Das Projekt "Teilvorhaben: JB Hyperspectral Devices UG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von JB Hyperspectral Devices GmbH durchgeführt. Flexibel einsetzbare, luftgestützte Sensorik erfährt derzeit einen rasanten Fortschritt und bietet ein noch weitgehend ungenutztes Potential sowohl für Anwender als auch für Firmen. Kernziel des Projektes mDRONES4rivers ist es, dieses Potential zu erschließen. Objektive, nachvollziehbare räumliche Analysen der Bio- und Strukturdiversität im Rahmen von ökologischen Aufwertungsmaßnahmen an Wasserstraßen sind schwer realisierbar. Die dafür nötige Granularität ist nur mit enorm hohem Aufwand im Gelände erreichbar. Mit spektral, räumlich und zeitlich hochauflösenden Daten - erfasst mit Drohnen, Gyrocoptern sowie in-situ - werden in einem iterativen Prozess auf Anwenderbedürfnisse zugeschnittene Bilddatenprodukte und Auswerteroutinen entwickelt. Diese ermöglichen neue und objektiv nachvollziehbare Erfassungs- und Analysetiefen für vegetationskundliche und hydromorphologische Fragestellungen. Als Teil des Antragskonsortiums bringt JB Hyperspectral Devices hyperspektrale Messsysteme ein und leistet die flugbegleitenden Referenzmessungen am Boden. Dazu wird zum einen ein ständiges Sensornetzwerk in den Versuchsgebieten etabliert und zum anderen manuelle Messungen während der Überflüge durch die Projektpartner durchgeführt. Neben diesen praktischen Arbeiten stehen verschiedene Forschungsaufgaben im Vordergrund, in denen die erhobenen Daten auf signifikante spektrale Signaturen und temporale Muster untersucht werden. Diese Datengrundlage dient außerdem zur Kalibrierung und Validierung der luftgestützten Sensorik sowie zur Korrektur von atmosphärischen Einflüssen. Diese Kombination aus langfristiger spektraler Beobachtung, gepaart mit flächenmäßigen Befliegungen ist eine noch nie dagewesene Kombination moderner Beobachtungskonzepte und ermöglicht gänzlich neue Methoden und Einblicke. .
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: WatR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von constellr GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Prototypen Anwendungen im Bereich des Wassermonitorings, welche direkt umsetzbare Einsichten für Zielkunden aus dem AgriFood Bereich bietet. Im Rahmen dieser Aktivität werden Thermaldaten der in Phase 1 entwickelten Hardware und an Bord der Raumstation betriebenen Nutzlast (alternativ von ECOSTRESS) mit frei verfügbaren Hyperspektraldaten (DESIS, PRISMA, oder EnMap) gekoppelt, um präzise Aussagen über vegetativen Stress und insbesondere eine Quantifizierung von Wasserstress zu ermöglichen. Die technische Umsetzung besteht aus der Berechnung der Evapotranspiration (ET), also dem Verlust von Wasser durch Verdunstung an Blätterdach und Boden an die Atmosphäre, aus Oberflächentemperaturdaten. Die dadurch gemessene ET wird der erwarteten ET bei idealer Bedingungen, welche sich aus meteorologischen Daten ableiten lässt, gegenübergestellt. Die Differenz daraus lässt sich direkt in vegetativen Stress übersetzen. Durch die Hinzunahme von Hyperspektraldaten (HYP) wird zum einen die Qualität des Temperaturprodukts verbessert (Abschätzung atmosphärische Korrektur und Emissivität des Bodens), zum Anderen ermöglicht HYP eine direkte Quantifizierung der im Blätterdach vorhandenen Wassermenge. Eine Kombination beider Informationen führte zu einer bisher unerreichten Genauigkeit in der Abschätzung von Wasserstress und kann direkt in Bewässerung- und Wachstumsmodellen für Nutzpflanzen eingesetzt werden. Die Aktivität wird durch eine entsprechende Marktstudie mit Kunden im AgriFood Bereich, zu denen schon enger Kontakt innerhalb der Phase 1 besteht (bspw. Ferrero, Bayer Crop Science, BayWa oder PepsiCo), begleitet und ein entsprechendes Business Modell entwickelt und mit Pilotnutzern validiert.
Das Projekt "NDACC-und TCCON-FTIR-Station Garmisch im Verbund mit Ny Ålesund, Bremen, Karlsruhe, Izaña, Paramaribo und Ascension Island für die Validation von ESA-S5P: Bereitstellung atmosphärischer Säulen von CO,CH4, HCHO und CO-Profilen sowie Korrektur des Intercomparison-Error(CO, CH4) für alle Stationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Augsburg, Institut für Geographie, Lehrstuhl für physische Geographie und Quantitative Methoden durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist an der NDACC- und TCCON-FTIR-Station Garmisch im Verbund mit Ny Ålesund, Bremen, Karlsruhe, Izaña, Paramaribo und Ascension Island Daten bereit zu stellen für die Validation von ESA-S5P: Atmosphärische Säulengehalte von CO, CH4 und HCHO sowie CO-Profile. Dazu soll eine Korrektur des 'Intercomparison-Error' erfolgen: Dieser entsteht durch Verwendung unterschiedlicher Spurengas-Apriori-Profile (TCCON versus TROPOMI) sowie durch Unterschiede zwischen den verwendeten Apriori-Profilen und den realen Profilen zum Messzeitpunkt (TCCON bzw. TROPOMI versus Realität). Das Problem tritt immer bei stark variablen realen Profilformen z.B. über arktischen Stationen wie Ny Ålesund auf und macht die TCCON-Validationsdaten für diese Stationen/Situationen wertlos. Daher wird eine Korrektur des Intercomparison-Error für die CO und CH4-Daten der o.g. Stationen durchgeführt.
Das Projekt "Meereis-Typen in der Antarktis abgeleitet aus Beobachtungen von satellitengestützten Mikrowellensensoren (SITAnt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Meereis ist eine der Komponenten des Erdsystems, die die schnellsten Veränderungen während der letzten Dekaden zeigten. Zum Beispiel kontrolliert Meereis die Energie- und Gasflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre in den Polargebieten. Aufgrund seines hohen Rückstrahlvermögens reflektiert es kurzwellige Strahlung effizient zurück in den Weltraum und beeinflusst das Ökosystem. Während die Meereisfläche in der Arktis mit etwa -4%/Dekade stark abnimmt, nimmt die Meereisfläche in der Antarktis leicht zu (etwa 1.5%/Dekade). Besonders ausgeprägt ist mit -13/Dekade die Abnahme von dickem, mehrjährigem Meereis in der Arktis. Die Fläche von mehrjährigem Eis in der Arktis kann mit Hilfe von satellitengestützten Mikrowellensensoren beobachtet werden. In der Antarktis ist die Fläche mehrjährigen Eises kleiner als in der Arktis aber mit 3 Millionen Quadratkilometern immer noch bedeutend. Zurzeit existiert keine Methode, um die Verteilung und zeitliche Entwicklung von mehrjährigem Eis in der Antarktis auf jahreszeitlichen oder dekadischen Zeitskalen zu beobachten. In diesem Projekt schlagen wir vor, eine Methode zur Bestimmung antarktischer Meereistypen, vor allem mehrjähriges Eis, zu entwickeln.Nach der Sommerschmelze nimmt der Salzgehalt von mehrjährigem Eis ab und damit ändern sich seine dielektrischen Eigenschaften und Porosität. Dadurch wird es möglich, es mit passiven und aktiven Mikrowellensensoren von anderen Eistypen zu unterscheiden. Die Bedingungen in der Antarktis, wie große Schneedicken, die Eis-Flutungen verursachen können, Schnee Schmelz-Gefrier-Zyklen und Meereisdynamik in der Eisrandzone (was zu verstärkter Rückenbildung, kleineren Schollen und Pfannkucheneis führt), erschweren die Unterscheidung von Meereistypen wie mehrjährigem von erstjährigem Eis. Für die Arktis wurden unlängst Methoden entwickelt, um solche Einflüsse, die zu falscher Eistyp-Klassifikation führen, zu verringern. Wir schlagen vor einen Algorithmus zur Bestimmung von Meereistypen inklusive zweier Korrekturmethoden, die schon an der Universität Bremen auf arktisches Meereis angewendet wurden, an die Bedingungen von antarktischem Meereis anzupassen und zu erweitern. Die vorgeschlagenen Methoden beruhen auf kombinierten Mikrowellen-Radiometer und -Scatterometer Beobachtungen für die Eistyp-Unterscheidung und auf Meereisdrift und atmosphärischen Reanalysedaten für die Korrekturmethoden. Das Ergebnis wir die erste zirkumpolare, langfristige Zeitserie von antarktischen Eistypen sein (mehrjähriges und erstjähriges Eis und potentiell auch junges Eis).
Das Projekt "Analyse spektroskopischer Langzeit - Vulkanemissionsmessungen von SO2 und BrO im Hinblick auf die zugrundeliegenden geophysikalischen Prozesse." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Die Zusammensetzung und Menge emittierter Gase geben Hinweise auf Prozesse im Vulkaninneren. Veränderungen in der ausgestoßenen Gasmenge können neben geophysikalischen Parametern (e.g. Seismik, Deformation) ein zusätzliches Hilfsmittel zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen sein. Neben der Gesamtmenge freigesetzter Gase kann auch das Verhältnis der Gase untereinander Hinweise auf bestimmte Arten von Vulkanaktivität geben. Im Zentrum dieses Antrages steht die verbesserte Auswertung von Daten (Spektren) aus der umfassenden Datenbank des 'Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change', NOVAC, das derzeit mehr als 60 Instrumente an 24 Vulkanen umfasst, mit folgenden Zielen:1. Verbesserte Auswertealgorithmen für SO2 und BrO, Anwendung von vereinfachter Strahlungstransportkorrektur, und Nutzung der größeren Datenstatistik zur verbesserten Bestimmung der SO2-Flüsse, der SO2/BrO-Verhältnisse und des globalen vulkanischen BrO und SO2 Eintrages in die Atmosphäre. 2. Die Analyse von SO2 Flüssen und BrO/SO2 Verhältnissen in Hinblick auf ihre Korrelation mit vulkanischen Prozessen und damit einhergehend die Verbesserung der Vorhersage von Ausbrüchen. Die große Menge an Daten des NOVAC-Meßnetzes bietet die Möglichkeit Zeitreihenanalysen durchzuführen und - in enger Zusammenarbeit mit Observatorien vor Ort (Kolumbien und Equador) - die Zeitreihen der emittierten Gasmengen mit den Signalen anderer Parameter (z.B. Seismik und Deformation sowie auch Meteorologie) zu korrelieren und Zusammenhänge zu erkennen.
Das Projekt "NDACC- und TCCON-FTIR-Stationen Karlsruhe und Izaña im Verbund mit Ny Ålesund, Bremen, Garmisch, Paramaribo und Ascension Island für die Validation von ESA-S5P: Bereitstellung atmosphärischer Säulengehalte von CO, CH4 und HCHO, und von CO-Profilen zur Korrektur des Intercomparison-Fehlers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Spurenstoffe und Fernerkundung (IMK-ASF) durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist an den NDACC- und TCCON-FTIR-Stationen Karlsruhe und Izaña im Verbund mit Ny Ålesund, Bremen, Garmisch, Paramaribo und Ascension Island Daten bereitzustellen für die Validation von ESA-S5P: Atmosphärische Säulengehalte von CO, CH4 und HCHO sowie CO-Profile.
Das Projekt "Entwicklung eines tomographischen Wasserdampfsondierungssystems auf der Basis von GNSS Daten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Meteorologie durchgeführt. Die hochgenaue Positionsbestimmung mit Hilfe des GPS oder auch demnächst verfügbarem GALILIEO-Systems ist erst möglich, wenn die Atmosphäreneinflüsse auf die Signallaufzeiten korrigiert werden. Diese Korrekturen repräsentieren auch den Einfluss des atmosphärischen Wasserdampfes auf die Laufzeiten der GPS-Signale an der entsprechenden Bodenstation. Die GNSS-Bodennetze (Global Navigation Satellite System) in Europa erreichen eine solche räumliche Dichte, so dass es mit Ihnen möglich wird eine dreidimensionale Verteilung des Wasserdampfes in der Atmosphäre unter Zuhilfenahme von tomografischen Rekonstruktionstechniken abzuleiten. Dazu sind Abschätzungen der Genauigkeiten notwendig und Algorithmen zu erarbeiten, die ein Zusammenfassen der an einzelnen Stationen vorliegenden Daten ermöglicht. Ziel ist es, den numerischen Wettermodellen quasi Echzeit-Informationen über die dreidimensionale Wasserdampfverteilung in der Atmosphäre z.B. über Europa zur Verfügung zu stellen.
Das Projekt "SpektralArgo-N -- Neue optische Sensoren auf Bio-Argo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Licht ist einer der wesentlichen Einflussfaktoren auf physikalische, biologische und chemische Schlüsselprozesse im Bereich der oberen Wassersäule. Satellitenfernerkundung ist in der Lage räumliche Verteilungsmuster der Reflektanz und damit der Farbe der Meeresoberfläche zu erfassen. Limitierungen dieser Technologie sind die räumliche Auflösung der einzelnen Pixel, die zeitliche Auflösung und die Korrektur atmosphärischer Effekte. Die Weiterentwicklung der ozeanographischen (Core) Argo Floats hin zu biogeochemischen Driftern (kurz als BGC- oder Bio-Argo bekannt) hat teilweise auch Informationen über die Lichtmenge in der Tiefe geliefert. Limitierend sind hier die räumliche Abdeckung, geringe spektrale Informationen und die Langzeitstabilität der Sensorik ohne Möglichkeit zur Nachkalibration. Inhalte und Ziele dieses Projektes sind es hochauflösende spektrale Messungen auf Bio-Argo Floats zu etablieren, globale Informationen zum hyperspektralen Unterwasserlichtfeld zu generieren und dessen zeitliche und räumliche Variabilität zu beschreiben und in die Kalibrier/Validier-Aktivitäten aktueller Satellitengenerationen einzubringen. Weitere Vorhaben sind es das ICBM in Kooperation mit dem BSH und dem GEOMAR sowie internationalen Partnern für die Weiterentwicklung und Operationalisierung biogeochemischer Sensoren auf der Basis optischer Messverfahren international führend zu positionieren und den innovativen deutschen Sensortechnologien im internationalen ARGO Programm zum Durchbruch zu verhelfen.
Das Projekt "Improved monitoring and forecasting of ecological status of European INland waters by combining Future earth ObseRvation data and Models (INFORM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek durchgeführt. INFORM aims to develop novel and improved user-driven products for inland water quality monitoring by using innovative methods integrated into biogeochemical models which fully exploit the capabilities of upcoming earth observation missions. Remote sensing is dramatically underutilized for the monitoring of inland waters mainly due to the complexity of these waters, the lack of adequate analysis methods allowing to deal with this complexity and the lack of adequate low-cost EO data for the often small or irregular shaped water bodies. INFORM aims to fill this gap by the development of new analysis methods and products for several upcoming satellites (e.g. Sentinel-2, Sentinel-3, EnMAP) which will provide a wealth of new data at increased spatial, spectral and temporal resolutions. The broader spectral coverage towards the UV and SWIR will be exploited e.g. to improve atmospheric correction and TSM retrieval in turbid waters and improve the retrieval of yellow matter. Hyperspectral signatures will be exploited by new analysis methods to derive e.g. phytoplankton functional types and their percentage in the total biomass and discrimate between macrophyte species. To develop these products, a large suite of in-situ and airborne hyperspectral images of European inland waters is already available for INFORM. The APEX hyperspectral airborne sensor with new in-situ measurements will be used for simulation of the upcoming satellite missions, algorithm development and product validation. INFORM products will be used as input and for calibration of models which simulates the dynamics of nutrients, phytoplankton, including phytoplankton types and dissolved oxygen. End-user interaction will steer new data gathering and algorithm development to guarantee uptake of INFORM products by modelers, water managers and policy makers. Validated INFORM RS-model products will form a basis for future GMES products to assess e.g. the implementation of the Water Framework Directive.
Das Projekt "Coupled Radiative Transfer Modelling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. Traditionally, it is necessary to pre-process remote sensing data to obtain top of canopy (TOC) reflectances before applying physically-based model inversion techniques to estimate forest variables. Corrections for atmospheric, adjacency, topography, and surface directional effects are applied sequentially and independently, accumulating errors into the TOC reflectance data, which are then further used in the inversion process. This paper presents a proof of concept for demonstrating the direct use of measured top-ofatmosphere (TOA) radiance data to estimate forest biophysical and biochemical variables, by using a coupled canopy-atmosphere radiative transfer model. Advantages of this approach are that no atmospheric correction is needed and that atmospheric, adjacency, topography, and surface directional effects can be directly and more accurately included in the forward modelling. In the case study, we applied both TOC and TOA approaches to three Norway spruce stands in Eastern Czech Republic. We used the SLC soil-leaf-canopy model and the MODTRAN4 atmosphere model. For the TOA approach, the physical coupling between canopy and atmosphere was performed using a generic method based on the 4-stream radiative transfer theory which enables full use of the directional reflectance components provided by SLC. The method uses three runs of the atmosphere model for Lambertian surfaces, and thus avoids running the atmosphere model for each new simulation. We used local sensitivity analysis and singular value decomposition to determine which variables could be estimated, namely: canopy cover, fraction of bark, needle chlorophyll, and dry matter content. TOC and TOA approaches resulted in different sets of estimates, but had comparable performance. The TOC approach, however, was at its best potential because of the flatness and homogeneity of the area. On the contrary, the capacities of the TOA approach would be better exploited in heterogeneous rugged areas. We conclude that, having similar performance, the TOA approach should be preferred in situations where minimizing the pre-processing is important, such as in data assimilation and multi-sensor studies.
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