Den Wald mit lauter Bäumen sehen

  • 28. July 2015

3-D-Radarmessungen zeigen Vegetationsdichte und Menge an Biomasse in Waldgebieten.

Baumkronen und Zweige dicht an dicht, nur vereinzelt geben Lichtungen den Blick auf Stamm und Wurzeln preis. Ob deutscher Fichtenwald oder tropischer Regenwald: Nur wenige Sensoren sind in der Lage, durch diesen grünen Teppich zu blicken und die Strukturen deutlich sichtbar zu machen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­fahrt entwickelt eine Radar­techno­logie, die Wald­gebiete erstmals in hoher Auflösung dreidimensional abbildet, von den Wipfeln bis zum Boden. In einer gemeinsamen Mess­kam­pagne mit der US-amerika­nischen Luft- und Raumfahrt­behörde NASA haben die Radar­experten des DLR die Leistungs­fähigkeit des speziellen F-SAR Systems nun bestätigt. Ziel der Zusammen­arbeit war es, die Möglich­keiten von Radardaten hinsichtlich der Ableitung von verschiedenen Parametern zu validieren, etwa die Höhe oder die vertikale Struktur eines Waldes.

Abb.: Polarimetrische Radaraufnahme des Testgebiets Traunstein mit dem F-SAR-Sensor im L-Band (22 Zentimeter). Wald in grün, niedrige Vegetation in blau/rot. (Bild: DLR)

Abb.: Polarimetrische Radaraufnahme des Testgebiets Traunstein mit dem F-SAR-Sensor im L-Band (22 Zentimeter). Wald in grün, niedrige Vegetation in blau/rot. (Bild: DLR)

„Die Zusammenarbeit mit der NASA ermöglicht es uns, sowohl die Sensor­technik als auch die verwendete Algo­rithmik auf Herz und Nieren zu testen. Schön, dass alles so gut geklappt hat, sagt Projekt­koordi­nator Andreas Reigber vom DLR-Institut für Hoch­frequenz­technik und Radar­systeme, HR.

Für einen Kreuzvergleich der Daten erstellten NASA und DLR Aufnahmen desselben Gebiets mit jeweils unterschiedlichen Sensorsystemen. Die Messflüge fanden über einem Testgebiet bei Traunstein statt. Das Jet Propulsion Laboratory nutzte seinen UAVSAR-Sensor an Bord eines Forschungsflugzeugs vom Typ Gulfstream-III. Nach zwei Tagen hatten die Partner aus Pasadena alle Aufnahmen „im Kasten“. Unter Beachtung möglichst identischer Bedingungen und Wetter­verhältnisse startete rund eine Woche später das DLR-Team vom HR-Institut seine Messreihe. Mit dem DLR-Forschungs­flugzeug Dornier Do-228 überflogen Reigber und seine Kollegen das Testgebiet zehn Mal in kurzer Abfolge. Der Wald wurde dabei aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen. Nur so lässt sich aus den Einzelaufnahmen später ein dreidimensionales Bild erstellen.

Das F-SAR-System des HR-Instituts ist für den Wald-Einsatz besonders geeignet, da es Messungen in mehreren Wellenlängen gleichzeitig erlaubt. In nur einem Überflug kann das F-SAR so verschiedene Ebenen eines Gebiets erfassen. Für die räumliche Vermessung des Traunsteiner Waldes wurden drei verschiedene Wellenlängen eingesetzt: Um den oberen Bereich der Waldkrone abzutasten, setzten die DLR-Wissenschaftler auf Radarsensoren im C-Band und X-Band Frequenzbereich. Das L-Band hingegen dringt durch die Vegetation und gibt sozusagen den Blick frei auf den Waldboden.

Die ersten Auswertungen der Messkampagne bestätigen nun die Mess­genauig­keit des F-SARs. Die Vergleichs­daten der NASA können die DLR-Wissen­schaftler außerdem nutzen, um das Radarsystem noch gezielter zu kalibrieren. Unterschiede in den Aufnahmen geben den Radarexperten Aufschluss über die Fähigkeit eines Sensors, bestimmte Waldeigenschaften zu erkennen. Die dreidimensionalen Radarbilder des Waldes, das „Endprodukt“, erstellen die Wissenschaftler nach der vollständigen Auswertung der Daten.

Die Eigenschaften eines Waldes auf einen Blick, egal wie komplex, undurch­dringlich und weitläufig – davon träumen nicht zuletzt Umwelt- und Klima­forscher. Denn anhand der Struktur eines Waldes können sie seine Biomasse ermitteln. Biomasse hat als natürlicher Kohlenstoffspeicher unmittelbaren Einfluss auf den Treibhauseffekt. Die Radar-Tomographie eröffnet damit ganz neue und effiziente Methoden einen grundlegenden Klimafaktor zu bestimmen. Die DLR-Wissenschaftler wollen die 3D-Radarvermessung von Wald­gebieten für den Regelbetrieb etablieren – und auch auf Satelliten zum Einsatz bringen. Die erfolg­reiche Mess­kampagne zusammen mit dem NASA-Jet Propulsion Laboratory hat nun bestätigt, dass die Radartechnologie aus Ober­pfaffen­hofen genau auf dem richtigen Weg ist. Die Zusammenarbeit war somit ein wichtiger Schritt zur Vorbereitung der nächsten Erd­beobachtungs­missionen.

Im Auftrag der europäischen Weltraumorganisation ESA bereitet das HR-Institut derzeit „BIOMASS“ vor, eine satelliten­gestützte Mission zur Radar­beobachtung der Erdoberfläche. Im Fokus: die Bestimmung der Biomasse tropischer Regen­wälder. Darüber hinaus steht das Institut an der Speerspitze von „Tandem-L“, einer hoch­innovativen Satellite­nmission zur Erfassung von dynamischen Prozessen auf der Erdober­fläche mittels Radar. Ausblicke der Forschung, die ein Wald­überflug zunächst nicht vermuten lässt.

DLR / DE

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