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3D-Kartierung über Taiga, Tundra und Tümpeln

Um Auswirkungen der Klimaerwärmung besser zu verstehen, messen Fachleute des DLR und des Geoforschungszentrums Potsdam unter der Leitung des Alfred-Wegener-Instituts die Veränderungen im Permafrostboden.

Die Einsatzbedingungen sind ungewöhnlich und das Beförderungsfahrzeug nicht alltäglich: Derzeit ist ein MACS-Kamerasystem (Modular Aerial Camera System) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Polarforschungsflugzeug „Polar 5“ des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) installiert. Sie wird die Region um das kanadische Inuvik aufnehmen. Mit der Messkampagne, die vom AWI durchgeführt wird, sollen die Klimaprozesse in der Arktis untersucht und besser verstanden werden. Die Ingenieure und Wissenschaftler des DLR testen mit dem Einsatz nördlich des Polarkreises die eigens entwickelte und gebaute MACS-Polar Luftbildkamera.

Um die Auswirkungen der Klimaerwärmung besser zu verstehen, werden die Veränderungen des Permafrostbodens gemessen, denn große Mengen des klimarelevanten Gases Methan sind darin gebunden und werden zunehmend freigesetzt. Auf dieser Feldkampagne messen Wissenschaftler der drei Helmholtz-Einrichtungen Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ), AWI und DLR mit unterschiedlichsten Sensoren. Die Kamera des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme steuert dabei hochaufgelöste Aufnahmen im sichtbaren sowie im nahen Infrarot-Bereich bei.

Höhenmodelle und Klassifikationen

Auch die Küstenerosion, die durch das Auftauen des Permafrostbodens voranschreitet, soll mit dem Luftbildkamerasystem aufgezeichnet werden. Bisher wurde dies ausschließlich mit einem laserbasierten System durchgeführt. Bei einem Überflug in einem Kilometer Höhe erfasst dieses Lidar (light detection and ranging) zwei bis vier Messpunkte pro Quadratmeter. Ein Kamerasystem wie MACS hingegen bildet aus derselben Flughöhe 120 Punkte pro Quadratmeter ab. Mit dieser Auflösung können insbesondere 3D-Strukturen deutlich detaillierter abgebildet und somit die Veränderung der Oberfläche sehr viel genauer bestimmt werden.

Auch die automatische Trennung von Wasserflächen und Tundra-Boden ist mit optischen Sensoren einfacher zu treffen. Die verschiedenen Vegetationsbedeckungen und die Wasserflächen lassen sich auf den Aufnahmen gut unterscheiden. Neben der Klassifikation der Vegetation und dem dreidimensionalen Höhenmodell bieten die Aufnahmen der MACS-Kamera zudem auch die Möglichkeit, dass die Daten anderer Instrumente mit denen der Kamera verglichen und validiert werden können.

Messungen aus dem All, aus der Luft und am Boden

In einer weiteren Untersuchung werden Flugzeug- und Bodenmessungen durchgeführt sowie gleichzeitig Satellitendaten aufgenommen. Ziel der Wissenschaftler des AWI, der Universität Würzburg und der Carleton University (Kanada) ist es dabei, Zusammenhänge zwischen den mit Hilfe von Satellitendaten wahrnehmbaren Veränderungen der Oberfläche - beispielsweise in der Vegetationszusammensetzung - mit den Änderungen der oberen Bodenschicht - wie zum Beispiel die Tiefe der sommerlichen Auftauschicht - in Verbindung zu bringen. Da es sich dabei um weitläufige Regionen mit einer geringen Bevölkerungsdichte handelt, spielt die Nutzung von Fernerkundungsdaten für das Umweltmonitoring eine wichtige Rolle.

Vom Katastrophenfall bis zur Mt. Everest-Kartierung

Eingesetzt wurden die Luftbildkamerasysteme des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme bereits bei den unterschiedlichsten Missionen, für Aufgaben der Sicherheit bis zur Fernerkundung: So wurden 2015 gemeinsam mit dem Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) MACS-Daten genutzt, um Einsatzkräfte nach dem schweren Erdbeben in Kathmandu zu unterstützen. Auch bei der 3D-Kartierung anspruchsvoller Gebiete und beim Monitoring von maritimen Einsatzlagen in Echtzeit konnten MACS-Kameras an Jets, Hubschraubern und Segelflugzeugen erfolgreich eingesetzt werden. Selbst in mehr als 9.000 Metern Höhe flog eine MACS-Kamera bereits über die Erdoberfläche und lieferte 2014 Daten für die hochaufgelöste Kartierung des Mount Everest und des angrenzenden Khumbu-Gletschers.

Bewährt sich die MACS-Kamera nun auch bei den Überflügen über Kanada, ist ein erneuter Einsatz im kommenden Jahr bei Messkampagnen über Grönland oder Spitzbergen angedacht. Dann würde die Kamera der DLR-Wissenschaftler nicht auf Tundra und Tümpel blicken, sondern vielmehr schneebedeckte Oberflächen und Gletscher erfassen und kartieren.

Weitere Informationen unter www.dlr.de

2611 - 3D-Kartierung über Taiga, Tundra und Tümpeln
PR/as
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