Kurzprofil

Permafrost  - definiert als gefrorener Boden – kann nicht direkt mit optischer und Mikrowellen-Fernerkundung gemessen werden. Es gibt jedoch Oberflächeneigenschaften, welche die Eingangsvariablen bzw. steuernden Variablen der Prozesse in Permafrost-Landschaften darstellen. Die AWI-Fernerkundungsgruppe RESPONSE entwickelt die qualitative und quantitative Ableitung von Elementen und Eigenschaften von Vegetation, Oberflächenwasser, Oberflächentemperatur, Oberflächenfeuchte, Oberflächenfrierung, Schnee, Topographie.


Können wir die am Satelliten gemessenen Signale und bereits zur Verfügung stehenden Satelliten-Produkte tatsächlich nutzen? Dabei geht es um regionales und zirkumpolares Langzeit-"Monitoring", um die zeitlich-räumliche Trend-Erfassung von "Hazards" (Naturgefahren) und Oberflächenveränderungen. Im Idealfall können die Daten zur Evaluierung von Simulationen in Permafrost-, Landoberflächen- und Klima-Modellierungen genutzt werden.

Fernerkundung für die arktischen struktur- und wasserreichen Permafrostlandschaften und ebenso die Küstengewässer-Fernerkundung muss sich mit Heterogenität in den großflächigen Signal- und Produktpixel und mit schwierigen Aufnahmegeometrien in den hohen Breiten auseinandersetzen. Wir benötigen experimentelle Fernerkundung, um innovativ die gemessenen Signale und bereits zur Verfügung stehende Satellitenprodukte zu validieren und für spezifischen Anwendungen zu optimieren.  Die experimentelle Anwendungsentwicklung ist auch Bestandteil der Satellitenmissionsvorbereitung. Folgende Aufgaben werden werden von der Arbeitsgruppe Experimentelle Permafrost-Fernerkundung wahr genommen:

• Wir evaluieren experimentell das am Satelliten gemessene und auf die Oberfläche normalisierte Signal (optische und Mikrowellenprodukte) sowie höhere Produktlevel (z.B. optische Vegetations- und Gewässerfernerkundungsprodukte, Oberflächenfeuchte und –frierung der Mikrowellenfernerkundung). Buchhorn & Petereit (AWI-Werkstatt) entwickelten ein Transportables Goniospektrometer mit konstantem Observationszentrum (AWI-Patent DE10-2011117713.A1) für spezifische Korrekturen für optische Fernerkundung in den hohen Breiten. Die operationelle Messmöglichkeit für Coloured Dissolved Organic Matter (cDOM) wurde am Otto-Schmidt-Labor in St. Petersburg (RU) ausgebaut. cDOM wird als aquatisch-optischer Tracer für terrestrische Organik eingesetzt in Thermokarstseen und arktischen Küstengewässern. Im Rahmen der Projekte und Forschungsprogramme HGF-EDABMWi-EnMAPFP7-PAGE21ESA DUE Permafrost arbeiten wir mit homogenen Tundra-Messflächen von 30x30 m Ausdehnung, welche ein räumliches Skalieren zum gemessenen Fernerkundungssignal und eine Korrelation mit den Oberflächeneigenschaften (Vegetationsstruktur, Feuchte, etc) ermöglichen. 

• Die Korrelationen sind auch die Grundlage für Algorithmenentwicklung, wie in EnMAP Hy-ARC-VEG, hyperspektrale Algorithmen für arktische Vegetation.

• In REKLIM werden in den Modelliergruppen von uns empfohlene bio- und geophysikalische Fernerkundungsprodukte für zeitlich-räumliche Evaluierung der simulierten Modellparameter getestet, ebenso wie die Satellitenprodukte selbst als Evaluierungsdaten der simulierten Datensätze getestet werden.

Team:

Samuel Stettner
Alison Beamish
Yuri Dvornikov