Fernerkundung

«Das Anwendungspotential ist riesig»

Die Universität Zürich führt im Auftrag der amerikanischen und europäischen Weltraumbehörden Testflüge in ganz Europa durch. Ziel: Entwicklung eines neuen Sensorgeräts zur Fernerkundung.

Stefan Stöcklin

Instrument Check
Instrumenten-Check: Carmen Meiller (UZH) und Mark Helmlinger (JPL) prüfen vor dem Abflug das Spektrometer Aviris-NG. (Bild: zVg) (Bild: zVg)

 

Auf dem Flugplatz in Dübendorf startet eine Beechcraft Super King Air und nimmt Kurs Richtung Südfrankreich. Von seinem Flugplatzbüro aus nimmt Andreas Hüni das Kleinflugzeug kurz ins Visier und blickt zufrieden auf seinen Bildschirm: Der Forschungsflug mit dem Ziel Pic Saint Loup ist auf Kurs. In den nächsten Stunden werden die Piloten den Hügelzug nördlich von Montpellier ansteuern und das bewaldete Gebiet systematisch überfliegen.

An Bord befindet sich nebst der (amerikanischen) Mannschaft das wissenschaftliche Herzstück der Mission, das Spektrometer Aviris-NG. Das Gerät arbeitet im Bereich der ultravioletten bis infraroten Strahlung und deckt somit auch den sichtbaren Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums ab. Der Sensor wird in Südfrankreich Gigabytes von Daten erheben, die wissenschaftlich interessante Informationen zum Zustand der Vegetation in sich bergen.

UZH ist exlusiver Partner der NASA und ESA

Der Flug ist Teil einer mehrwöchigen Testkampagne, die noch den ganzen Monat Juni läuft und nebst Gebieten in der Schweiz ausgewählte Areale in Europa von Sizilien bis Finnland überfliegen wird. Insgesamt werden rund 90 Gebiete aus der Luft erkundet. «Ein wichtiges Ziel dieser Missionen ist die Evaluierung und Simulation zukünftiger Spektrometer, welche von der Europäischen Weltraumagentur (ESA) und der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) entwickelt werden», sagt Hüni.

Die Universität Zürich ist exklusiver Schweizer Partner der renommierten Organisationen, was man durchaus als Auszeichnung verstehen darf. «Wir sind in der abbildenden Spektroradiometrie sowie in der Analyse der Vegetation mittels Fernerkundungsdaten wissenschaftlich an vorderster Front», sagt Hüni. Der Informatiker hat im Bereich Fernerkundung promoviert und ist Mitarbeiter im Team «Remote Sensing» am Geographischen Institut der UZH (GIUZ).

 

Mission Control
Andreas Hüni (li) und Mike Werfeli bei der Planung und Überprüfung der Flüge im Mission-Center auf dem Flugplatz in Dübendorf. (Bild: zVG)

 

Vitalität von Buchen

An der Flugkampagne beteiligt ist zum Beispiel das Team um Meredith Schuman, Professorin für «Spatial Genetics» am GIUZ. Die Ökologin und Molekularbiologin erlebt gerade intensive Zeiten. Ihre Testgebiete für Buchenwälder befinden sich über Europa verteilt, zum Beispiel im Südosten Korsikas oder Thüringen in Deutschland. Wenn die Super King Air zu diesen Arealen unterwegs ist, muss auch das Team mit Referenzobjekten – zum Beispiel schwarzen oder weissen Leinwänden – vor Ort sein, damit das Messgerät an Bord der Maschine kalibriert werden kann. «Seit einigen Tagen reisen wir dauernd für die Referenzmessungen umher», meint die Forscherin lachend. Aber diesen Aufwand nehme sie gerne in Kauf.

Für Schuman bedeuten die Testflüge eine ausserordentliche Gelegenheit zur Entwicklung neuer Methoden zur Untersuchung von Pflanzen und der Biodiversität aus der Ferne. Das Spektrometer misst die Lichtabsorption und -reflektion der Blätter und gibt so Auskunft über die Vitalität und Stressbelastung der Buchen. Die Messdaten im nahen Infrarotbereich ermöglichen Rückschlüsse zum Wasserhaushalt, andere Frequenzen deuten auf Unterschiede in Molekülen wie zum Beispiel Polyphenole oder Stickstoff.

«Das ganze Spektrum erlaubt eine umfassende Charakterisierung der Pflanzen», sagt die Forscherin. Dabei sind die Daten hochauflösend genug, um einzelne Bäume zu unterscheiden. Bei einer Flughöhe von 1200 Metern über Grund beträgt die Auflösung circa 1 Meter. Damit wird es im Prinzip möglich, auch die genetische Diversität eines Waldes oder anderer Pflanzengemeinschaften aus der Höhe zu bestimmen. Denn die messbaren Spektraldaten einer Pflanze sind einem Fingerabdruck vergleichbar und unterscheiden sich von Art zu Art. «Das Anwendungspotential ist riesig», sagt Schuman.

 

Operation Team
Mike Rast vom Earth Observation Programm der ESA (zweiter von rechts) im Gespräch mit dem Operationsteam in Dübendorf. (Bild: zVg)

 

Spektrometer für Copernicus

Die von Andreas Hüni koordinierte Flugkampagne ist vor dem Hintergrund dieser riesigen Möglichkeiten zu sehen. Der Namen des verwendeten Aviris-NG steht für Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer Next Generation und steckt mitten in der Operationsphase. Die Wissenschafter der NASA und der ESA testen mit dem Gerät die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten auf der ganzen Welt und entwickeln die Technologie und Harmonisierung der verwendeten Algorithmen weiter.

In wenigen Jahren soll ein ähnliches Spektrometer im Rahmen des europäischen Fernerkundungsprogramms Copernicus seine Dienste unter Beweis stellen. Die Copernicus Hyperspectral Imaging Mission for the Environment (CHIME), dient der detaillierten spektralen Bestimmung von Boden- und Vegetationseigenschaften aus dem All. Am Geographischen Institut der UZH arbeiten die Forschenden also an Beobachtungsmethoden der Zukunft, die gerade auch wegen des Klimawandels von enormer Bedeutung sind.

Bis CHIME startklar ist, wird es noch ein Weilchen dauern. Andreas Hüni hofft derweil auf weitere Tage mit optimalen Wetterbedingungen zur Fernerkundung, so wie anfang Juni. Auch wenn die Organisation der rund 20 Testflüge für ihn lange und hektische Arbeitstage bedeutet: «Jeder Staat hat andere Bewilligungsvorgaben für die Flüge und Testgebiete», stellt er lakonisch fest, «die Organisation ist maximal aufwendig.» 

Stefan Stöcklin, Redaktor UZH News

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