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Potsdamer Geoforscher wollen die satellitengestützte Fernerkundung der Vegetation optimieren. Dazu haben die Wissenschaftler des Potsdamer GeoForschungsZentrums (GFZ) virtuelle dreidimensionale Modelle des Pflanzenbestands entwickelt, mit der die Analyse der Satellitendaten verbessert werden soll. Die optische Fernerkundung der Erdoberfläche gibt für Agrar- und Forstwirtschaft zwar eine gute Datenbasis, allerdings ist es bislang schwierig, einzelne Kulturen zu klassifizieren. Das soll mit dem neuen Verfahren anders werden.

Die Ressource Boden muss in Zukunft für die Pflanzenproduktion möglichst effizient und nachhaltig genutzt werden. Denn Böden werden bei weltweit steigendem Nahrungsmittelbedarf knapper, hinzu kommen die Bedingungen des Klimawandels. Für ein nachhaltiges Bewirtschaften der Ackerflächen wird mittlerweile ein Bodenmanagement auch via Satellit betrieben. Doch landwirtschaftliche Flächen zeichnen sich bekanntlich durch eine hohe Dynamik im Wachstum aus. Per Satellit kann man diese Dynamik zwar abbilden. „Allerdings ist es aufgrund von Einflüssen wie Reihenabstand, Reihenausrichtung oder Pflanzdichte immer noch eine Herausforderung, eine exakte Klassifikation einzelner Kulturen aus dem Satellitenbild herzuleiten“, erklärt Herrmann Kaufmann vom GFZ. Daher arbeiten die Forscher an Korrekturmethoden, um verlässlichere Flächeninformationen über Vegetationsart und Entwicklungszustand zu erhalten.

Die neue Methode soll eine naturnahe Modellierung der Strahlungsflüsse innerhalb eines Pflanzenbestandes bei gleichzeitiger Analyse einzelner Zustandsgrößen ermöglichen. So lasse sich studieren, mit welcher Güte Informationen über Biomasse, Chlorophyllgehalt, Pflanzenwassergehalt, photosynthetisch aktive Strahlung, pflanzenverfügbares Bodenwasser, Gehalt der organischen Substanz im Oberboden, Reifezeitpunkt und Ernteertrag gewonnen werden können. Die Geoforscher setzten dabei auf die abbildende Spektroskopie als derzeit innovativstes und zukunftsweisendstes Verfahren zur optischen Erdbeobachtung. Der Ansatz beruhe darauf, dass alle Materialien – Pflanzen wie Minerale – eindeutige spektrale Eigenschaften aufweisen. Großflächig können diese nur mit einem abbildenden Spektrometer erfasst werden. „Der am GFZ entwickelte Hyperspektralsatellit ,EnMAP’ wird erstmalig hyperspektrale Daten hoher Qualität für großflächige Untersuchungen bis hin zum globalen Maßstab ermöglichen“, erklärte GFZ-Forscher Kaufmann.

Das Potsdamer GeoForschungsZentrum hat die wissenschaftliche Leitung der EnMAP-Mission übernommen, das Management liegt bei der Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Start der Satellitenmission für das Jahr 2015 vorgesehen. Die Operationsphase dauert fünf Jahre.

Der EnMAP-Satellit wird dann die Erdoberfläche mithilfe von 242 Bändern in den Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichts sowie des nahen und kurzwelligen Infrarots bei einer Oberflächenauflösung von 30 mal 30 Metern abtasten. Aus seinen Daten lasse sich eine Vielzahl biochemischer, geochemischer und geophysikalischer Parameter von Pflanzen, Mineralen, aber auch von künstlichen Materialien ableiten. „Satellitengestützte Hyperspektralverfahren legen damit die Datengrundlage zur detaillierten Analyse und einem verbesserten Verständnis der auf der Erdoberfläche ablaufenden Prozesse“, so Kaufmann. Die Nutzung dieser Daten sei nicht nur für die Land- und Forstwirtschaft oder die Geologie relevant, sondern auch für die Beurteilung von Binnengewässern und Küstenbereichen sowie für Desertifikations- und Erosionsprobleme. Jan Kixmüller