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Satelliten, Observatorien, Raumschiffe, Flugzeuge, Zeppeline und andere Flugobjekte empfangen, speichern und versenden Wellen des Raums. Orbitale Umwelten interessiert sich für Satellitennavigation, Fernerkundung und weltraumgestützte Telekommunikation, insonderheit dann, wenn sie für Berg- und Polarregionen relevant werden. Orbitale Umwelten schliesst die Lücke zwischen Alpinen und Polaren Umwelten und Digitalem Alpinismus.
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AW: Orbitale Umwelten
Das Europäische Raumfahrtprogramm
Am 22. Mai 2007 fand in Brüssel die 4. Sitzung des Europäischen Weltraumrats statt. Er setzt sich aus dem Binnenmarkt, Industrie und Forschung koordinierenden Wettbewerbsrat der Europäischen Gemeinschaften und dem Ministerrat der Europäischen Weltraumorganisation ESA zusammen.
Verabschiedet wurde eine Entschließung über die Europäische Raumfahrtpolitik (siehe S. 26-37). Sie basiert auf der Mitteilung der Kommission an den Rat und das Europäische Parlament Europäische Raumfahrtpolitik vom 26. April 2007.
Medienmitteilung der ESA vom 22. Mai 2007: Europas Raumfahrtpolitik wird Realität.
Alle Dokumente zur Europäischen Weltraumpolitk sind auf einer übersichtlichen Seite in vielen Sprachen zugänglich.
Wir beschäftigen uns nun mit dem zwanzigseitigen Text des Europäischen Raumfahrtprogramms. Aus den Präliminarien zitiere ich nur eine Info:
Vier Anwendungsbereiche werden genannt: Satellitennavigation, Erdbeobachtung, Satellitenkommunikation sowie Sicherheit und Verteidigung.Der Raumfahrtsektor ist ein Antriebsfaktor der Partnerschaft für Wachstum und Beschäftigung und repräsentiert ein weltweites Marktvolumen von 90 Mrd. € bei einer jährlichen Wachstumsrate von 7 Prozent. Europäische Unternehmen sind mit einem Marktanteil von 40 Prozent auf den kommerziellen Märkten für Satellitenbau, Raumtransport und Satellitendienste vertreten. Die Raumfahrt bietet auch ein weites Feld für Hochtechnologie-Innovationen in bestimmten Bereichen und ermöglicht die Entstehung von Leitmärkten.
1. Satellitennavigation
2. ErdbeobachtungEuropa setzt auf die Einrichtung eines nachhaltigen weltweiten zivilen Satellitennavigationssystems unter der Kontrolle der EU. Das Marktvolumen für Satellitennavigationsgeräte und -dienste wird bis 2025 weltweit schätzungsweise 400 Mrd. € erreichen. Nach der Einführung von EGNOS wurde GALILEO von der EU und der ESA gemeinsam entwickelt. Da es sich bei GALILEO um eine strategische Infrastruktur handelt, sind die Managementstrukturen des Systems so ausgelegt, dass die Sicherheit des Systems gewährleistet ist.
Auf jeden Fall muss sichergestellt werden, dass GALILEO ohne weitere Verzögerungen in Betrieb geht und auf sichere, dem Stand der Technik entsprechende Lösungen ausgerichtet ist. GALILEO wird fairen und diskriminierungsfreien Zugang sowie Kontinuität und Sicherheit seiner Dienste gewährleisten.
Mit GMES (Global Monitoring for Environment and Security) entsteht ein boden- und satellitengestütztes Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten. Im System globaler Erdbeobachtungssysteme (GEOSS) stellt GMES den europäischen Beitrag dar.Der autonome Zugang zu Informationen über Umwelt, Klimawandel und Sicherheit ist für Europa von strategischer Bedeutung. Mit einer besseren Nutzung von Erdbeobachtungsdaten sind erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile verbunden. Die Informationen können dafür herangezogen werden, natürliche Ressourcen zu verwalten oder Behörden rechtzeitig zu warnen, damit sie die Folgen ungünstiger Witterungsbedingungen und des Klimawandels eindämmen können; ferner können diese Daten auch im Bereich des Krisenmanagements Verwendung finden.
3. SatellitenkommunikationZur Erreichung der vollen Einsetzbarkeit von GMES werden die EU und die Mitgliedstaaten geeignete Finanzierungsmodalitäten festlegen und für entsprechende politische Maßnahmen, einsatzbereite Infrastrukturen und Verwaltungsvorkehrungen sorgen, damit die kontinuierliche Bereitstellung nutzergerechter Dienste gewährleistet ist.
4. Sicherheit und VerteidigungSatellitenkommunikation, die von Investitionen des Privatsektors bestimmt wird insbesondere des Rundfunk- und Telekommunikationssektors, stellt 40 % der derzeitigen Einnahmen des europäischen Raumfahrtsektors dar. Satellitenkommunikation ist eine wesentliche Komponente der Informations- und Kommunikationstechnik, zu der auch das Modernisierungsprogramm für das Flugverkehrsmanagement in Europa zählt.
Politische Maßnahmen der EU werden die Einführung innovativer Dienste erleichtern, worunter auch die Bündelung der Nachfrage in entlegenen und ländlichen Gebieten fällt, damit sich satellitengestützte Dienste kommerziell neben terrestrischen Lösungen etablieren können.
Es folgen Abschnitte zu Weltraumforschung, Raumfahrtindustrie und Weltraumpolitik, die in unserem Zusammenhang weniger interessieren und privat nachlesbar sind.Die EU legt den Schwerpunkt ihres Krisenmanagements auf die Synergie zwischen zivilen und militärischen Akteuren. [...] Zahlreiche zivile Programme sind für mehrere Zwecke verwendbar und geplante Systeme wie GALILEO und GMES können auch militärisch genutzt werden. [...] Militärische Kapazitäten verbleiben in der Zuständigkeit der Mitgliedstaaten, was sie nicht davon abhalten sollte, innerhalb der von der nationalen Souveränität und wesentlichen Sicherheitsinteressen gesetzten Grenzen, Kapazitäten zu optimieren. Die gemeinsame Nutzung und Zusammenlegung der Ressourcen von zivilen und militärischen europäischen Raumfahrtprogrammen und die Anwendung von Mehrzwecktechnologien und gemeinsamen Normen und Standards würden zu kostengünstigeren Lösungen führen.
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AW: Orbitale Umwelten
Grünbuch zu Anwendungen der Satellitennavigation
Das Satellitennavigationssystem GALILEO fällt in den Zuständigkeitsbereich der Generaldirektion Energie und Verkehr.
Auf der Galileo-Homepage wird das System erklärt:
2006 hat die Kommission ein siebzehnseitiges Grünbuch zu Anwendungen der Satellitennavigation vorgelegt, das allgemein verständlich in das Thema einführt. Es folgt ein kurzer Überblick in Zitatform. Das Kürzel GNSS steht für Globales Satellitennavigationssystem.Das Funktionsprinzip ist einfach: die zu der Konstellation gehörenden Satelliten sind mit einer Atomuhr für extrem genaue Zeitmessungen ausgerüstet. Die Satelliten senden Signale aus, die verschlüsselte Informationen über den Sendezeitpunkt enthalten. Das Empfangsgerät auf der Erde, das z. B. in einem Mobiltelefon untergebracht sein kann, besitzt einen Speicher mit den genauen Koordinaten der jeweiligen Satellitenumlaufbahnen. Beim Empfang eines Signals kann somit der Satellit, von dem das Signal ausgestrahlt wurde, festgestellt sowie die Laufzeit des Signals und damit auch die Entfernung zum Sendesatelliten berechnet werden. Werden gleichzeitig Funksignale von mindestens vier Satelliten empfangen, so ist eine genaue Positionsbestimmung möglich.
GALILEO umfasst eine Konstellation von 30 Satelliten, die eine Reihe sehr hochwertiger Signale aussenden. Diese werden von Empfangsgeräten verarbeitet, um die Position zu errechnen. Alle andere Funktionen, etwa die Darstellung des Standorts auf einer digitalen Landkarte oder die Übermittlung von Standortangaben zu anderen Zwecken, werden im Gerät des Nutzers vollzogen. Die Infrastruktur der Satellitennavigation selbst ist von der Auslegung her "passiv", d. h. der Standort des Nutzers bleibt ihr unbekannt.
GALILEO ist sehr international ausgerichtet. In dem Maße, wie andere Staaten weltweit ihr Interesse bekundet haben, wurden Kooperationsabkommen geschlossen, um die Nutzung von GALILEO weltweit zu fördern und auszubauen. Die Vereinbarkeit mit dem US-amerikanischen GPS wird ebenfalls gewährleistet, so dass beide Systeme kombiniert genutzt werden können.
Alle Sektoren einer modernen Wirtschaft werden von der Entwicklung der Satellitennavigationstechnik beeinflusst. Der Markt für Produkte und Dienste wächst um 25 % im Jahr. Bis 2020 sollten rund 3 Milliarden Empfangsgeräte für die Satellitennavigation in Betrieb sein. Die Satellitennavigation wird immer mehr zu einem Bestandteil des täglichen Lebens der Europäer, nicht nur im Auto und im Mobilfunktelefon, sondern auch in Energieverteilungsnetzen oder Banksystemen.
Gleichzeitig mit der Entwicklung von GALILEO hat die Europäische Union auch GMES (Global Monitoring for Environment and Security [Globale Umwelt- und Sicherheitsüberwachung]) gestartet, bei dem es um die Erdbeobachtung für nutzerorientierte Informationssysteme geht. Viele GNSS-Anwendungen werden von den sich ergänzenden Technologien von GALILEO und GMES profitieren. Die Weiterentwicklung der Nutzeranforderungen weist in Richtung integrierte Telekommunikation, meteorologische, Ortungs- und Überwachungssysteme im Weltraum für viele Bereiche von ausgeprägter strategischer Bedeutung, hohem wirtschaftlichen Wert und großem gesellschaftlichen Nutzen.Die Anwendungen decken eine breite Palette an Sektoren ab, nicht nur im Verkehr und der Kommunikation, sondern auch in anderen Märkten wie Landvermessung, Landwirtschaft, wissenschaftliche Forschung, Fremdenverkehr usw.
In der EU bauen 11 Mio. Landwirte Nutzpflanzen auf 110 Mio. Hektar Land an. Lage und Größe der Parzellen sind Schlüsselangaben beim Informationsaustausch, sei es zu kommerziellen Zwecken, sei es mit staatlichen Stellen bei der Beantragung von Beihilfen. Die Parzellenmessung wird jährlich per GNSS vorgenommen, um Beihilfeanträge auf ihre Berechtigung zu prüfen. Im Jahr 2005 enthielt das digitale geografische Informationssystem des integrierten Verwaltungs- und Kontrollsystems der Europäischen Union bereits Informationen über rund 50 Millionen landwirtschaftliche Flächen.
Die Öl- und Gasindustrie macht umfassenden Gebrauch von der GNSS-Technik sowohl zur Exploration als auch für den Betrieb, sowohl an Land als auch vor der Küste, wo die Genauigkeit und die Leistungsgarantien von Ortungsdiensten von allergrößter Bedeutung sind. Die GNSS-Ortungsfunktionen nutzen auch der Sicherheit des Öl- und Gastransports.
Im Elektrizitätssektor nutzen Stromverteilungsnetze die GNSS-Funktionen für die präzise Zeitgebung zur Synchronisation.
GNSS-Anwendungen im Straßenverkehr erstrecken sich auf eine Reihe von Funktionen, von Telematik und Navigationsgeräten bis zur elektronischen Einziehung von Autobahn- oder City-Mautgebühren, auch auf Sicherheitsanwendungen und nutzungsabhängige Versicherungsleistungen.
Die Machbarkeit von Systemen zur Zugsteuerung, die die Sicherheitsstandards im Schienenverkehr erfüllen und GNSS einsetzen, ist belegt. Die Satellitennavigation wurde bereits in einer Reihe von Anwendungen ohne Sicherheitsfunktion eingeführt, z. B. zur Unterstützung der Verkehrssteuerung, im Bahnressourcenmanagement oder bei der Kundenunterstützung, aber auch für die in den USA vorgestellte "positive Zugsteuerung".
Das Güterverkehrsmanagement steht vor einer Revolution: Einige hunderttausend Container sind bereits mit Geräten zur GNSS-Ortung ausgestattet. Dank solcher Geräte können Logistikunternehmen ihren Kunden einen schnelleren und besseren Service bieten. Containerbewegungen können damit auch unter Sicherheitsaspekten überwacht werden.
Für die Navigation auf hoher See und auf Schifffahrtswegen bietet sich ebenfalls die Satellitentechnik an. Das bestätigt der derzeitige Umsatz mit Schiffsempfängern (über 1 Mrd. EUR) ebenso wie die Verabschiedung entsprechender Rechtsvorschriften. Dasselbe gilt auch für den Luftverkehr, wo ein zuverlässiges Werkzeug erforderlich ist, um die Systemkapazität zur Beförderung von Millionen von Flugreisenden zu erhöhen.
Auch für die Notfalldienste ergibt sich ein Nutzen: In der Europäischen Union werden jedes Jahr 180 Millionen Notrufe abgesetzt, 60 bis 70 % davon mit Mobilfunktelefonen2. In mehr als einer Million Fälle können die Einsatzfahrzeuge nicht ausrücken, weil keine ausreichenden Standortinformationen vorliegen.
GNSS-Dienste würden es auch ermöglichen, die Bewegungen humanitärer Einsatzkräfte und anderer am Ort des Krisengeschehens zu verfolgen und die humanitären Bedürfnisse und die Wirkungen der Hilfsmaßnahmen besser zu bewerten. Ebenfalls ließen sich genauere Informationen über Probleme beim Zugang zu den Betroffenen in abgelegenen und schwer erreichbaren Gebieten erhalten, Bevölkerungsbewegungen unmittelbar verfolgen und sichere Gegenden zur Errichtung von Flüchtlingslagern außerhalb von Katastrophen bedrohter Gebiete ermitteln. Ferner könnte die Zuweisung finanzieller, materieller und personeller Mittel optimiert sowie die Fähigkeit zur schnellen Reaktion und zur humanitären Hilfeleistung insgesamt verbessert werden.
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GPS - GLONASS - COMPASS - GALILEO
Zwei Satellitennavigationssysteme befinden sich in Umlauf und zwei in der Experimentierphase.
Das dem US-Verteidigungsministerium unterstehende Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) ist seit 1995 bis heute das einzige System mit globaler Funktionsbereitschaft. Im Jahr 2000 wurde es für zivile Zwecke geöffnet. Es wird derzeit um ein zweites und drittes Signal erweitert.
GLONASS wird vom russischen Verteidigungsystem betrieben. Im August 2006 waren zwölf funktionsfähige Satelliten stationiert. Bis Ende 2009 sollen 24 Satelliten im Umlauf sein.The second civil signal will improve the accuracy of the civilian service and supports some safety-of-life applications. The third signal will further enhance civilian capability and is primarily designed for safety-of-life applications, such as aviation.
Das chinesische COMPASS-System und das europäische GALILEO-System befinden sich in der Experimentierphase.
Es existieren Verträge und Absichtserklärungen zur gemeinsamen Nutzung aller Systeme. Hersteller wie Garmin bieten bereits Geräte mit vorbereiteter GALILEO-Funktionalität an.
GALILEOS Zeitmessung
GALILEO ist das einzige System, das nicht-militärisch verwaltet wird. Seine technische Überlegenheit basiert im wesentlichen auf einer genaueren Zeitmessung. Da die Position über Signallaufzeiten zwischen vier Satelliten und dem Empfangsgerät bestimmt wird, resultiert eine verbesserte Zeitmessung in einer exakteren Positionsbestimmung.
In Hochgenaue Uhren: Galileos schlagendes Herz hat die ESA das Konzept am 10. Mai 2007 noch einmal umrissen.
Die Galileo-Satelliten der fertigen Konstellation werden zwei Typen von Uhren mit sich führen: passive Wasserstoff-Maser und Rubidium-Frequenznormale. Jeder Satellit ist dann mit zwei Wasserstoff-Masern ausgestattet, wovon einer als Hauptreferenz zur Generierung der Navigationssignale dient und der andere als "kaltes" (nicht in Betrieb befindliches) Ersatzelement bereitsteht.
Darüber hinaus werden an Bord jedes aktivierten Satelliten zwei Rubidium-Uhren vorhanden sein. Eine der Uhren wird als "heiße" (laufende) Ersatzkomponente für den im Einsatz befindlichen Wasserstoff-Maser verwendet, die bei einem Ausfall des Masers ohne Verzögerung einspringt und eine ununterbrochene Signalgenerierung gewährleistet. Die zweite Rubidium-Uhr dient als inaktiver Ersatz.
Der derzeit im Orbit kreisende Galileo-Testsatellit GIOVE-A führt eine aktive und eine inaktive Rubidium-Uhr als Ersatz mit sich. GIOVE-B, dessen Inbetriebnahme noch für dieses Jahr vorgesehen ist, wird mit einem Wasserstoff-Maser und zwei Rubidium-Uhren (einer "heißen", einer "kalten") ausgestattet sein. Der in der zweiten Jahreshälfte 2008 startbereite Satellit GIOVE-A2 soll die gleiche Zeitmesser-Nutzlast wie GIOVE-A transportieren und zusätzliche Navigationssignale aussenden.
Die passiven Wasserstoff-Maser des Galileo-Systems messen die Zeit mit einer Genauigkeit von rund einer Nanosekunde (einem Milliardstel einer Sekunde) je 24 Stunden. Das entspricht einer Abweichung von einer Sekunde in 2,7 Millionen Jahren. Die Rubidium-Uhren sind bis auf 10 Nanosekunden pro Tag genau. Eine normale digitale Armbanduhr erreicht im Vergleich dazu eine Genauigkeit von rund einer Sekunde pro Tag.
Galileos passive Wasserstoff-Maser werden also ungefähr eine Milliarde Mal präziser sein als eine digitale Armbanduhr.
Im Prinzip werden die Galileo-Nutzer eines Tages ihre Position ermitteln, indem sie die Zeit messen, die die von den Satelliten der Galileo-Konstellation ausgesendeten Radiowellen benötigen, um sie zu erreichen. Radiowellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Millionen Metern pro Sekunde aus und legen folglich in einer Nanosekunde eine Strecke von ca. 0,3 Metern zurück. Um Navigationsgenauigkeiten bis auf einen Meter bieten zu können, muss Galileo die Zeit deshalb mit einer Präzision im Nanosekundenbereich messen.
Sozusagen als Nebenprodukt der hochgenauen Satellitennavigation ermöglicht Galileo Präzisionszeitdienste für andere Zwecke wie etwa die zeitliche Markierung finanzieller Transaktionen.
GALILEOS Krise
Um die Konzession für Vermarktung und Betrieb von Galileo bewarben sich eine französisch-italienisch-spanische Firmengruppe und eine französisch-deutsch-britische Allianz. Anstatt sich für eine Gruppierung zu entscheiden, formte die Kommission ein gemeinsames Konsortium. Aufgrund unüberbrückbarer Differenzen liess dieses ein auf 10. Mai 2007 befristetes Ultimatum zur Vorlage eines Konzessionsvertrags verstreichen. Nun müssen die 27 Verkehrsminister der EU am 22. Juni 2007 ein Konzept zur öffentlichen Finanzierung von Galileo vorlegen.
Es folgen vier sehr unterschiedliche Artikel zur Erhellung der laufenden Krise.
Im Galileo-Gründerzentrum spricht niemand von Krise [FAZ.Net, 4. April 2007]
Taylor Dinerman, Galileo to Europe's taxpayers: I will survive! [Space Review, April 9, 2007]
GALILEO am Scheideweg: Umsetzung der europäischen Programme für Satellitennavigation [Mitteilung der Europäischen Kommission, 16. Mai 2007]
Gerhard Blaeske, Kampf bis aufs Messer beim europäischen Navigationssystem [WirtschaftsWoche, 31. Mai 2007]
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Fernerkundung
Wir stützen uns auf Kati Heinrichs Überblicksartikel Verfahren der Fernerkundung und ihr Einsatz in der Gebirgsforschung (pdf), erschienen in: Axel Borsdorf und Georg Grabherr (Hg), Internationale Gebirgsforschung 1, Wien: Akademie 2007, S. 68-80.
Die Fernerkundung (engl. remote sensing) befasst sich mit der Gewinnung von Informationen über die Erdoberfläche sowie die Erdatmosphäre oder auch die Oberfläche anderer Himmelskörper durch Messung und Interpretation reflektierter oder emittierter elektromagnetischer Strahlung.
Im Gegensatz zu konventionellen Erfassungsmethoden ermöglicht Fernerkundung die berührungsfreie Erkundung durch flugzeug- und satellitengetragene Sensoren.
Sie erfassen neben dem sichtbaren Licht auch Wellenbereiche, die jenseits der Wahrnehmung des menschlichen Auges liegen. Dazu gehören nahes und mittleres Infrarot, thermale Strahlung und Mikrowellen.Sensoren sind für spezifische Wellenlängen sensibel:Passive Fernerkundungsverfahren messen die von der Erdoberfläche oder der Atmosphäre reflektierte oder emittierte elektromagnetische Strahlung. Meist handelt es sich um multispektrale Sensoren. Ein weiteres wichtiges passives Aufnahmesystem der Fernerkundung ist die Kamera, die Luftbilder sowohl mit Filmen und Filter unterschiedlicher Sensibilität als auch digital aufnehmen kann und dabei durch ihr hohes Auflösungsvermögen detaillierte räumliche Interpretation zulässt.
Aktive Systeme wie Radar oder Laser senden Impulse aus und messen die Laufzeit der von der Erdoberfläche rückgestreuten Signale. Radar ist auf Grund seiner größeren Wellenlänge in der Lage, Wolken und Dunst zu durchdringen und auch nachts Daten zu liefern.
heinrich.jpg
Spektrum und Einsatzbereiche
Bei der Interaktion der elektromagnetischen Strahlung mit der Erdoberfläche werden in Abhängigkeit von der Landbedeckung bestimmte Strahlungsanteile reflektiert und andere absorbiert. Diese so genannte spektrale Signatur gibt den "spektralen Fingerabdruck" eines Objektes wieder.
Die räumliche Auflösung der verschiedenen Verfahren entspricht jeweils der kleinsten identifizierbaren Fläche auf einem Bild, bei Rasterdaten oft ausgedrückt als Größe der Rasterzelle. In einem Satellitenbild entspricht diese Fläche dem Ausschnitt der Erdoberfläche, der von einem einzigen Pixel abgedeckt wird.
Die grob auflösenden Daten finden auf Grund ihrer globalen Abdeckung und ihrer großen Wiederholungsrate in der Hydrologie, Ozeanographie, Glaziologie und Atmosphärenphysik Verwendung. Die höher auflösenden Satellitendaten hingegen dienen unter anderem der topographischen und thematischen Kartierung, Archäologie, Geologie, Petrographie, Geomorphologie, Forst- und Landwirtschaft, Stadtgeographie sowie Naturgefahrenbeobachtung.meteosat.jpg
METEOSAT-1
Ein METEOSAT-1-Pixel löst 5 km auf, ein Pixel des im dritten Quartal 2007 startenden GeoEye-1 41 cm. Dazwischen liegen NOAA, LANDSAT, TERRA, IRS, IKONOS, SPOT und ENVISAT.
Wikipedia führt eine Liste der Erdbeobachtungssatelliten.
Die Europäische Weltraumorganisation ESA bietet einen Satelliten Tracker an, mit dem sich aktuelle Bahnpositionen der Internationalen Raumstation, Observatorien wie das Hubble-Weltraumteleskop und verschiedene ESA-Satelliten, darunter ENVISAT, beobachten lassen. Es kann immer nur ein Objekt aufgerufen werden.
geoeye.jpg
Simulierte GeoEye-1 Auflösung
Datensätze in entsprechender räumlicher Auflösung umfassen (1) Digitale Höhenmodelle, (2) Laserdaten, (3) optische Daten und (4) Radardaten:Gebirgsregionen sind oftmals weit abgelegen und/oder schwer zugänglich, egal ob die Gründe dafür in den physischen Verhältnissen oder in politische Restriktionen zu finden sind. Damit ist eine Datenaufnahme und Beobachtung durch Ortsbegehung oftmals nur schwer möglich. In diesen Fällen bietet die Fernerkundung einen Weg, solche Gebiete zu erfassen und zu untersuchen.
Verfahren der Bildverarbeitung optimieren die Datensätze zum bestmöglichen Bild. Die darin gespeicherten Informationen werden mit unterschiedlichen Methoden extrahiert. Ein Geo-Informationssystem erlaubt die korrelative Modellierung von Datensätzen unverbundener Provenienz.(1) Mit Hilfe von digitalen Höhenmodellen ist es möglich, vertikale Veränderungen der Erdoberfläche zu ermitteln. Diese Messungen können nach Erstellung von Differenzenbildern im Hochgebirge beispielsweise Aufschluss über Erosionsvorgänge oder Veränderungen der Gletschermächtigkeit über einen bestimmten Zeitraum geben.
(2) Airborne Laser Scanning dient der hochgenauen (> 1 Mio. Messpunkte pro km²) und hoch auflösenden (Höhengenauigkeit im Dezimeterbereich) Erfassung von Geländeoberflächen und misst neben den x-, y- und z-Koordinaten zumeist auch die am Empfänger ankommende Intensität des reflektierten Strahls. Der Hauptanwendungsbereich ist die topographische Geländeaufnahme, bei der neben den Geländeformen auch die Beschaffenheit des Geländes so wie sein Bodenbewuchs bestimmt werden kann. ALS ist zudem in der Lage, die Vegetationsschicht zu durchdringen und so ein digitales Oberflächen- und Geländemodell anzufertigen.
(3) Auch Satelliten wie IKONOS, QuickBird und Orbview-3, die zum Teil im Submeterbereich aufnehmen und daher nahezu mit Luftbildern vergleichbar sind, eröffnen neue Möglichkeiten in der Hochgebirgsfernerkundung. [...] Die Art der untersuchten Naturgefahren reicht von Bergstürzen, Muren, Hangrutschungen, Überflutungen, Sturmschäden, Waldbränden, Gletschervorstößen und Lawinen bis hin zu vulkanischen Ereignissen.
(4) Mikrowellensensoren zählen zu den aktiven Aufnahmesystemen und bieten im Vergleich zu den optischen Sensoren den Vorteil, dass sie wetter- und tageszeitunabhängig Daten liefern können. Sie erlauben die Aufnahme durch Dunst, Rauch, leichten Regen sowie Schneefall und unter bestimmten Bedingungen auch die Beobachtung von Erscheinungen unterhalb der Vegetations- und einer dünnen Bodenschicht.
Mit Hilfe der so genannten Bildverarbeitung werden Störeinflüsse reduziert und die Bilder für die folgende Auswertung aufbereitet. Dazu werden zunächst geometrische Verzerrungen korrigiert, die durch das Aufnahmesystem und das Relief entstehen. Anschließend findet eine radiometrische Korrektur statt, bei der verschiedene Störeinflüsse, die während der Datenaufnahme und der Übertragung aufgetreten sind, eliminiert werden. Mit Hilfe der Bildverbesserung in Form von Kontrastverstärkung, Filterung und Kombination mehrerer Spektralbänder sind die Daten für eine nachfolgende Auswertung vorbereitet.
Die Bildauswertung dient dazu, aus den verbesserten Daten für die Anwendung gewünschte Informationen und Produkte für die Anwendung abzuleiten. [...] Neben den klassischen pixelbasierten Auswertungsverfahren wie dem Schwellwertverfahren und der überwachten oder unüberwachten Klassifikation kommen neue Methoden hinzu wie Neuronale Netze oder Fuzzy-logic-Algorithmen.
Mit Hilfe eines Geo-Informationssystems (GIS), das aus Hardware, Software, Daten und Anwendungen besteht, können raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden.Weiterführende Links:
Lexikon der Fernerkundung
Earth Observation Handbook
Torsten Prinz, Vorlesung Geofernerkundung
Deutsche Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation
Forschungsstelle für Gebirgsforschung: Mensch und Umwelt
Institut für Angewandte Fernerkundung an der Europäischen Akademie Bozen
Berichte zum ENVISAT Symposium 2007 in Montreux:
Zehn künstliche Augen zur Beobachtung der Erde: Immer mehr Resultate vom europäischen Umweltsatelliten Envisat - und ein Blick auf seine Nachfolger [NZZ, 23. Mai 2007]
Zum Beispiel Treibhausgase in der Atmosphäre [NZZ, 23. Mai 2007]
Schanghai sinkt: Esa-Satellit misst Nachgeben des Untergrunds unter den Wolkenkratzern [Forschung Aktuell, 24. Mai 2007]
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Luftbildkartierung Alpiner Nationalparks
Mehr als 500 Großschutzgebiete (über 100 Hektar) bilden das Netzwerk Alpiner Schutzgebiete. Es handelt sich um 14 Nationalparke, 70 Regional- oder Naturparke, 430 Naturschutzgebiete, 9 Biosphärenreservate und 2 natürliche Stätten des Welterbes.
Aufgabe des Schutzgebietsmanagements ist die Austarierung der Schutzstrategien (Natur, Know-how, Natur- und Kulturerbe, Kulturen) und der Gebirgsaktivitäten (Tourismus, Berglandwirtschaft, Weidewirtschaft, Forstwirtschaft).
Voraussetzung dafür ist die genaue Kenntnis des Geländes und seiner Habitate und deren Veränderung im Zeitablauf. Der persönliche Augenschein ist dafür nicht ausreichend. Es bedarf einer langfristigen Dokumentation.
Für 11 der 14 alpinen Nationalparks hat das Forschungsprojekt HABITALP: Alpine Habitat Diversity die Datenbasis einer zeitübergreifenden Dokumentation in Form von Farbinfrarot-Luftbildaufnahmen und ihrer Darstellung in einem Geographischen Informationssystem erarbeitet.
Gefördert wurde das Projekt aus Mitteln des Alpine Space Programme von INTERREG IIIB und des Europäischen Regionalfonds. Projektdauer war von November 2002 bis Oktober 2006. Die Projektleitung lag beim Nationalpark Berchtesgaden.
Folgende Nationalparks nahmen teil. Aus Deutschland: Nationalpark Berchtesgaden. Aus Österreich: Nationalpark Hohe Tauern. Aus der Schweiz: Parc Naziunal Svizzer. Aus Italien: Südtirols Naturparke, Nationalpark Stilfser Joch, Parco Nazionale Dolomiti Bellunesi, Parco Naturale del Mont Avic, Parco Nazionale Gran Paradiso. Aus Frankreich: Conservatoire des espaces naturels de Haute-Savoie, Parc national de la Vanoise und Parc national des Ecrins.
Hauptziel von HABITALP war die Entwicklung einer alpenweiten Methode zur Erfassung und Analyse der Landschaftsstruktur mit Farbinfrarot-Luftbildern. Dabei konnte man auf die Erfahrungen des Nationalparks Berchtesgaden zurück greifen, der seit Mitte der 80er Jahre mit Luftbildern arbeitete.
Das Infrarot-Luftbild erlaubt eine bessere Vegetationsauswertung als die Normalfotografie. Mit flugzeuggestützten Aufnahmen liess sich im Planungshorizont des Projekts eine gegenüber Satellitenbildern bessere Auflösung erreichen. Flugzeuge können zudem an absolut klaren Tagen eingesetzt werden.
Kein Anbieter hatte entsprechende Digitalkameras im Einsatz. Auch für die automatische Auswertung der Rohdaten fand sich kein Anbieter.
Flug, Scannen der Bilder, Aerotriangulation und Berechnung der Orthophotos erfolgte durch TERRA Bildmessflug. Vorgaben waren ähnliche Kameratypen (Leica RC 30 oder Zeiss RMK TOP 30), derselbe Filmtyp (Kodak IR 2443) und ähnliche Bildmaßstäbe (1:10.000). In Flugrichtung sollten sich die Bilder zu 60 % überlappen. Die Pixelgrösse der Orthofotos sollte 15-20 cm und die Bildabweichung maximal einen Meter betragen. Aus 768'000 überflogenen Hektaren wurden 5'541 Bilder gewonnen.
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Photogrammetriearbeitsplatz mit Stereoskop zur Bildauswertung
Über die Sprachgrenzen hinweg wurde ein gemeinsamer, mehrsprachiger Kartierschlüssel (pdf) sowie eine gemeinsame Anleitung für die Interpretation von CIR-Luftbildern aus dem Hochgebirge (pdf) erarbeitet.
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Polygonabgrenzung
30 Personen wurden darin geschult, homogene Habitate (Polygone) abzugrenzen und ihnen entsprechende Schlüsselwerte zuzuordnen.
Um den Vorgang zu verstehen, lohnt ein Blick in die Kartieranweisung und den Interpretationsschlüssel.Die Kartierung erfolgte mittels stereoskopischer Betrachtung der Luftbilder und Digitalisierung in ein Geographisches Informationssystem. Das Ergebnis sind Datenbanken mit Flächenabgrenzungen und Habitatbeschreibungen entsprechend dem gemeinsamen Interpretationsschlüssel.
Die Standardmindestbreite von Habitaten beträgt 5 m, die Standardmindestfläche 1000 qm.
Eine komplette pflanzensoziologische Charakterisierung ist mit Luftbildaufnahmen nicht möglich.Die Zuweisung einer Fläche zu einem Habitattyp erfolgt nach Massgabe der vorherrschenden Bedeckung (Dominanzprinzip). Auf der zweiten Stufe werden Deckungsgrade verschiedener Straten und deren dominante Arten erfasst. Auf der dritten Stufe werden zusätzliche Charakteristika und die Baumartenanteile im Wald erhoben. Auf der vierten Stufe können bei Bedarf weitere Eigenschaften wie die horizontale Anordnung der Elemente in einer Fläche (Textur) erfasst werden.
Das Resultat sieht dann ungefähr so aus:
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Beispiel für einen typischen Mischwald mit dominantem Nadelholz in höheren Lagen:
– Wald, Altholz, Deckungsgrad Bäume bis 40 %,
– Hauptbaumart Fichte (knapp 30 %), vereinzelt mit Lärche bzw. Kiefer,
– Laubbaumanteil zwischen 10 und 20 %, die Arten sind im Luftbild nicht erkennbar,
– im Unterwuchs Gras und Zwergsträucher, genauer Anteil und Arten sind im Luftbild nicht weiter
differenzierbar.
– An wenigen Stellen ist der Boden frei von Vegetation, hier ist Fels sichtbar.
– Der Fussweg in dieser Fläche wird nicht erfasst.
Die gesamte kartierte Fläche umfasst rund 4300 qkm. Diese Fläche wurde durch die Mosaikierung und Interpretation in ca. 400'000 Einzelpolygone (Habitate) zerlegt. Bis zu 20'000 effektiv kartierte Habitattypen können gezählt werden.
Ein 196 Seiten umfassender Projektbericht HABITALP Final Report steht zum Download bereit. Er ist in englischer Sprache verfasst. Alle Kapitel sind mit deutschen, französischen und italienischen Zusammenfassungen versehen. Der richtige Link steht zuoberst auf der Seite (Direktlink zur ZIP-Datei).
Von der Startseite des HABITALP-Mapservers gelangt man durch Anklicken der Grafik zu den Mapserver-Anwendungen der beteiligten Nationalparks. Nach Auswahl der Layers und des Hintergrunds öffnet ein Klick auf das Häuschen in der Menuleiste die interaktive Kartenansicht.
Bonus: Der Nationalpark Hohe Tauern MapService steht als Beta-Version zur Verfügung.
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AW: Orbitale Umwelten
Telemetrie
Will man das Raumverhalten von Wildtieren oder Vögeln erforschen, benötigt man eine Kennung des Exemplars sowie Signalserien seiner Aufenthaltsorte.
Seit dreissig Jahren werden Tiere besendert und Funksignale boden- und satellitengestützt aufgezeichnet.
Argos ist ein satellitengestütztes System, um Position und Messdaten nicht ortsfester Objekte abzufragen.
Sobald ein Satellit ein Signal empfängt, schickt er es an eine Bodenstation weiter.
Seit 2004 gibt es leichte Satelliten-Sender mit Solarbetrieb und GPS-Ortung. Diese erlauben eine bis auf wenige Meter genaue Ortung.Aus der Doppler-Frequenzverschiebung ergibt sich die Entfernung von der Signalquelle zum Satelliten. Der Empfang durch mehrere Satelliten und der Vergleich mit Höhenprofilen des Erdbodens führt zu einer eindeutigen Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit besser als 150 m. (Wikipedia)
Das Gewicht der Sender ist von 45 bis unter 10 Gramm gefallen. Als Faustregel gilt, dass Sender maximal ein Zwanzigstel des Körpergewichts ausmachen dürfen. Somit lassen sich derzeit Tiere mit einem Körpergewicht ab 200 Gramm besendern.
Einem Economist-Bericht vom 8. März 2007 zufolge, könnte das Sendergewicht um eine weitere Zehnerpotenz sinken. Ein mehrwöchiger Sendebetrieb im Milliwatt-Bereich wäre möglich. Damit liesse sich das Flugverhalten von Kleinvögeln beobachten.
Im Alpenraum wurden Bartgeier und Alpensteinbock in den Projekten Bartgeier Unterwegs und Raumverhalten Alpensteinbock telemetrisch untersucht.
Bartgeier Unterwegs gehört zum seit 1978 laufenden Projekt Bartgeier Wiederansiedlung in den Alpen. 1986 erfolgte die erste Auswilderung in Rauris (Österreich). Seit 1997 werden Jungtiere flügge. Die am 5. Juni 2004 im Nationalpark Stilfser Joch ausgewilderten Bartgeier Culan und Ortler wurden besendert. Die Signale werden über Agos geortet.
Vor Projektbeginn wurde das Anbringen der Satellitensender an Bartgeiern in Gehegehaltung im Natur- und Tierpark Goldau getestet. Die Bartgeier haben die Sender sehr gut akzeptiert und zeigten kaum eine Verhaltensreaktion.
Zwei Systeme haben sich besonders gut bewährt: Zum einen die Befestigung auf einer Schwanzfeder und zum anderen mit einem elastischen Band, das ähnlich einem Klettergurt, um die Hüfte zu liegen kommt. Der kleine Sender ist hierbei kaum zu sehen und nur ein dünne Antenne ragt aus dem Gefieder. Beide Systeme werden im Projekt Bartgeier Unterwegs eingesetzt.
Zur Zeit sind Temperatio, Voltoi und Zufall besendert. Ohne Sender sind Culan, Folio, Natura und Ortler. Die Streifzüge dieser Vögel lassen sich übers Internet verfolgen und mit Google Earth nachfliegen.
Im Dreiländereck Salzburg, Kärnten und Osttirol im Bereich der Glocknergruppe wurden seit 1960 Steinwildkolonien gegründet. Gesamt betrachtet, leben derzeit in den Hohen Tauern etwa 1.000 Stück Steinwild, welche sich auf einzelne Teilpopulationen aufteilen. Diese Teilpopulationen stehen untereinander mehr oder weniger stark in Verbindung. Durch die Besenderung einzelner Stücke, vor allem Böcke, sollen einerseits die Zusammenhänge der Teilpopulationen besser erkannt und andererseits Erkenntnisse über das Wanderverhalten dieser Wildart gewonnen werden.
Steinwildtelemetrie: Raumverhalten des Alpensteinbockes in den Hohen Tauern (2006)
Alle nachfolgenden Bilder und Zitate stammen aus dieser Quelle.stein1.jpg
GPS-GSM Halsbandsender
Das GSM-Modul (Global System for Mobile Communication) ist für die Übertragung der Daten via SMS (Short Message Service) direkt ins Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie zuständig. Voraussetzung dafür ist ein GSM-Empfang sowohl im Bereich des Senders als auch des Empfängers. Die Sender können z.B. so programmiert werden, dass alle drei Stunden eine GPS-Lokalisation stattfindet (8 pro Tag) und dass je sieben getätigter Lokalisationen ein SMS abgesendet wird (Maximaldatenmenge für 1 SMS).
Der Batteriesatz (2 D-Zellen plus eine Ersatzbatterie für den VHF-Beacon) sollte bei den angestrebten Datenvolumen ca. zwei Jahre halten.
Aktivitätsdaten werden ebenfalls im Sender aufgezeichnet. Alle acht Sekunden wird die Beschleunigung des Senders in x- als auch in y-Richtung registriert und alle fünf Minuten wird der Mittelwert im Sender gespeichert.stein2.jpg
Tages-Reviere einzelner Tiere
Wie bereits im Projektablauf beschrieben, wurden im Jahr 2006 fünf Steinböcke besendert. Insgesamt wurden dabei 4.164 Positionsdaten an das Forschungsinstitut für Wildtierkunde übermittelt.
Durch das vorwiegende Nutzen alpiner Matten bzw. der wald- und baumfreien Gebirgsregionen fällt die Störung des GPS-Signals durch starken Kronenschlussgrad des Waldes praktisch weg. Einzig eine dichte Wolkendecke oder die Abschirmung durch Berge (sollte das Tier bei der Positionsbestimmung in einem Graben stehen) können die Übertragung des Signals hindern.stein3.jpg
Messpunkte für Rupert
Bock 1514 [Rupert, braunes Polygon] besitzt mit etwa 13.600 ha flächenmäßig das größte Streifgebiet. Bald nach seiner Besenderung in seinem Wintereinstand im Kalser Ködnitztal unternahm der Bock mehrere Versuche über die Pfortscharte Richtung Osten zu gelangen, was aber aufgrund der Schneelage in diesem Bereich nicht möglich war. Offensichtlich hatte dieses Tier bereits einen angestammten Sommereinstand, den es zu erreichen versuchte. Erst im vierten Anlauf im Juni konnte dieser Steinbock die Nordseite der Pfortscharte überqueren und wechselte zielstrebig innerhalb weniger Stunden in den Bereich der Pasterze, wo er den Sommer verbrachte. Ende November begann dieses Tier mit ausgedehnten Wanderungen, wie es um diese Zeit vor allem für mittelalte Böcke typisch ist. Innerhalb von 18 Tagen wechselte der Bock von der Pasterze über das Leiter- und Ködnitztal ins Kalser Dorfertal, von dort zurück ins Teischnitztal und wieder ins Dorfertal. Überaus zielgerichtet wanderte es innerhalb weniger Stunden weiter auf das Böse Weibele in Kals, wo er übernachtete. Am nächsten Tag ging die Reise wieder über das Leitertal wieder zurück in den Bereich der Pasterze. Dort verweilte der Bock einige Tage, bis er sich auf eine zweite größere Wanderung Richtung Osten in das große Fleißtal begab. Dort verbrachte er die Brunftzeit und wechselte gegen Mitte Jänner wieder zurück in den Bereich der Franz-Josepfshöhe, wo sich offensichtlich der diesjährige Wintereinstand befindet.stein4.jpg
Rupert-Tracking
Zur Höhenermittlung wurden die Positionsdaten mit dem digitalen Geländemodell verschnitten und Tagesmittelwerte berechnet:
Von Mai bis Dezember ergibt sich für Rupert folgende Wanderbewegung:Der höchste Tagesmittelwert wurde mit 2.914m am 27.11.2006 erreicht. Bei der bisherig höchsten Einzelmessung erreichte das Tier am 22.7.2006 eine Seehöhe von 3.058 m. Der niedrigste Tagesmittelwert wurde am 14.6.2006 mit 2.011 m gemessen, die niedrigste Einzelmessung erfolgte am 12.6.2006 mit 1.995 m.
Die Besenderung erfolgte am 17.5. im Ködnitztal, nordöstlich von Kals. Bis Mitte Juni verbleibt der Bock in diesem Tal und zieht dann Richtung Pasterze und stellt sich dann rund um den Freiwandkopf bzw. im Freiwandeck oberhalb der Zufahrtsstraße zur Franz-Josef-Höhe ein.
Juli und August zeigen ähnliche Bilder. Der Bock ist in dem Gebiet zu finden, welches sich vom Margaritzen-Stausee entlang der Nord-Ost Seite der Pasterze (Gamsgrube, Hofmannshütte) über die Südhänge des Fuscher-Kar-Kopfes bis hin zum sog. Naßfeld erstreckt. Dabei erreicht er z.T. Höhen über 3.000m Seehöhe (22.7.).
Im September und Oktober ist er hauptsächlich entlang der Nord-Ost Seite der Pasterze zwischen Hofmannshütte und Oberwalderhütte zu finden. Mitte November beginnt er zu wandern und zieht über das Südende der Pasterze, über das Leitertal Richtung Westen zum Gebirgsstock nördlich von Kals, wo er abermals Höhen über 3.000m erreicht.
Anfang Dezember wandert er Richtung Osten, überschreitet am 5.12 die Großglockner-Hochalpenstraße und findet sich dann in den Südhängen unterhalb des Krumlkeeskopfes ein. Wie Abbildung 14 zeigt, ist eine starke Präferenz des Tieres zu Süd- und Südwesthängen zu finden, jeweils rund 300 Datenpunkte konnten diesen Hangausrichtungen zugeordnet werden.*****
Vgl. Alpine Umwelten, Beitrag #8, Klimawandel und Gesundheit. Dort gingen wir auf das Projekt GIS-gestützte Ermittlung der Veränderung des Lebensraumes gefährdeter Wildtierarten (Schneehuhn, Birkhuhn, Gamswild, Steinwild) bei Anstieg der Waldgrenze aufgrund Klimaveränderung (pdf-Volltext) ein, das einen Teil seiner Daten aus dem gerade referierten Projekt Raumverhalten Alpensteinbock bezieht.
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AW: Orbitale Umwelten
Dafür gibt es den "Leaf-Area-Index" der einem dabei schon wesentlich hilft!Zitat von geröllheimer
http://en.wikipedia.org/wiki/Leaf_Area_Index
http://www.daac.ornl.gov/VEGETATION/lai_des.html
http://earthobservatory.nasa.gov/Obs...lai.modis.html
http://www.terradew.uni-jena.de/sites/lai.htmlLGr. PablitoKommentar
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AW: Orbitale Umwelten
Starkregen in Berggebieten
Warum gibt es keine verlässliche Wettervorhersage für Gewitter und Starkregenfälle in Berggebieten?
Ein Grund sind die von Wetterdiensten eingesetzten Wettervorhersagemodelle. So verwendet der Deutsche Wetterdienst ein Wettervorhersagemodell mit einer Auflösung von sieben mal sieben Kilometern. Seit kurzem gibt es für die Kürzestfristvorhersage ein Upgrade mit einer Auflösung von immer noch 2,8 mal 2,8 Kilometern.
Zum zweiten gehören Konvektion und Wolkenbildung zu den komplexesten Vorgängen in der Erdatmosphäre. Landschaftsstruktur, Feuchtigkeits- und Temperaturverteilung, Windsysteme und Luftpartikel interagieren in einem komplexen Wechselspiel. Wichtige Parameter werden bislang garnicht gemessen.
Diese Komplexität erhöht sich beim Übergang vom Flachland ins Berggebiet schlagartig. Variiert, um ein Beispiel herauszugreifen, die Besonnung flachen Landes in Übereinstimmung mit dem Sonnenstand, so stellt sich in der Kleinräumigkeit von Gipfel-, Hang- und Tallagen ein ständiger Wechsel von Sonnen- und Schattenzonen ein.
Das World Weather Research Program der Wold Meteorological Organization bringt nun die führenden meteorologischen Forschungszentren aus acht Ländern in einer alle Höhenstockwerke zwischen Satellit und Boden bespielenden Messkampagne zur Niederschlagsforschung im Raum Vogesen-Rheintal-Schwarzwald-Schwäbische Alb zusammen, um in einem von 1. Juni bis 30. August 2007 geöffneten Freiluftlabor die Grundlagen einer neuen Generation hoch auflösender Wetter- und Klimamodelle zu schaffen.
Das Projekt heiss COPS: Convective and Orographically–induced Precipitation Study und wird vom Institut für Physik und Meteorologie der Universität Hohenheim und vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung am Forschungszentrum Karlsruhe geleitet.
Die Forscher beschreiben das Projekt so:
Die Wirkung konvektiver Prozesse auf den Aufwärtstransport von Spurenstoffen aus der bodennahen Luftschicht ist ein wichtiges Problem in der Atmosphärenforschung.
Die Quantitative Niederschlagsvorhersage ist eine wissenschaftliche Herausforderung aufgrund der vielfältig wechselwirkenden Prozesse, die nur unzureichend in aktuellen Vorhersage-Modellen repräsentiert sind.
In einem gemeinsamen Feldexperiment im Sommer 2007 zu konvektiven Prozessen, zur Niederschlagsbildung und deren Vorhersagbarkeit über Mittelgebirgsregionen sollen offene Fragen untersucht werden.Die Quantitative Niederschlagsvorhersage ist vielfach noch so ungenau, dass sie für wichtige Anwendungen, wie z.B die Hydrologie, kaum genutzt werden kann.
Die Schwächen sind zur Zeit (a) die mangelhafte Erfassung der Komponenten des Wasserkreislaufs, (b) die nicht aufgelösten Strukturen, sowie Fehler in den Anfangsfeldern und (c) unzureichende Methoden zur optimalen Einbindung von Beobachtungen in Vorhersagemodelle.
Es ist Ziel von COPS, die Vorhersagequalität von orographisch induzierten Niederschlägen durch 4-dimensionale Messungen und durch Modellierung der Prozessabläufe zu verbessern.cops.jpg
Gleichzeitige Messung atmosphärischer Parameter auf boden- und flugzeuggestützten Messplattformen.
Vom Weltraum aus liefert der Wettersatellit METEOSAT alle 10 Minuten neue Wetterfotos. Zieht Schlechtwetter auf, hoffen die Forscher auf flächendeckende Fotografien von der Wolkenunterseite durch die dazu eingeladene Bevölkerung des Untersuchungsraums.Die Probleme werden mit folgenden Verfahren bearbeitet:
1. Erschließung von Synergieeffekten durch den Einsatz von In-Situ- und Fernerkundungs-Messinstrumenten auf boden- und luftgestützten Geräteträgern.
2. Einsatz von speziell auf komplexe Geländeformen angepassten Vorhersagemodellen.
3. Nutzung von Datenassimilations- und Ensemblevorhersage-Systemen.
Neun Forschungsflugzeuge und ein Zeppelin kreisen in verschiedenen Höhen über dem Projektgebiet.
Über 100 Messstationen wurden aufgebaut, darunter fünf Super-Sites mit Spezialinstrumenten. Dazu kommen mobile Messinstrumente auf Lastwagen, die den Niederschlagsgebieten folgen.
COPS Infoseite
COPS Wissenschaftsseite
Ballonreigen über dem Schwarzwald: Forscher wollen Platzregen messen [Forschung Aktuell, 1. Juni 2007]
Das Forschungsprojekt ist Teil eines grossen Forschungszusammenhangs zur Atmosphärenphysik. Dazu gehört auch das Mesoscale Alpine Programme, das 1999 Wetterbedingungen über der komplexen Topographie des Hochgebirges untersuchte.
Die daraus gewonnenen Vorhersagemodelle werden von 1. Juni bis 30. November 2007 im Projekt D-PHASE: Demonstration of Probabilistic Hydrological and Atmospheric Simulation of flood Events in the Alpine region auf ihre Prognosefähigkeit für Starkregenfälle und damit einhergehende Überflutungen getestet.
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AW: Orbitale Umwelten
Hochwasser 2005
Ergänzend lohnt ein Rückblick auf die Starkregenfälle und Hochwasserereignisse vom August 2005.
Dazu sind umfangreiche Dokumentationen erschienen.
Österreich
Hochwasser 2005: Ereignisdokumentation
Wien: Lebensministerium 2006
Schweiz
Ereignisanalyse Hochwasser 2005
Teil I: Prozesse, Schäden und erste Einordnung
Bern: Bundesamt für Umwelt 2007
Bayern
August-Hochwasser 2005 in Südbayern
München: Landesamt für Umwelt 2006
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AW: Orbitale Umwelten
Noch mehr Niederschlag
Flotte Superrechner und ausgefeilte Algorithmen liefern heute einen Ausblick auf das Klima von morgen. Doch der kann trügen, denn zwar geben sie einen Anhalt auf die Temperaturentwicklung, doch bei Konsequenzen im feineren Maßstab, etwa Bewölkung und Niederschlagsentwicklung, bleiben ihre Prognosen nebulös.Verwaschenes Bild aus der Glaskugel
Klimamodelle schwächeln bei Niederschlag und Wolkenbildung
Forschung Aktuell, 4. Juni 2007
Die kleine Firma Remote Sensing Systems in Kalifornien hat sich schon mehrfach mit kritischen Punkten der Klimaforschung befasst. Zum Beispiel, als es noch hieß, Satellitenmessungen zeigten überhaupt keine Erderwärmung. Da waren es die Kalifornier, die herausfanden, dass sich Fehler bei der Auswertung der Satellitendaten eingeschlichen hatten. Jetzt veröffentlichen die Fernerkundungsexperten abermals eine Arbeit im US-Wissenschaftsmagazin "Science". Erneut stützten sie sich auf Satellitenbeobachtungen. Doch diesmal bringt ihre Studie nicht irgendwelche Zweifler in Verlegenheit, sondern die Klimaforscher selbst. Die globalen Rechenmodelle, die sie benutzen, haben demnach eine grundlegende Schwäche: Sie unterschätzen die Zunahme des Niederschlags durch die Klimaerwärmung sehr stark. Frank Wentz, Physiker und Direktor von Remote Sensing Systems:
Wir haben die Daten verschiedener Satelliten analysiert und daraus eine globale Regenchronik erstellt, für die letzten zwei Jahrzehnte. Dabei zeigte sich, dass die Niederschlagsmengen zugenommen haben. Ermittelt man die Steigerungsrate, dann kommt man auf plus 6,5 Prozent für jedes Grad Celsius, um das sich die Erde erwärmt. Die Klimamodelle gehen aber nur von ein bis drei Prozent aus, das heißt: Der Niederschlag nimmt dreimal so stark zu, wie es die Modelle vorhersagen.
In den Beobachtungszeitraum fielen auch die Jahre 1997 und '98. Im aufgeheizten tropischen Pazifik entstand damals ein starker El Nino, eine natürliche Klimaschwankung. Sie tritt periodisch auf und wirbelt das Wetter auch an anderer Stelle gewaltig durcheinander.
Während dieses El Ninos haben die Niederschläge in den Tropen stark zugenommen. Global gesehen wuchs die Regenmenge in dieser Zeit um drei Prozent. Die Simulationen der Klimamodelle zeigten dagegen nur ein bis 1,5 Prozent mehr. Auch hier unterschätzten sie den Trend also stark. Man muss daher bezweifeln, dass die Modelle in der Lage sind, das künftige Niederschlagsverhalten richtig vorherzusagen.
Messfehler schließen Wentz und seine Kollegen aus. Dann müssten sich unterschiedliche Satelliten-Instrumente gleichermaßen irren, was eher unwahrscheinlich ist. Also hapert es wohl an den Klimamodellen. Die aufwändigen Rechenprogramme liegen nicht völlig daneben. Realitätsnah zeigen sie, dass eine wärmere Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnimmt. Auch höhere Verdunstungsraten in den Tropen werden von den Modellen abgebildet. Doch dass das zusätzliche Wasser irgendwann wieder als Niederschlag zur Erde fallen muss, damit die Balance gewahrt bleibt - damit haben die Simulationen offensichtlich Schwierigkeiten. Man kann sich denken, woran das liegt: Noch immer schaffen es die Klimamodelle nicht, Wolken und ihre Entstehung richtig darzustellen. Das sind Prozesse, die sich auf zu kleinem Raum abspielen. Auf dieses Defizit weist auch der Klimarat der Vereinten Nationen in seinem neuen Sachstandsbericht hin. Darin heißt es, Zitat:
Die Häufigkeit und die Menge extremer Niederschläge wird von den Modellen unterschätzt. Mängel bestehen weiterhin bei der Simulation tropischer Regenfälle. Große Unsicherheiten sind mit der Darstellung von Wolken verbunden und auch damit, wie Wolken auf den Klimawandel reagieren.
Besserung ist allerdings nicht in Sicht. So genau, dass sie auch Wolken naturgetreu simulieren, können globale Klimamodelle gar nicht sein. Dafür reichen heutige Supercomputer und ihre Rechenleistungen bei weitem nicht aus. Die Temperatur-Trends aus den Klimarechnern mögen zuverlässig sein. Aber was die Niederschlags-Simulationen anbelangt, rät Physiker Wentz lieber zur Vorsicht:
Wenn sich herausstellt, dass der Trend der letzten 20 Jahre auch in der Zukunft anhält, dann werden die Niederschlagsmengen dreimal größer sein als von den Klimamodellen vorhergesagt. Das ist eine gute Nachricht für trockene Regionen, die auf Wasser angewiesen sind. Aber eine schlechte für Länder wie Bangladesh. Dort will man sicher nicht noch mehr Regen als jetzt schon haben.
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AW: Orbitale Umwelten
Texte zur Fernerkundung
(1) Robin Mejia, These Satellite Images Document an Atrocity
[Washington Post Magazine, June 10, 2007]
kedouas.jpg
Before December 2005, the Chadian village of Bir Kedouas was a tidy collection of huts in walled compounds and cultivated fields. A later satellite image shows what is left: The former homesites (marked with red circles) and fields are now a charred scar in the earth. The entire population was either killed or fled. Such images may be providing a powerful new weapon in the struggle to stop genocide.
(2) Petra Vitolini Naldini, Envisat, der Weltraum-Spion für die Erdatmosphäre
[Telepolis, 8. Juni 2007]
dioxid.jpg
Umweltforschern der Universität Bremen ist es zum ersten Mal gelungen, den Anstieg des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre mittels der Daten des Envisat-Instruments SCIAMACHY zu beobachten.
(3) Europa baut seine Umweltbeobachtung aus
[VDI-Nachrichten, 8. Juni 2007]
Das europäische Umweltbeobachtungssystem GMES (Global Monitoring für Environment and Security) soll Daten zur Umweltbelastung und zur Sicherung der europäischen Grenzen liefern. Zugleich ist GMES aber auch ein Stück europäische Industriepolitik.
(4) Die schief vermessene Welt
[VDI-Nachrichten, 8. Juni 2007]
Geodaten sind für Klimaforscher die Wegzehrung, die sie brauchen, um voranzukommen. Doch die Qualität der Daten lässt teils zu wünschen übrig, teils sind sie schlicht nicht verfügbar. Mit der Vernetzung der Weltdatenzentren versucht die Wissenschaft nun mit dem Informationswust aufzuräumen. In der EU sollen die Standards für behördliche Geodaten angeglichen werden.
Bonus: World Data Center System
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AW: Orbitale Umwelten
TerraSAR-X
Freitag, den 15. Juni 2007, soll DNEPR-1 ab 4.14 Uhr CEST den deutschen Fernerkundungssatelliten TerraSAR-X vom Weltraumbahnhof Baikonur aus in einen nahezu polaren, sonnen-synchronen, dusk-dawn Orbit in 514 km Höhe bringen.
Auf der Tag-Nacht-Grenze der Erde fliegend und der Sonne sein Solarzellenpaneel zuwendend, kann TerraSAR-X auf seiner elftägigen Bahn jeden Punkt der Erde innerhalb von zwei bis vier Tagen mit einer Auflösung von einem Meter radartechnisch erfassen.
Mit TerraSAR-X unterstreicht Deutschland seine ihm von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA eingeräumte Führungsposition in der Erdbeobachtung.
In einer öffentlichen-privaten Partnerschaft zwischen dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der EADS Astrium GmbH realisiert, positioniert sich TerraSAR-X im entstehenden Weltmarkt für Fernerkundungsdaten.
In öffentlicher Hand bleiben Betrieb, Eigentumsrechte und wissenschaftliche Nutzung. Die kommerziellen Nutzungsrechte gehen an die 100-prozentige EADS Astrium-Tochter Infoterra GmbH. EADS Astrium beteiligt sich an den Entwicklungs- und Betriebskosten des Satelliten und finanziert, bei Erreichen der Marktprognosen, das Nachfolgemodell.
Der 1200 km schwere Satellit weist einen sechseckigen Querschnitt auf. Eine Seitenfläche belegen die Elektronikboxen für Radar und Satellit, eine andere der Gallium-Arsenit basierte Solargenerator. Die Radarantenne ist 5 m lang und 80 cm breit, die Downlink-Antenne befindet sich auf einem 3,3 m langen Mast.
Radartechnik arbeitet unabhängig von Licht und Wetter. Der Radarimpuls läuft von der Antenne zur Erdoberfläche und als reflektiertes Radarecho wieder zur Antenne zurück. Im Spotlight-Modus wird ein 10 x 10 km grosses Gebiet mit einer Auflösung von 1-2 m bestrahlt. Bewegliche Objekte können verfolgt und Höhenänderungen, beispielsweise bei Erdbeben, im Millimeterbereich registriert werden.
Die Einsatzbereiche reichen von Klimamodellierung, Seismologie und Vulkanologie, Landnutzung, Infrastrukturplanung bis zum Katastrophenmanagement. Die nachfolgenden Beispiele stammen aus der offziellen TerraSAR-X-Broschüre:
Weltraumgestützte Sensoren werden aber auch für die Erdbeobachtung eingesetzt, etwa für die Erforschung von Veränderungen in unserer Atmosphäre, für die Klimaforschung, für die Beobachtung von Vorgängen in unseren Weltmeeren, für geologische Untersuchungen und vieles mehr. Fernerkundungsdaten aus dem All ergänzen und komplettieren dabei erdgestützte Messungen. Unverzichtbar sind sie immer dann, wenn ein globaler Blick auf unsere Erde notwendig ist, wie zum Beispiel beim Wetter oder bei der Beobachtung der Eiskappen der Pole.Wichtige Indikatoren für den globalen Klimawandel sind die Ausdehnung und Verteilung von Meereis wie auch das Volumen von Eisbergen. Für die Beobachtung des Polarbereichs sind die Allwettertauglichkeit und Unabhängigkeit vom Sonnenstand von großem Vorteil. Zudem ist das X-Band besonders gut geeignet für die Erkennung von jungem Seeeis, da es eine Trennung mit offenen Wasserflächen ermöglicht.Präzise und aktuelle Information über die Verteilung, Zusammensetzung und Änderung von Vegetationsarten ist die Basis für viele Anwendungen. Sie werden benötigt für Studien zum globalen Klimawandel, die Erfassung und Beobachtung von Habitaten, die Risikoabschätzung, die Schaffung von soliden Planungsgrundlagen sowie die Einführung und Durchsetzung von internationalen und nationalen Konventionen, etwa dem Kyoto-Protokoll.Mit dem neuen Radarsatelliten TerraSAR-X werden insbesondere die Landmassen der Erde in Augenschein genommen. Dazu gehören die Kartierung unserer Waldflächen, die Erstellung und regelmäßige Aktualisierung von Landnutzungskarten, die Erfassung von Feldfruchtarten auf landwirtschaftlich genutzten Flächen sowie die Erforschung und Überwachung geologisch aktiver Gebiete wie Vulkan- und Erdbebenregionen. Mit der zunehmenden technischen Leistungsfähigkeit der Sensoren lassen sich derartige Daten immer präziser von Satelliten aus erheben.Dank exakter Informationen über die Kontur der Erde können Wissenschaftler beispielsweise vorhersagen, entlang welcher Wege das Wasser auf der Oberfläche unseres Planeten fließt. Durch "virtuelles Fluten" der digitalen Landschaft am Computer lassen sich die Auswirkungen lang andauernder Regenfälle simulieren und Überschwemmungen beziehungsweise deren Auswirkungen auf die Umwelt vorhersagen. Mit Computermodellen von Flüssen und ihren Stromgebieten können auch Voraussagen über die Verfügbarkeit von Wasser getroffen werden – eine Möglichkeit, die Lebenssituation in den wasserarmen Regionen dieser Welt zu verbessern.Die Kombination von genauen Höhendaten mit Informationen über den Bewuchs und vom Menschen erschaffene Oberflächenstrukturen wie Straßen und Gebäude hilft Konstruktionsfirmen, beispielsweise Stromleitungen, Öl-Pipelines, aber auch Eisenbahnlinien oder Brücken am Computer zu planen. Die digitale Karte unterstützt damit den Landvermesser vor Ort.Mobilfunkunternehmen können mithilfe eines Geländemodells die Ausbreitung der Funkwellen simulieren und die optimale Position ihrer Antennenmasten bestimmen. Schon in der Planungsphase lassen sich "Funklöcher" aufdecken und durch eine günstige Positionierung der Masten beseitigen. Störungen entstehen etwa durch Reflexionen der Radiowellen an Bauwerken oder Bergen. Sie verhindern den Empfang der Signale, die sich geradlinig ausbreiten.Ausgestattet mit der von Deutschland und Italien gemeinsam entwickelten SAR-X-Radartechnologie, hat Italien am 8. Juni 2007 den ersten von vier Mittelmeerbeobachtungssatelliten seines Constellation of Small Satellites for Mediterranean basin Observation (COSMO) Programms ins All gebracht.Schon heute warnen Navigationssysteme den Piloten, wenn sein Flugzeug sich unbeabsichtigt dem Erdboden oder einem Hindernis nähert. Je präziser die Geländemodelle, die diesen Systemen zu Grunde liegen, desto früher und zuverlässiger ist eine Warnung möglich. Wissenschaftler des DLR arbeiten zurzeit an Systemen, die im Cockpit eine künstliche Außensicht schaffen. Damit sehen die Piloten auf ihren Bildschirmen auch bei Nacht oder in dichter Bewölkung jedes Detail der überflogenen Landschaft, die zuvor auf Basis von digitalen Höhenmodellen im Bordcomputer gespeichert wird.
Für 2009 geplant ist der Start des Schwestersatelliten TanDEM-X, der, in einem engen, präzise kontrollierten Formationsflug mit TerraSAR-X, stereobildartige Aufnahmen mit einer relativen Höhenmessgenauigkeit von besser als 2 m ermöglicht. Damit soll ein globales Höhenmodell der Erde in nicht gekannter Genauigkeit erstellt werden.
Weiterführende Literatur:
Wolf-Dieter Roth, Augen durch Nacht und Wolken: TerraSAR-X: Deutscher Beobachtungssatellit im Mikrowellenbereich [Telepolis, 22.11.2006]
TerraSAR-X: Das deutsche Radar-Auge im All/The German Radar Eye in Space, Köln: DLR 2006
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AW: Orbitale Umwelten
TerraSAR-X im All
ITAR-TASS zufolge ist TerraSAR-X planmässig ins All gestartet:
A Russian Dnepr rocket carrying Germany's remote sensing satellite TerraSAR-X blasted off from the Baikonur space site at 06:14 Moscow time, sources at the southern cosmodrome said.
Die Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt:
Ein Fernerkundungsprojekt der Universität Jena kartiert den globalen Wald:Mit dem erfolgreichen Start des deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X am Freitag, 15. Juni 2007, 8:14 Uhr Ortszeit (= MESZ 4:14 Uhr) vom russischen Kosmodrom Baikonur (Kasachstan) hat die Kartierung der Erde in einer neuen Qualität begonnen. Während der nächsten fünf Jahre sollen neue und hochwertige Radarbilder der Erdoberfläche erstellt werden.
"Das Ziel der fünf Jahre dauernden Mission ist die Erfassung von neuen und hochwertigen Daten der Erdoberfläche auf Radarbasis", so Prof. Johann-Dietrich Wörner, Vorstandsvorsitzender des DLR. Wörner weiter: "TerraSAR-X ist der erste deutsche Satellit, der im Rahmen einer so genannten Public Private Partnership (PPP) realisiert wird. Deutschland ist hiermit Vorreiter bei gemeinschaftlich von öffentlicher Hand und Industrie durchgeführten Weltraummissionen."
Die Gesamtkosten für Bau und Start des Satelliten belaufen sich auf 130 Millionen Euro. Davon trägt das DLR 102 Millionen Euro und das Raumfahrtunternehmen Astrium steuert Eigenmittel in Höhe von 28 Millionen Euro bei. Für die Entwicklung des Bodensegments und den Betrieb über fünf Jahre kommen noch einmal rund 55 Millionen Euro hinzu. 45 Millionen Euro zahlt das DLR, den Rest übernimmt Infoterra, eine eigens zum Zweck der Vermarktung gegründete Tochtergesellschaft von Astrium.
Die Anwendung der Daten für wissenschaftliche Zwecke obliegt dem DLR, das auch die Missionskonzeption und -durchführung sowie die Satellitensteuerung übernimmt. Astrium beteiligt sich an den Kosten für Entwicklung, Bau und Einsatz des Satelliten. Die Infoterra GmbH übernimmt die kommerzielle Vermarktung der Daten. Dabei soll die gesamte verfügbare Aufnahmekapazität des Satelliten je zur Hälfte der Wissenschaft und der Industrie zugute kommen.
Mit TerraSAR-X werden aus früheren Radar-Missionen gewonnene Techniken und Erkenntnisse ausgebaut und systematische Langzeitbeobachtungen vorgenommen. So ist etwa die Beobachtung der Vegetation von herausragender Bedeutung für menschliches Leben. Präzise und aktuelle Information über die Verteilung, Zusammensetzung und Änderung von Vegetationsarten ist die Basis für viele Anwendungen. Eines der herausragenden Merkmale von TerraSAR-X ist die hohe räumliche Auflösung, die bisher bei keinem zivilen Radarsystem erreicht wurde. Diese ermöglicht den Wissenschaftlern, detaillierte Bodenmerkmale für eine bessere Klassifizierung, zum Beispiel die Trennung verschiedener Feldfrüchte, einzubeziehen.
Völlig neue Perspektiven wird TerraSAR-X auch für die Beobachtung städtischer Räume bieten. Die hohe Auflösung von TerraSAR-X wird dabei den Detailierungsgrad deutlich verbessern, so dass einzelne Gebäude, Stadtstrukturen und Infrastruktur wie Straßen und Eisenbahnlinien erkannt und kartiert werden können.
Ein weiteres wissenschaftliches Anwendungsfeld für TerraSAR-X ist die Beobachtung der Ozeane und der Küstenregionen. Sie sind von vielen menschlichen Aktivitäten betroffen, wie beispielsweise Off-Shore Förderung, Schifffahrt und Fischerei. Wichtige Merkmale für den globalen Klimawandel sind die Ausdehnung und Verteilung von Meereis wie auch das Volumen von Eisbergen. Für die Beobachtung des Polarbereichs sind die Allwettertauglichkeit und Unabhängigkeit vom Sonnenstand von großem Vorteil.
Der Satellit wird die Erde in einer Höhe von 514 Kilometern auf einer polaren Umlaufbahn umrunden und mit seiner aktiven Antenne unabhängig von Wetterbedingungen, Wolkenbedeckung und Tageslicht Radardaten mit einer Auflösung von bis zu einem Meter liefern. Mit an Bord sind neben dem Radar-Instrument auch zwei sekundäre Nutzlasten:
Das Laser Communication Terminal (LCT) ist ein Technologie-Demonstrator, der zur In-Orbit Verifikation einer schnellen optischen Datenübertragung im Weltraum eingesetzt werden soll. Mit dem vom DLR finanzierten und von der Firma TESAT gebauten Instrument soll eine Verbindung zwischen TerraSAR-X und einer Bodenstation hergestellt werden. Später wird man über dieses neue Lasersystem große Datenmengen zum Boden übertragen können.
Das Tracking, Occultation and Ranging Experiment (TOR) wird vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) in Zusammenarbeit mit dem Center for Space Research der Universität Texas (UT-CSR) zum Mitflug auf TerraSAR-X bereitgestellt. Es besteht aus dem Zweifrequenz-GPS (Global Positioning System) sowie einer Laser Reflektor Einheit. TOR erlaubt eine hochexakte Bahnbestimmung des Satelliten mit bis zu 10 Zentimetern Genauigkeit, was der Qualität der Radarbilder zu Gute kommt.
Die Software für das Kontrollzentrum kommt von Siemens:Strahlenden Himmel und Sonnenschein – dieses Wetter lieben nicht nur sonnenhungrige Urlauber oder Besitzer von Solarenergie-Anlagen. Auch für die Arbeit von Geowissenschaftlern, die sich mit Fernerkundung befassen, war bislang ein wolkenloser Himmel eine wichtige Arbeitsvoraussetzung. "Andernfalls zeigten uns Satellitenaufnahmen, die wir für unsere Forschungen nutzen, nichts von der Erdoberfläche sondern lediglich eine Wolkendecke", sagt Prof. Dr. Christiane Schmullius.
"Doch diese Zeiten sind vorbei", ist sich die Inhaberin des Lehrstuhls für Fernerkundung an der Friedrich-Schiller-Universität Jena sicher. Denn am 15. Juni startet vom kasachischen Weltraumbahnhof Baikonur aus der deutsche Fernerkundungssatellit "TerraSAR-X". Dieser gleichermaßen öffentlich wie privat finanzierte Satellit arbeitet per Radar. Seine Instrumente liefern aus 500 Kilometern Höhe hochaufgelöste Bilder von der Erdoberfläche. "Und zwar unabhängig von Tageslicht und bei jedem Wetter", so Schmullius. Gegenüber bisheriger Satelliten, wie z. B. Envisat, die Aufnahmen mit einer Auflösung von 25 Metern lieferten, ist "TerraSAR-X" ein echtes Adlerauge: seine Bilder sollen bis auf einen Meter aufgelöst sein.
Dies freut die Jenaer Geografin vor allem deshalb, weil sie und ihre Partner zu den ausgewählten Teams gehören, die die Daten, die "TerraSAR-X" aus seiner Umlaufbahn zur Erde funken wird, wissenschaftlich als Erste nutzen dürfen. Ihr Projektvorschlag gehört zu den sieben aus 41 Vorschlägen, die das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) dafür ausgewählt hat. Das DLR als Auftraggeber für Entwicklung und Bau des Satelliten ist zuständig für dessen wissenschaftliche Nutzung.
In ihrem Projekt werden die Geografen von der Jenaer Universität eng mit der Welternährungsorganisation (FAO) der Vereinten Nationen zusammenarbeiten. "Diese Organisation veröffentlicht seit 1946 in Abständen von fünf bis zehn Jahren einen Bericht zum weltweiten Waldbestand", weiß Prof. Schmullius. Das Wissen um die globalen Waldressourcen ist dabei sowohl von wissenschaftlichem als auch von wirtschaftlichem Interesse. So regulieren die Wälder den Kohlendioxidgehalt in unserer Atmosphäre und nehmen entscheidenden Einfluss auf das Klima. "Aber auch um den Bedarf und die Ressourcen für die Nutzung von Holz etwa im Bereich der Papier- oder Möbelherstellung abzuschätzen, sind solche Daten wichtig", weiß Prof. Schmullius.
Bisher basiert die Statistik der FAO jedoch ausschließlich auf den Daten, die die nationalen Forstbehörden der Organisation melden, wobei es sich nicht um geografisch lokalisierbare statistische Angaben handelt. Für Validierungszwecke müssen jedoch Kartierungen herangezogen werden. In tropischen sowie borealen Bereichen sind diese mit optischen Daten allein nur ungenügend zu realisieren, da diese Gebiete in der Regel von Wolken bedeckt sind. Hier wird TerraSAR-X maßgeblich Unterstützung leisten und eine Überprüfung der globalen Angaben erst ermöglichen.
Radarauge sieht bei jedem Wetter [Pressemitteilung der Friedrich-Schiller-Universität Jena, 14. Juni 2007]
Weitere Presseberichte mit interessanten Details:Der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X findet seinen Weg im All mit Software-Lösungen von Siemens IT Solutions and Services. Siemens entwickelte unter anderem die Steuerungssoftware weiter für Test- und Bodenkontrollsysteme des fliegenden High-Tech-Auges. Der Auftrag kam vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Astrium GmbH. Der Satellit soll am 15. Juni 2007 vom Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan in seine Umlaufbahn um die Erde starten.
Siemens IT Solutions and Services entwickelte und wartet künftig wesentliche Teile für das Missions-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen bei München, die für den Bau und den Betrieb des Satelliten genutzt wurden und werden.
Herzstück ist das so genannte Spacecraft Control and Operations System - es steuert und überwacht das fünf Meter lange und 1.230 Kilo schwere Objekt während der fünf Jahre des Fluges. Das System wurde ursprünglich von der europäischen Weltraumbehörde ESA entwickelt und von Siemens IT Solutions and Services für die TerraSAR-X-Mission angepasst und weiterentwickelt.
Siemens implementierte in diesem Zusammenhang eine spezielle Datenbank-Lösung: Sie dokumentiert die gesamte Lebensgeschichte des Satelliten und archiviert alle Daten der Steuerung, des Antriebs, der Positionierung und der Konfiguration - jeden einzelnen Befehl, der an den Satelliten geschickt wird sowie jede Betriebsinformation, die vom Satelliten kommt. Die Datenbank wird im Laufe der Mission auf eine Größe von sieben Terabyte wachsen.
Das Mission Control System von Siemens fungierte bereits als Testsystem viele Monate vor dem Satellitenstart: Astrium prüfte damit den Satelliten während seines Baus auf Herz und Nieren.
Im Übrigen ist der deutsche Satellit damit auch ein "bisschen" Österreicher, denn die Lösungen stammen teilweise von Siemens IT Solutions and Services "Space Business" in Österreich.
Quelle: portel.de, 14. Juni 2007
Erste Kunden gibt es bereits. Schon 2005 konnte Infoterra beispielsweise mit dem japanischen Unternehmen Pasco einen zehn Millionen Euro schweren Vertrag über die Nutzung von TerraSar-X-Daten für den japanischen Markt abschließen. Die Japaner sind vor allem daran interessiert, bei Erdbeben und anderen Katastrophen schnell verlässliche Daten zu erhalten. "Das muss auch durch Rauch und Wolken hindurch möglich sein", so Herrmann. Flugzeuge oder mit optischen Kameras arbeitende Satelliten können das nicht leisten, die Radaraugen von TerraSar-X dagegen schon.
Besonders interessant könnten die TerraSar-X-Daten für Afrika und Südamerika sein. Dort ist die Topografie in vielen Regionen bisher nur ungenau bekannt. Die Nutzung von Luft- und Satellitenaufnahmen ist in tropischen Regionen wegen des hohen Bewölkungsgrads oft nicht lückenlos oder nur durch mehrjährige Messungen möglich. "Mit TerraSar-X können wir ein Land von der Größe Deutschlands innerhalb von zweieinhalb Monaten komplett abdecken", sagt Herrmann, "nach weiteren zweieinhalb Monaten ist eine Radarbildkarte im Maßstab 1:50 000 fertig!" Das entspricht der Auflösung einer Wanderkarte.
Aber auch für deutsche Landesvermessungsämter ist das Angebot interessant. Zwar gibt es hier flächendeckend Luftaufnahmen in hoher Auflösung. Doch die rechtlich vorgeschriebene Aktualisierung des Kartenmaterials im Fünfjahreszyklus ließe sich mit TerraSar-X vereinfachen. In Zusammenarbeit mit den Bundesländern Baden-Württemberg und Brandenburg entwickelt Infoterra hierfür ein Verfahren, das aus den Radardaten die Veränderungen herausfischt und in einer Differenzkarte darstellt.
Scharfer Blick aus dem All [Tagesspiegel, 14. Juni 2007]Allerdings sind diese Daten teuer: "Ein Radarbild, das eine Fläche von zehn mal zehn Kilometern mit einer Auflösung von einem Meter abdeckt", sagt "Terrasar"-Vermarkter Hermann, "kostet 7000 Euro. Die Daten füllen dann allerdings auch eine ganze DVD." Bei geringerer Auflösung könnte der Preis auf etwa 3000 Euro sinken.
"Wir liegen weltweit an der Spitze" [Welt, 14. Juni 2007]Radarsatellit mit Gummilinse [FAZ.Net, 13. Juni 2007]
Zuletzt geändert von geröllheimer; 15.06.2007, 07:43.Kommentar
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AW: Orbitale Umwelten
Walrus Watch
Unter "embeds" oder "embedded journalists" versteht man, insbesondere seit dem Golfkrieg von 2003, in Kampfeinheiten integrierte zivile Kriegsberichterstatter. Von 600 embeds starben im Golfkrieg 16, das ist eine 45fache Sterbewahrscheinlichkeit im Vergleich zu der der eingesetzten alliierten Truppen.
Embeds gibt es nicht nur im Kriegs-, sondern auch im Wissenschaftsjournalismus. Vorreiter unter den grossen Medien ist die Wissenschaftsredaktion von BBC News. Journalisten begleiten Wissenschaftsexpeditionen und berichten deren Fortgang in Artikelserien, Blogs, Karten, Fotos und Videos.
Ein aktuelles Beispiel ist Rebecca Morelle, die das satellitengestützte Monitoring einer Gruppe von Walrossen westlich von Grönland begleitend beschreibt. Ausgehend vom derzeit letzten Artikel vom 7. Juni 2007, kann man über die Links auf der rechten Seite das aufgelaufene Medienangebot abrufen.
Es handelt sich ein mehrjähriges Forschungsprojekt des Greenland Institute of Natural Resources, des Danish National Environmental Research Institute und der Technical University of Denmark.
Man will die Auswirkungen der Fangquoten, der Erdölexploration und der Klimaveränderungen auf Walrosse untersuchen.
Zur Zeit werden zwei Monate lang die Wanderungsbewegungen von besenderten Walrossen westlich von Grönland beobachtet.
Es gibt acht Walrosskolonien in der Arktis. Man möchte gerne wissen, ob Tiere zwischen diesen Kolonien wechseln. Ein entsprechender Nachweis hätte Einfluss auf die Fangquote. Tauchen dieselben Tiere in zwei bejagten Revieren auf, dürfen sie nicht zweimal in die Fangquoten eingerechnet werden. Verkleinert sich eine Kolonie, liegt statt einer Überjagung vielleicht nur eine Wanderungsbewegung vor.
In Blogform berichtete Morelle von der Besenderung der Tiere. Es dauerte Tage bis acht von zehn Sendern erfolgreich ins Hautgewebe von Walrossen geschossen werden konnten. Nach einigen Wochen schafft sich der Sender aus der Haut heraus und fällt ab. Derzeit sendet nur noch Walross 2."If there is a connection between the walruses of Greenland and Canada, and they are both being heavily hunted, then this could have an impact on sustainable numbers."
Dass menschliche Geschosse lang im Körper von Meeressäugern bleiben, erfuhren wir gerade. In einer Walschulter wurde ein Geschossteil entdeckt, dessen Fertigung 1885 eingestellt wurde.
Taucht ein besendertes Walross auf, verbindet sich der Sender mit dem Argos Satellitensystem. Bei Argos handelt es sich um eine auf Telemetrie ausgerichtete Anwendung, die seit 1978 auf Wettersatelliten installiert ist. Morelle widmet diesem System einen eigenen Artikel.
Auszüge aus dem Artikel Argos: Keeping track of the planet:
Argos was established in 1978, a collaboration between the French space agency (Cnes), the US space agency (Nasa) and the US National Oceanic and Atmospheric Administration (Noaa).
"It all started with a huge programme where 200 drifting buoys were deployed around the Antarctic Ocean," explained Mr Ortega.
"The idea was to collect data - atmospheric pressure and sea surface temperature - from the buoys and to locate them. But at the same time, the buoys were drifting, and because Argos could locate their positions, the scientists also found out they could start to compute the direction and the speeds of the currents."
Bernie McConnell, from the UK National Environment Research Council's Sea Mammal Research Unit at the University of St Andrews, said: "One of the biggest advances has been to miniaturise the Argos transmitters and combine them with intelligent data loggers.
More than 4,200 animals are tracked monthly by Argos, providing key data about migration routes, flight altitudes and breeding grounds.
"What is interesting is that some biologists are equipping animals with oceanographic instruments," explained Mr Ortega.
"You have elephant seals that can sense the temperature and salinity, and they are providing data from areas that are difficult for oceanographers to reach."
The Argos system itself comprises six satellites, which follow polar orbits at an altitude of about 850km (530 miles), 50 terrestrial receiving stations and two data processing centres.
Unlike the Global Positioning System (GPS) that needs a minimum of three satellites to be in range to pinpoint an object's location, Argos requires just one satellite to "see" a transmitter to do this.
As a satellite passes overhead, it picks up data from a transmitter, which is continuously sending out messages in short pulses. During the 10 minutes or so that the satellite is in range, it will measure the frequency of each message it receives.
Using these frequency changes, together with the satellite's speed, position and the original frequency that the transmitter beamed out, the transmitter's position can be calculated.
Researchers are able to pick up the results via email, websites or they can even extract it via a "virtual globe" system such as Google Earth.As technology advances, scientists are looking to relay ever-increasing amounts of data from their transmitters, and now Argos tags can be equipped with GPS to guarantee pin-point positioning or GSM to take advantage of the mobile networks on land.
To deal with the increasing data volumes and more sophisticated uses, a more advanced Argos relay unit was launched in October 2006 on Metop, Europe's most sophisticated climate and weather platform to date.
The new satellite brings two-way communication and a higher data rate channel to the Argos flotilla.
Mr Ortega said: "Argos will stay online at least until 2015, and at the moment, there is nothing really quite like it.
Das an der Universität von Aarhus in Roskilde angesiedelte Danish National Environmental Research Institute hat viel Erfahrung mit Telemetrieprojekten. Auch ein Report über ein älteres Walrus Watch-Projekt ist online.
Das letzte Walross mit intaktem Sender befindet sich inzwischen im Cumberland Sound östlich Baffin Island.
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