Optische und Radarfernerkundung

Satelliten das Dorf Nukuni auf Ono-i-Lau, Fidschi. Ono-i-Lau ist eine Inselgruppe innerhalb eines Barriereriffsystems im Fidschi-Archipel der Lau-Inseln. Foto © Planet Labs Inc.

Die größte Schwierigkeit bei der Verwendung von Fernerkundung zur Kartierung von Lebensräumen in tropischen und subtropischen Gebieten ist die ganzjährig hohe Wolkendecke, die Merkmale von optischen Satellitenbildern verdeckt. Es gibt verschiedene Strategien, um die durch die Wolken entstandenen Lücken zu füllen, indem Sie beispielsweise Bilder verwenden, die an verschiedenen Tagen vom selben Ort aufgenommen wurden, um ein Mosaik aus wolkenfreien Bildern zu erstellen. Für einige Lebensräume, wie Mangroven, können Bilder von Radarsatellitenbildern, die nicht wolkenbedeckungsempfindlich sind, verwendet werden, um die Lücken in optischen Bildern zu schließen.

Es gibt wesentliche Unterschiede und Einschränkungen bei optischen und Radarsatellitenbildern. Beispielsweise dringen Radarsatellitenbilder nicht in Wasser ein und sind daher für die Kartierung von Korallenriffen nicht nützlich, können jedoch leistungsstark sein, um auftauchende Strukturen wie Mangroven zu kartieren.

Optische Systeme

Optische Fernerkundungsbilder sind empfindlich gegenüber biophysikalischen Eigenschaften der Landbedeckung und der Vegetation. Satellitenoptische Fernerkundungssysteme erhalten ihre Informationen aus der vom Sonnenlicht reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Optische Sensoren, die mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten, reagieren empfindlich auf photosynthetische Vegetation (unter Verwendung des Nahinfrarotspektrums) und Wassergehalt.

Elektromagnetisches Spektrum VNIR

Das elektromagnetische Spektrum (nicht maßstabsgetreu) und seine Verwendung in der Satellitenfernerkundung (SRS). Quelle: Pettorelli et al. 2018

Satellitensensoren wie die Landsat-Missionen messen die Strahlung in einer kleinen Anzahl genau definierter Wellenlängenbereiche („Spektralbänder“) im sichtbaren, nahen Infrarot- und kurzwelligen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums, aus dem sie spektrale Signaturen erzeugen des Objekts an Land.

Optische Fernerkundung Malaysia

Optische Fernerkundungsaufnahme der Küste des Matang Nationalparks in Perak, Malaysia in Falschfarben. In Dunkelorange sind Mangrovengebiete dargestellt, wobei die gelben Flecken auf Kahlschlag durch Dörfer hinweisen, wo das Land trockener ist. Bildnachweis: Landsat-Bild mit freundlicher Genehmigung des US Geological Survey

Radarsysteme

Die Interpretation von Bildern von Radarsensoren ist weniger intuitiv als bei optischen Bildern, da diese Sensoren keine Farbe wahrnehmen, sondern auf Oberflächengeometrie, Textur, dreidimensionale Struktur und Wassergehalt reagieren.

Radar sind aktive Sensoren, die ihre eigene Mikrowellenstrahlung erzeugen und in der Lage sind, durch Wolken und bei Nacht zu arbeiten. Alle für die Fernerkundung verwendeten bildgebenden Radarsensoren sind Synthetic Aperture Radar (SAR), eine Form von Radar, die die Bewegung der Radarantenne über einem Zielgebiet nutzt, um eine feinere räumliche Auflösung als herkömmliche stationäre Strahlabtastradare bereitzustellen.

Elektromagnetisches Spektrum Mikrowelle

Das elektromagnetische Spektrum (nicht maßstabsgetreu) und seine Verwendung in der Satellitenfernerkundung (SRS). Quelle: Pettorelli et al. 2018

Die verschiedenen Wellenlängen des Radars werden oft als Bänder bezeichnet, mit Buchstabenbezeichnungen wie X, C, L und P. Jedes Band hat unterschiedliche Eigenschaften. Das L-Band wird für die Kartierung von Biomasse und Vegetation verwendet, da es stärker in einen Wald eindringt und eine stärkere Wechselwirkung zwischen dem Radarsignal und großen Ästen und Baumstämmen ermöglicht.

Radarfernerkundung Malaysia

Radar-Fernerkundungsbild der Küste des Matang-Nationalparks in Perak, Malaysia. In dunklerem Grau sind Mangrovengebiete, wobei die weißen Flecken Kahlschläge durch Dörfer anzeigen, wo das Land trockener ist und keine vertikale Komplexität aufweist. Bildnachweis: JAXA

Die Art und Weise, wie die Strahlung vom Sensor zurück empfangen wird, wird als Rückstreuung bezeichnet. Die Rückstreuung gibt Auskunft über die Art der Oberfläche und kann verwendet werden, um Vegetation von Wasser zu unterscheiden. Die folgende Grafik veranschaulicht die drei Arten der Rückstreuung.

Drei Arten von Rückstreuung

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