Präventive Erdbeobachtung für den Klimaschutz

Heutzutage finden Themen rund um das globale Klima und dessen benötigten Schutz immer mehr Aufmerksamkeit in den internationalen Medien. Vor allem in den vergangenen Wochen, Monaten und Jahren wurde die Importanz der Prävention hierbei deutlich, wie zum Beispiel am Fall der aktuell wütenden Waldbränden in Spanien, Italien oder Griechenland, oder an vergangenen Feuern, wie in etwa jenen letzten Jahres in den Vereinigten Staaten Amerikas. Brände, die zurzeit auf der Welt stattfinden, könne auf der Webseite der National Aeronautics and Space Agency NASA (https://firms2.modaps.eosdis.nasa.gov/map/#d:2021-08-23..2021-08-24;l:country-outline;@0.0,0.0,3z) beinahe in Echtzeit mitverfolgt werden. Großteil dieser Brände hätten durch Vorbeugungsmaßnahmen verhindert oder zumindest vorhergesehen und somit besser bekämpft werden können.

Zuallererst muss zwischen zwei Arten von Waldbränden unterschieden werden: Einerseits werden Teile der globalen Waldflächen bewusst gerodet, um diese Flächen schlussendlich als industrielle Gebiete zu verwenden. Andererseits werden Teile des Waldes durch natürliche Ereignisse in Brand gesetzt, wobei der Mensch nicht der direkte Auslöser des Feuers ist, sondern nur die Gegebenheiten (beispielsweise durch Einfluss auf das Klima) zu Gunsten eines Brandes optimiert.Brandpräventionsmaßnahmen werden folgerichtig bei Letzterem eingesetzt, hierbei werden Faktoren, wie beispielshalber die Windrichtung und -geschwindigkeit, die relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur, die Art der Vegetation und damit verbundenen Bodenverhältnisse, genauso wie die Höhenlagen eines Geländes und das resultierende generelle Brandrisiko aufgezeichnet. All diese Daten werden mithilfe von Satelliten erfasst, im europäischen Raum ist die deutsche Firma „Ororatech“ ein Vertreter dieser Technologie.

Aufbau des CubeSats

Ororatech verwendet innovative und vielseitig einsetzbare Cubesats (siehe Abbildung 1), welche 40% mehr Nutzlastvolumen im Vergleich zu herkömmlichen CubeSat-Satelliten aufweisen. Aufgrund des ständigen technologischen Fortschrittes in den vergangenen Jahren hat sich die Größe dieses Satelliten auf nur 3000cm³ beschränkt (30cmx10cmx10cm), trotz der Größe beinhaltet solch ein Nanosatellit eine Kamera, einen Bildverarbeitungsprozessor und die notwendige Unterstützungselektronik. CubeSats werden mit handelsüblichen Komponenten gebaut und sind im Vergleich zu den alten Großsatelliten somit relativ kostengünstig, was eine größere Quantität der eingesetzten Satelliten ermöglicht.

Neben den Daten von eigens konstruierten Nanosatelliten werden ebenfalls Datensätze von bereits bestehenden Satelliten verwendet. Durch langfristige komplementäre Nutzung der Messgeräte werden 600 km sonnensynchrone Umlaufbahnen, bis zu sieben Bahnebenen, die in mehreren Schritten gestartet werden und mehrere Überflügen pro Stunde garantiert.

Eingesetzte Technologien

An Bord befindet sich, neben anderen, bereits erwähnten Sensoren, ein fundamental wichtiges multispektrales thermisches Infrarot-Kameramodul (siehe Abbildung 2). Es kann sowohl mittelwellige als auch langwellige Infrarotstrahlung erfassen, was es zur idealen Wahl für die Erkennung von Hochtemperaturereignissen – Waldbränden – macht.

Außerdem ist ein hochmodernes GPU-beschleunigtes On-Board-Verarbeitungsmodul im Satelliten eingebaut, welches die Übertragungszeit der Daten enorm verringert und somit die Waldbrände bereits an Bord des CubeSats erkennt werden können. Davon ausgehend kann die Verzögerung bei der Verbreitung von Waldbrandwarnungen um mehrere Stunden verkürzt werden.

Der Einfluss vom Klimawandel auf weltweite Feuervorkommnisse

Durch den generellen Trend einer seit Jahrzehnten deutlich ansteigenden Temperatur (siehe Abbildung 5 und 6) lässt sich ein tendenziell steigendes Risiko für Waldbrände erkennen. Niederschlagsarme Regionen, die bereits eine trockene Vegetation beziehungsweise einen ausgedörrten Böden aufwiesen, werden nur noch gefährdeter, in Flammen aufzugehen, während immer mehr feuchte Gebiete ihre Humidität verlieren. Dadurch wird nicht nur das Risiko für verheerende Waldbrände enorm gesteigert, sondern auch das ökologische System aus dem Gleichgewicht gebracht, und die Löschung des Feuers erschwert.

Lavorel et al. (2007) sind des Weiteren zu dem Schluss gekommen, dass Feuer nicht nur die Fauna und Vitalität eines Systems, sondern auch das Klima selbst beeinflussen. Brände und die daraus resultierenden Änderungen in der Vegetation haben maßgebliche Auswirkungen auf die Atmosphäre, biochemische Prozesse und auf zahlreiche andere ökologische Regelkreise. Dies führt dann auf einen Teufelskreis, da dadurch die Gegebenheiten eines Feuervorkommnisses erneut optimiert werden.

Satellitenfernerkundung für Zuhause

Auch von zuhause aus kann man beinahe in Echtzeit Satellitenfernerkundung betreiben. Mittels des interaktiven Online-Tools (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/) der European Space Agency ESA können Daten von über 15 Satelliten eingesehen werden. Sowohl Informationen über die Luftverschmutzung, Hochwassergefahr, Ozonschichtveränderungen, Gletscher, Vulkane und Dürren, als auch über Waldbrände, Meere und Gewässer, können aufgerufen werden (siehe Abbildung 3).

Nach Wählen der/s gewünschten Satelliten und beabsichtigtem Datensatz, muss links unten nur noch ein beliebiger Zeitraum ausgewählt werden, bevor man auf den „Search“-Knopf drückt und auf die interaktive Karte mit den jeweilig ausgewählten Informationen zugreifen kann. Anschließend werden einem eine Vielzahl an verschiedenen Aufzeichnungen zur Verfügung gestellt, einfach die gewünschte mittels Anklicken auswählen und auf Wunsch mithilfe des Kamera-Symbols in der rechten Leiste eine Zeitrafferaufnahme davon erstellen (siehe Abbildung 4).

Die Webseite bietet etliche Auswahlmöglichkeiten und Einstellungen, der Großteil erklärt sich jedoch spielerisch von selbst.

Auf Abbildung 4 sieht man eine beispielhafte Zeitrafferdarstellung anhand der Waldbrände im Raum Griechenland und der Türkei. Als Zeitabschnitt wurde hierbei der Rahmen vom 23.07.2021 bis zum 23.08.2021 untersucht, die Daten wurden vom Satelliten Sentinel 3SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) gemessen. Dieser hat sowohl die Temperatur in genannter Umgebung gemessen, als auch die Infrarotstrahlung. Diese Kombination eignet sich bestens zur Detektion von Waldbränden.

Autorin: Carmen Engele (Aug. 2021)

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