000er Jahre kontinuierlich abnimmt, aber wir können nicht sagen, wann ein möglicher Übergang vom Regenwald zur Savanne stattfinden könnte. Wenn er dann zu beobachten ist, wäre es wahrscheinlich zu spät, ihn aufzuhalten“. Die Forschung ist Teil des Projekts „Tipping Points in the Earth System“ (TiPES), das durch das Horizon 2020-Programm der Europäischen Union finanziert wird.

Das Team verwendete Stabilitätsindikatoren, die zuvor bereits auf den grönländischen Eisschild und die atlantische Umwälzbewegung angewandt wurden. Diese statistischen Indikatoren zielen darauf ab, die Annäherung eines Systems an eine abrupte Veränderung vorherzusagen, indem sie eine kritische Verlangsamung der Systemdynamik identifizieren, zum Beispiel seine Reaktion auf Wetterschwankungen. Die Analyse von zwei Satellitendatensätzen, die die Biomasse und den Grünanteil des Waldes darstellen, hat diese kritische Verlangsamung aufgezeigt. Diese kritische Verlangsamung kann als eine Schwächung der Rückstellkräfte angesehen werden, die das System normalerweise nach Störungen wieder ins Gleichgewicht bringen.

„Ein System mag stabil erscheinen, wenn man nur seinen mittleren Zustand betrachtet“
„Ein System mag zwar stabil erscheinen, wenn man nur seinen Mittelwert betrachtet, doch wenn man sich die Daten mit innovativen statistischen Methoden genauer ansieht, kann man einen Verlust an Resilienz feststellen“, sagt Chris Boulton vom Global Systems Institute der Universität Exeter. „Frühere Studien, die sich auf Computersimulationen stützten, deuteten darauf hin, dass große Teile des Amazonasgebiets bereits zum Absterben verdammt sein könnten, bevor eine starke Veränderung des mittleren Zustands sichtbar wird. Unsere Beobachtungsanalyse zeigt nun, dass die Destabilisierung in vielen Gebieten tatsächlich bereits im Gange zu sein scheint.“

Um die Ursachen für den Verlust der Widerstandsfähigkeit zu ermitteln, den die Wissenschaftler in den Daten finden, untersuchten sie die Beziehung zu den Niederschlägen im Amazonasgebiet, die in drei „einmal in einem Jahrhundert“ auftretenden, verheerenden Dürreereignissen in der Region gipfelten. Es stellte sich heraus, dass trockenere Gebiete stärker gefährdet sind als feuchtere. „Dies ist alarmierend, da die IPCC-Modelle eine allgemeine Austrocknung des Amazonasgebiets als Reaktion auf die vom Menschen verursachte globale Erwärmung vorhersagen“, so Boers. Ein weiterer Faktor ist die Entfernung eines Gebiets zu Straßen und Siedlungen, von denen aus Menschen den Wald erreichen können. Die Daten bestätigen, dass Gebiete in der Nähe von menschlicher Landnutzung stärker bedroht sind.

„Unsere neuartige Analyse empirischer Daten liefert zusätzliche Beweise für die Besorgnis über die Widerstandsfähigkeit des Waldes, insbesondere in naher Zukunft“, sagt Tim Lenton, Direktor des Global Systems Institute. „Sie bestätigt, dass eine starke Begrenzung der Abholzung, aber auch eine Begrenzung der globalen Treibhausgasemissionen notwendig ist, um den Amazonas zu schützen.“

Publikation:
Chris A. Boulton, Timothy M. Lenton, Niklas Boers (2022): Pronounced loss of Amazon rainforest resilience since the early 2000s. Nature Climate Change
https://www.nature.com/articles/s41558-022-01287-8

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• Klimawandel

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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

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Quelle: DLR.

Wie der Blick aus dem All verrät, ist die Landmasse der Erde heute zu rund einem Drittel von Wäldern bedeckt. Dabei fehlt bereits mehr als die Hälfte des weltweiten Bestands, die der Abholzung insbesondere seit Mitte des 20. Jahrhunderts zum Opfer gefallen ist. Um den aktuellen Zustand sowie die Entwicklungen des „grünen Organs“ genau beobachten, bewerten und schützen zu können, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen besonderen Datensatz erstellt: die globale TanDEM-X-Waldkarte. Dazu wurden interferometrische Daten genutzt, die für das globale Höhenmodell der deutschen Radarsatellitenmission TanDEM-X aufgenommen wurden, und Algorithmen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz zur globalen Datenverarbeitung entwickelt. Diese wurden für verschiedene Waldtypen anhand von Baumhöhen, Dichte und Struktur optimiert. Das Ergebnis ist eine Karte, die bei einer Auflösung von 50 Metern die Ausdehnung bewaldeter Flächen darstellt. Die globale TanDEM-X-Waldkarte des DLR steht wissenschaftlichen Nutzern ab sofort frei zur Verfügung.

Radarsatelliten können unabhäging von Wetter oder Tageszeit Aufnahmen erstellen – ein besonderer Vorteil bei der Kartierung von tropischen Wäldern, die meist von Wolken bedeckt sind. Die TanDEM-X-Waldkarte schließt bisherige Datenlücken und liefert erstmals einen einheitlichen Überblick der Regenwälder in Südamerika, Südostasien und Afrika. Die Erkenntnisse sind für Behörden und Wissenschaftler gleichermaßen bedeutsam, da diese Gebiete vor illegaler Abholzung geschützt und als mächtige Kohlenstoff-Speicher erhalten werden müssen.

Anhand der neuen Karte lässt sich entsprechend auch die Biomasse-Konzentration von Wäldern genauer bestimmen – ein Schlüsselfaktor im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die globale TanDEM-X-Waldkarte schafft damit eine wichtige Datengrundlage für Forschungen zum globalen Wandel und bietet darüber hinaus auch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Regionalentwicklung sowie der Raumplanung. In Hinblick auf die gesellschaftlichen Herausforderungen des globalen Wandels lassen sich schließlich auch genauere Vorhersagen und geeignete Maßnahmen ableiten.

Big Data und Künstliche Intelligenz
Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme hat für das Projekt insgesamt mehr als 400.000 Datensätze verarbeitet, die im Zeitraum von 2011 bis 2015 im Rahmen der TanDEM-X-Mission aufgenommen wurden. Um aus den riesigen Datenmengen die gewünschte Information „Wald“ zu gewinnen und klassifizieren zu können, haben die Radarexperten spezielle Algorithmen entwickelt, die zuerst jede einzelne Aufnahme individuell auswerten und anschließend zu einer globalen Karte zusammenfügen. Diese Algorithmen basieren auf maschinellem Lernen aus dem Bereich der künstliche Intelligenz und können in der Zeitschrift „Remote Sensing of Environment“ (Volume 205, Februar 2018) nachgelesen werden. Künftig können so auch neue Satellitendaten ausgewertet und beispielweise in Form von Zeitreihen-Analysen mit der TanDEM-X-Waldkarte verglichen werden.

Um die gerechneten Ergebnisse zu validieren und die Waldflächen mit noch höherer Genauigkeit von den Nicht-Waldflächen abzugrenzen zu können, nutzen die Entwickler zusätzliche Fernerkundungsdaten. Dazu gehören insbesondere der „Global Urban Footprint“, eine globale Karte von Siedlungsgebieten die am Earth Observation Center (EOC) des DLR erstellt wurde, sowie die Gewässerkartierung der Climate Change Initiative der ESA. Die globale TanDEM-X-Waldkarte wird im Deutschen Satellitendatenarchiv des EOC verwaltet und den Nutzern bereitgestellt. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) ist für den Betrieb der Radarsatellitenmission TanDEM-X verantwortlich.

Tandem-L: Waldmonitoring der Zukunft
Die Abschätzung und das Monitoring von Waldressourcen ist eine zentrale Aufgabe von gegenwärtigen und kommenden Radarsatellitenmissionen. Insbesondere Tandem-L, ein Vorschlag für eine hochinnovative Satellitenmission, könnte globale Waldkarten künftig im Wochentakt erstellen und daraus Waldhöhe, Struktur und Biomasse ableiten. Mithilfe seiner neuartigen Bildgebungstechnologie und der daraus resultierenden gewaltigen Aufnahmekapazität ist Tandem-L dafür konzipiert, weitere dynamische Umweltprozesse auf der Erdoberfläche zu beobachten. Die Mission soll neue Maßstäbe in der Erdbeobachtung setzen und damit einen wirkungsvollen Beitrag zur Bewältigung der globalen gesellschaftlichen Herausforderungen leisten.

Animationen:
Animation: Globale TDX-Waldkarte mittlere AuflösungAnimation: Globale TDX-Waldkarte hohe Auflösung

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