Welche Probleme lernst du mit „Vegetations- und Landwirtschaftsüberwachung“ zu lösen?
- Wie kannst du mithilfe von Satellitendaten die Entwicklung und den Zustand von Vegetation und landwirtschaftlichen Kulturen verfolgen?
- Wie erkennst du anhand von Satellitenbildern Unterschiede in Bezug auf Wachstum, Vegetationsstress, Trockenheit und Pflanzenentwicklung?
- Wie nutzt man spektrale Indizes und Zeitreihen, um Veränderungen im Laufe einer Vegetationsperiode zu analysieren?
- Wie unterscheiden Sie eine normale saisonale Entwicklung von Abweichungen, die auf Trockenheit, Schäden oder einen verminderten Zustand der Vegetation hindeuten können?
- Wie lassen sich Satellitenbeobachtungen in verwertbare Informationen für die Landwirtschaft, das Naturschutzmanagement und die Raumüberwachung umsetzen?
In diesem Blended-Learning-Kurs lernst du, wie Satellitendaten zur systematischen Überwachung von Vegetation und landwirtschaftlichen Flächen genutzt werden. Sie kombinieren Spektralinformationen, Vegetationsindizes und Zeitreihen, um Unterschiede und Veränderungen in der Vegetation sichtbar zu machen. Dabei arbeiten Sie mit offenen Satellitendaten, unter anderem von Sentinel und Landsat, und lernen, Beobachtungen in verwertbare Informationen über die Entwicklung und den Zustand der Vegetation umzuwandeln.
Die Theorie hinter der Vegetationsüberwachung
Vegetation absorbiert und reflektiert elektromagnetische Strahlung auf charakteristische Weise. Gesunde grüne Vegetation absorbiert beispielsweise einen Großteil des sichtbaren roten Lichts für die Photosynthese und reflektiert relativ viel Strahlung im nahen Infrarotbereich. Diese Eigenschaften ermöglichen es, Vegetation aus dem Weltraum zu erkennen und Veränderungen des Vegetationszustands zu verfolgen.
Sie lernen, wie Faktoren wie Blattgrün, Blattstruktur, Biomasse, Bodenhintergrund und Feuchtigkeit die spektrale Reaktion der Vegetation beeinflussen. Dadurch können Sie besser beurteilen, warum sich Satellitenbeobachtungen während der Vegetationsperiode verändern und welche Veränderungen möglicherweise auf Stress oder abweichende Bedingungen hindeuten.
Vegetation mit Spektralindizes analysieren
Spektralindizes kombinieren Informationen aus verschiedenen Satellitenbändern, um bestimmte Eigenschaften der Vegetation besser sichtbar und messbar zu machen. Du arbeitest mit bekannten Vegetationsindizes wie dem NDVI und lernst zusätzliche Indizes kennen, die für spezifische Vegetations- und Landwirtschaftsfragen genutzt werden können.
Sie lernen nicht nur, einen Index zu berechnen, sondern vor allem, die Ergebnisse zu interpretieren. Ein hoher oder niedriger Indexwert hat nicht in jeder Situation dieselbe Bedeutung. Pflanzenart, Wachstumsphase, Boden, Feuchtigkeit, Jahreszeit und Aufnahmebedingungen können das Ergebnis beeinflussen.
Durch den Vergleich verschiedener Indizes und Satellitenbeobachtungen lernst du, welche Informationen für das von dir untersuchte Problem am besten geeignet sind.
Verfolgung der Pflanzenentwicklung anhand von Zeitreihen
Ein einzelnes Satellitenbild liefert eine Momentaufnahme. Für die Landwirtschaft und die Vegetationsüberwachung ist jedoch oft gerade die Entwicklung im Zeitverlauf wichtiger. Deshalb lernst du, Satellitenbeobachtungen aus verschiedenen Zeiträumen zu Zeitreihen zusammenzufassen.
Du analysierst, wie sich die Vegetation im Laufe einer Vegetationsperiode entwickelt, und lernst, Muster zu erkennen, die mit dem Auflaufen, dem Wachstum, dem Höhepunkt der Vegetationsentwicklung, der Ernte und anderen Phasen zusammenhängen. Durch den Vergleich mehrerer Jahre kannst du zudem untersuchen, ob Entwicklungen von den normalen saisonalen Mustern abweichen.
Zeitreihen ermöglichen es somit, nicht nur festzustellen, wo Vegetation vorhanden ist, sondern auch, wie sich die Vegetation entwickelt und wann Abweichungen auftreten.
Dürre und Vegetationsstress erkennen
Abweichungen in der Vegetationsentwicklung können verschiedene Ursachen haben. Dürre, Hitze, Überschwemmungen, Krankheiten, Bodeneigenschaften und landwirtschaftliche Eingriffe können das Satellitensignal beeinflussen.
Sie lernen, wie Veränderungen der spektralen Eigenschaften und Zeitreihen genutzt werden können, um Gebiete mit einer abweichenden Vegetationsentwicklung zu erkennen. Dabei kombinieren Sie Satellitenbeobachtungen bei Bedarf mit zusätzlichen Informationen wie Niederschlag, Temperatur, Boden, Landnutzung und anderen offenen Geodaten.
Das Ziel besteht nicht nur darin, eine Abweichung sichtbar zu machen, sondern vor allem zu untersuchen, welche möglichen Ursachen dabei eine Rolle spielen und wie zuverlässig die Satellitenbeobachtung interpretiert werden kann.
Von der Parzellen- zur Gebietsüberwachung
Satellitendaten ermöglichen es, sowohl einzelne landwirtschaftliche Parzellen als auch große Natur- und Landwirtschaftsgebiete regelmäßig zu beobachten. Du lernst, Ergebnisse pro Parzelle oder Gebiet zusammenzufassen und räumliche Unterschiede zwischen Standorten zu analysieren.
Damit lassen sich beispielsweise Parzellen mit abweichendem Pflanzenwachstum aufspüren, Unterschiede innerhalb landwirtschaftlicher Gebiete untersuchen und Entwicklungen in Naturschutzgebieten verfolgen. Durch die Kombination mehrerer Satellitenbilder und Datenquellen entsteht eine systematische Form der Überwachung, die regelmäßig wiederholt werden kann.
Sie arbeiten mit offenen Daten und Open-Source-Techniken. QGIS ist eine wichtige Arbeitsumgebung für die Kombination, Analyse und Visualisierung von Satellitendaten und anderen geografischen Informationen. Dabei steht stets die Vegetations- oder Landwirtschaftsfrage im Mittelpunkt und nicht die verwendete Software.
Von der Satellitenbeobachtung zu Informationen für Landwirtschaft und Naturschutz
Während des Blended-Learning-Kurses arbeitest du mit realistischen Praxisbeispielen und offenen Satellitendaten. Du untersuchst die Vegetationsentwicklung auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen und setzt die Ergebnisse in Karten, Grafiken und fundierte Schlussfolgerungen um.
Du arbeitest unter anderem an Aufgaben wie:
- Analysiere den Vegetationszustand eines landwirtschaftlichen oder Naturschutzgebiets anhand von Sentinel-2-Daten und spektralen Indizes.
- Vergleiche verschiedene landwirtschaftliche Parzellen und untersuche, wo abweichende Vegetationsentwicklung auftritt.
- Erstellen Sie eine Zeitreihe einer Vegetationsperiode und erkennen Sie verschiedene Phasen der Pflanzenentwicklung.
- Vergleiche die Vegetationsentwicklung zwischen verschiedenen Jahren und untersuche mögliche Folgen von Trockenheit oder anderen extremen Bedingungen.
- Kombinieren Sie Satellitendaten mit Informationen zu Niederschlag, Temperatur, Boden oder Landnutzung, um mögliche Ursachen für Vegetationsstress zu untersuchen.
- Entwickeln Sie eine Überwachungskarte, mit der Gebiete mit abweichender Vegetationsentwicklung schnell erkannt und verfolgt werden können.
Im Anschluss daran kannst du Satellitendaten selbstständig nutzen, um Vegetation und landwirtschaftliche Flächen zu analysieren und zu überwachen. Sie können Spektralindizes und Zeitreihen interpretieren, Abweichungen in der Vegetationsentwicklung erkennen und Satellitenbeobachtungen mit anderen Daten kombinieren, um Entwicklungen zu erklären und in verwertbare Informationen für die Landwirtschaft, das Naturschutzmanagement und die Raumüberwachung umzusetzen.
