FERNERKUNDUNG Quelle: WMO Space Programme / GOS

Grundlegendes Fernerkundung: Messungen an einem Objekt ohne direkten Kontakt Fernerkundung: Betrachten mit dem Auge reflektierte Strahlung gibt Auskunft über die reflektierende/emittierende Oberfläche des Objektes -> spektrale Signatur zentrale Bedeutung: Unterscheidung zwischen verschiedenen Spektralsignaturen

Grundlegendes Menschliches Auge nutzt nur einen kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums Fernerkundungsinstrumente: Erweiterung Strahlung von Oberfläche ist entweder emittiert oder reflektiert Emittierte Strahlung ist beleuchtungsunabhängig Emission thermischer Strahlung ist abhängig von Oberflächentemperatur

Instrumente der Erdbeobachtung Luftaufnahmen Multispektralscanner Radarsensoren

Luftaufnahmen Einsatz im ersten Weltkrieg Einsatz im 2. Weltkrieg -> Landung in der Normandie - Vermessung der Meereswellen -> Meerestiefe - Infrarotfilme: Unterscheidung zwischen Tarnnetzen und Vegetation In den 60iger Jahren wurden weitere Infrarotfilme entwickelt Experimente zu luftgestützte Radarsystemen

Multispektral-Scanner Erste digitale Fernerkundung mit Landsat1 Landsat1 1972 in Umlaufbahn gebracht Neuer Sensortyp: Multispektral-Scanner (MSS) MSS werden am Boden in Flugzeugen und Satelliten eingesetzt MSS empfängt Signale in spezifischen Spektralbändern Spektralbänder: Zahl und Art hängt vom Anwendungsbereich ab

MSS - Funktionsweise Ein Filter separiert nach Wellenlänge Gefilterte Strahlung trifft auf Detektoren Die Energie wird gemessen und als Zahlenwert an der Speicher weitergegeben Die Messwerte werden an die Empfangsstation weitergeleitet Flächen werden streifenweise abgetastet Militär. Satelliten erkennen Details bis auf einige Zentimeter (->Personen, Fahrzeugtypen)

Radarsensoren sind aktive Sensoren (Flugzeug, Satellit) Laufzeit des Signals-> Entfernung auch nachts einsetzbar Strahlung mit längeren Wellenlängen durchdringen Wolken und Dunst ungehindert

Strahlung und Temperatur Sonnenoberfläche (6000 K): Strahlungsmaximum im sichtbaren Bereich bei 0,483 μm Brand im Amazonasgebiet (1000 K): Maximum im mittleren Infrarot Erdoberfläche (290 K): Strahlungsmaximum liegt bei 14 μm (thermales Infrarot) Zusammenhang: Oberflächentemperatur – Strahlungs-intensität

Satelliten - allgemein Für Satelliten auf Umlaufsbahnen gilt: Erdanziehung = Zentrifugalkraft Bahnen außerhalb der Atmosphäre: - Beobachtungssatelliten: ≈800km - keine Reibung - viele Jahre stabile Bahn - eine Erdumrundung: 1.5 Stunden Quelle: http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/ fakultaeten/fakultaet_forst_geo_und_ hydrowissenschaften/fachrichtung_ geowissenschaften/ipf/fern/studium/ tutorial/tutorial-332/document_ view?set_language=en

Satelliten- geostationär Geostationäre Satelliten: - 36 000 km über Erdoberfläche (Äquator) - eine Erdumrundung: 24 Stunden sychron zur Erdrotation - Einsatz: Telekommunikation, TV, Wetter - Nachteil: große Entfernung von Erde -> Einschränkung der Bodenauflösung

Satelliten - sonnensynchrone Viele Erdbeobachtungssatelliten sind passiv, d.h. sind von der Beleuchtung durch die Sonne abhängig -> Umlauf wird dem Tag-Nacht-Rhythmus angepasst Bahnen laufen beinahe über die Pole: polnahe Bahnen Mit jedem Umlauf wird ein Segment der Erdoberfläche gescannt

Wettersatelliten Polare Bahn: NOAA, MetOp Geostationär: - Meteosat (EUMETSAT, ESA) - GMS (Japan) - INSAT (Indien) - GOES E, GOES W (USA) GMS

Strahlung und Temperatur Oberflächen unterschiedlicher Temperatur haben Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen Die Erde: emittiert im sichtbaren Bereich wenig Strahlung -> sichtbar nur durch reflektiertes Sonnenlicht Albedo: Gibt den Anteil des reflektierten Sonnenlichts bezogen auf das gesamte an

Spektrale Signatur Unterschiedliche Oberflächentypen (Wasser, reiner Felsen, Vegetation) reflektieren Licht in den einzelnen Wellenlängenbereichen unterschiedlich Spektrale Signatur: Die reflektierte Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge

Spektrale Signatur - Atmosphäre Sonnenstrahlung (einfallende, reflektierte) muss die Atmosphäre passieren bevor sie vom Sensor aufgenommen wird Treibhausgase (CO2, Wasserdampf) absorbieren Teile der reflektierten Strahlung Ozon: absorbiert fast vollständig die Strahlung zwischen 9.5 - 10μm

Spektrale Signatur - Atmosphäre Atmosphärisches Fenster: Spektralbereich mit Wellenlängen, die von Atmosphäre durchgelassen werden Quelle: https://www.univie.ac.at/physikwiki/index.php/LV013:LV-Uebersicht/WS09_10/Arbeitsbereiche/Energiehaushalt_der_Erde

Spektrale Signatur: Felsen, Wasser Reiner Felsen: Reflexion nimmt vom sichtbaren zum infraroten Bereich leicht zu Wasser: reflektiert vorwiegend im sichtbaren Wellenlängenbereich – keine Reflexion im nahen Infrarot -> Unterscheidung zu anderen Oberflächen -> Wasserflächen erscheinen im nahen IR sehr dunkel

Spektrale Signatur: grüne Pflanzen Chlorophyll absorbiert sichtbares rotes Licht für Photosynthese Nahes IR wird reflektiert, um unnötiges Aufheizen zu vermeiden-> erhöhte Verduns- tung vermeiden Vegetationskartierung: offener Boden: reflektiert in 0.6-0.7μm und 0.7-0.9μm einheitlich Vegetation: reflektiert in 0.6-0.7μm schwach und in 0.7-0.9μm stark

Spektralbereiche der Datenaufnahme   Spektralbereiche der Datenaufnahme   Einteilung der Strahlung: Gammastrahlung Röntgenstrahlung (0.30 - 0.38 µm) UV - Strahlung (0.45 - 0.52 µm) blau (0.52 - 0.60 µm) grün (0.60 - 0.69 µm) rot (0.72 - 1.30 µm) nahes Infrarot (1.30 - 3.00 µm) mittleres Infrarot (7.00 - 15.0 µm) thermischer Bereich (0.50 - 30 cm) Radar (15 cm - 25 km) Radiowellen

Landsat - Spektralkanäle Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Experiments/ICE/panama/panama_ex1.php

Echtfarben – Bilder Falschfarben – Bilder Quelle: ESA Schulatlas S: 13

Echtfarbenbild R G B 3 2 1 Band

Falschfarbenbild R G B 4 2 1 Band

Vegetationsindex Zustand und Wachstum der Pflanzen lassen sich ermitteln: Der normalisierte Differenz- Vegetationsindex (NDVI): Nahes Infrarot - Rot NDVI = Nahes Infrarot + Rot Anwendung: Wegen ständiger Dürrekatastrophen in der Sahel-Region werden wegen Biomasseproduktion regelmäßig Vegetationsanalysen gemacht.