Wasser- und Küstenüberwachung

Welche Probleme lernst du im Rahmen des Kurses „Wasser- und Küstenüberwachung“ zu lösen?

• Wie kann man Oberflächengewässer mithilfe von Satellitendaten erkennen, abgrenzen und im Zeitverlauf verfolgen?
• Wie nutzt man Satellitenbeobachtungen, um Veränderungen der Wasserqualität und der Eigenschaften von Oberflächengewässern zu untersuchen?
• Wie erkennt und überwacht man Überschwemmungen, wenn Bewölkung die Verwendung optischer Satellitenbilder einschränkt?
• Wie kartieren Sie Veränderungen von Küstenlinien, Ufern, Sandbänken und anderen dynamischen Küstengebieten?
• Wie kombiniert man optische Satellitendaten, Radardaten und Zeitreihen, um Entwicklungen in Wasser- und Küstengebieten zuverlässig zu überwachen?

In diesem Blended-Learning-Kurs „Wasser- und Küstenüberwachung“ lernen Sie, wie Satellitendaten genutzt werden, um Wasser- und Küstengebiete systematisch zu beobachten und zu überwachen. Sie kombinieren optische und Radarmessungen mit spektralen Indizes und Zeitreihen, um Veränderungen in Oberflächengewässern, der Wasserqualität, bei Überschwemmungen und in Küstengebieten sichtbar zu machen. Dabei arbeiten Sie mit offenen Satellitendaten, unter anderem aus den europäischen Sentinel-Missionen.

Die Theorie hinter der Fernerkundung von Gewässern

Wasser weist spezifische spektrale Eigenschaften auf, wodurch es sich in Satellitenbildern oft gut von Vegetation, Boden und Bebauung unterscheiden lässt. Die Reflexion von Wasser wird unter anderem durch Schwebstoffe, Algen, organisches Material, die Tiefe sowie die Eigenschaften des Bodens unter der Wasseroberfläche beeinflusst.

Du lernst, wie Wasser auf verschiedene Bereiche des elektromagnetischen Spektrums reagiert und warum sichtbares Licht, Nahinfrarot und kurzwelliges Infrarot unterschiedliche Informationen liefern können. Dadurch kannst du besser beurteilen, welche Satellitenbänder und Sensoren für verschiedene wasserbezogene Fragestellungen geeignet sind.

Außerdem lernst du, Faktoren zu berücksichtigen, die Satellitenbeobachtungen von Gewässern beeinflussen, wie beispielsweise Bewölkung, Sonnenreflexion, Wellen, Trübung, Wassertiefe und Aufnahmebedingungen.

Oberflächengewässer erkennen und überwachen

Satellitenbilder ermöglichen es, Seen, Flüsse, Kanäle, Stauseen und temporäre Wasserflächen über große Gebiete hinweg zu verfolgen. Du lernst, wie Spektralbänder und Wasserindizes genutzt werden können, um Wasser vom umgebenden Land zu unterscheiden.

Durch den Vergleich von Satellitenbildern aus verschiedenen Zeiträumen kannst du untersuchen, wie sich Wasserflächen verändern. So lassen sich beispielsweise saisonale Schwankungen, Dürren, die Ausdehnung oder der Rückgang von Seen sowie Veränderungen in Fluss- und Wassersystemen sichtbar machen.

Sie lernen, Ergebnisse nicht nur kartografisch darzustellen, sondern auch Veränderungen der Fläche und räumliche Muster zu quantifizieren und zu interpretieren.

Analyse der Wasserqualität mit Satellitendaten

Optische Satellitensensoren können Informationen über Eigenschaften des Wassers liefern, die die Farbe und Reflexion der Wasseroberfläche beeinflussen. Dadurch lassen sich bestimmte Veränderungen der Wasserqualität von Satelliten aus beobachten.

Du untersuchst, wie Satellitendaten genutzt werden können, um räumliche Unterschiede und Veränderungen beispielsweise bei Trübung, Schwebstoffen, Chlorophyll und Algenwachstum zu erkennen. Dabei lernst du, dass Satellitenbeobachtungen nicht alle Aspekte der Wasserqualität direkt messen und dass Feldmessungen und andere Daten zur Kalibrierung und Validierung erforderlich sein können.

Das Ziel besteht daher nicht nur darin, Muster sichtbar zu machen, sondern auch zu beurteilen, welche Schlussfolgerungen aus Satellitendaten fundiert gezogen werden können.

Überwachung von Überschwemmungen mit optischen und Radardaten

Bei Überschwemmungen stellt Bewölkung oft eine erhebliche Einschränkung für optische Satellitenbilder dar. Die Radar-Fernerkundung bietet hier eine wertvolle Ergänzung, da SAR-Satelliten auch bei Bewölkung und im Dunkeln beobachten können.

Sie lernen, wie Sentinel-1-Radardaten genutzt werden können, um überflutete Gebiete zu erkennen, und wie Bilder von vor, während und nach einem Ereignis verglichen werden können. Durch die Kombination von Radarmessungen mit optischen Satellitendaten, Höhendaten und anderen geografischen Informationen entsteht ein umfassenderes Bild vom Ausmaß und Verlauf einer Überschwemmung.

Küstenlinien und dynamische Küstengebiete verfolgen

Küstengebiete verändern sich ständig unter dem Einfluss von Wellen, Strömungen, Gezeiten, Stürmen, Sedimenttransport und menschlichen Eingriffen. Satellitenzeitreihen ermöglichen es, diese Veränderungen über längere Zeiträume systematisch zu verfolgen.

Du lernst, Küstenlinien aus Satellitenbildern abzuleiten und Aufnahmen aus verschiedenen Zeiträumen miteinander zu vergleichen. Auf diese Weise lassen sich Erosion und Ansammlung von Sedimenten sichtbar machen und Veränderungen an Stränden, Dünen, Sandbänken, Flussmündungen und Ufern untersuchen.

Bei der Interpretation von Küstenveränderungen lernst du, Gezeiten, Wasserstand, Wellenbedingungen und Unterschiede in den Aufnahmebedingungen zu berücksichtigen. Dadurch vermeidest du, dass vorübergehende Veränderungen der Wasserlinie als strukturelle Küstenveränderung interpretiert werden.

Überwachung von Wasser und Küste mit Zeitreihen

Ein einzelnes Satellitenbild liefert lediglich eine Momentaufnahme. Durch die Analyse längerer Zeitreihen kannst du feststellen, ob Veränderungen vorübergehend, saisonal bedingt oder strukturell sind.

Sie kombinieren Beobachtungen aus verschiedenen Zeiträumen, um Trends und Abweichungen zu erkennen. So können Sie beispielsweise die Entwicklung des Oberflächenwassers während Trocken- und Regenperioden verfolgen, wiederkehrende Algenblüten untersuchen oder Veränderungen einer Küstenlinie über mehrere Jahre hinweg analysieren.

Du arbeitest mit offenen Satellitendaten 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 Wasser- oder Küstenproblematik im Mittelpunkt und nicht die verwendete Software.

Von der Satellitenbeobachtung zu Informationen für das Wasser- und Küstenmanagement

Während des Blended-Learning-Kurses arbeitest du mit realistischen Praxisbeispielen und offenen Satellitendaten. Du kombinierst verschiedene Arten von Erdbeobachtungsdaten und setzt die Ergebnisse in Karten, Zeitreihen und fundierte Schlussfolgerungen für die Überwachung und das Management um.

Du arbeitest unter anderem an Aufgaben wie:

• Kartieren Sie Oberflächengewässer mit Sentinel-2 und analysieren Sie, wie sich die Wasseroberfläche im Laufe verschiedener Zeiträume verändert.
• Untersuchen Sie räumliche Unterschiede hinsichtlich Trübung oder Algenwachstum und bewerten Sie, welche Schlussfolgerungen aus den Satellitenbeobachtungen gezogen werden können.
• Erfassen Sie eine Überschwemmung mit Sentinel-1 und vergleichen Sie die Situation vor, während und nach dem Ereignis.
• Analysieren Sie Veränderungen einer Küstenlinie über mehrere Jahre hinweg und unterscheiden Sie vorübergehende Wasserstandsunterschiede von struktureller Erosion oder Anlandung.
• Kombinieren Sie optische Satellitendaten, Radardaten, Höhendaten und andere offene Geodaten, um ein Wasser- oder Küstenproblem ganzheitlich zu analysieren.
• Entwickeln Sie eine Überwachungskarte oder eine Zeitreihe, mit der Veränderungen in einem Wasser- oder Küstengebiet systematisch verfolgt werden können.

Am Ende des Kurses kannst du Satellitendaten selbstständig nutzen, um Oberflächengewässer und Küstengebiete zu analysieren und zu überwachen. Sie können optische und Radarmessungen kombinieren, Veränderungen der Wasserqualität und der Wasseroberfläche untersuchen, Überschwemmungen kartieren und Küstenveränderungen im Zeitverlauf verfolgen. Damit können Sie Erdbeobachtungsdaten in nutzbare Informationen für die Wasserwirtschaft, das Küstenmanagement und die räumliche Überwachung umsetzen.