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Validierung der Produkte des GMES-Kerndienstes 'Land' (sog. 'High Resolution Layer') über deutschem Staatsgebiet

Im Rahmen der GMES Initial Operation Phase 2011-2013 (GIO) werden basierend auf multispektralen und teilweise multitemporalen Satellitenbilddaten von ganz Europa ('IMAGE2012') fünf sog. High Resolution Layer (HRL) im Rasterformat zu den fünf Themen Bodenversiegelung, Waldflächen, Ackerland/Grünland, Feuchtgebiete, Gewässerflächen erzeugt. Dies geschieht im Rahmen einer seitens der Europäischen Umweltagentur (EEA) getätigten Ausschreibung. Die HRL sollen von den davon betroffenen EU-Mitgliedstaaten über ihrem jeweiligen Staatsgebiet einem Validierungsverfahren unterzogen werden und systematisch auf qualitative Mängel hin bewertet werden. Als Referenz sollen dabei national verfügbare Georeferenzdaten (z.B. ATKIS® Basis-DLM) und andere bundesweit verfügbare Landbedeckungsinformationen (z.B. Digitales Landbedeckungsmodell DLM-DE) herangezogen werden. Die Ergebnisse dieser Validierung sollen wiederum als Grundlage herangezogen werden, um die Rasterdaten der HRL im Rahmen des darauffolgenden separaten 'Enhancements' inhaltlich quantitativ und qualitativ zu verbessern.

Monitoring von Wildtierarten

Die FVA ist vom Land Baden-Württemberg mit dem Monitoring seltener, waldgebundener Tierarten wie Auerhuhn, Luchs, Wildkatze, Wolf u.a. beauftragt. Fortlaufend werden Hinweise über diese Tierarten über das Netzwerk der Wildtierbeauftragten in den Landkreisen an die FVA gemeldet und dokumentiert. Über dieses vorwiegend passive Monitoring-System ist es bei aktuellem Vorkommen dieser Tiere möglich, erneute Auftreten, Wanderbewegungen, Nutztierübergriffe, Wildunfallschwerpunkte und weitere Ereignisse zu erfassen. Das Monitoring gilt als wissenschaftliche Basis und Voraussetzung um Fragen rund um das Management von JWMG - Tierarten, sowie als Grundlage für die FFH- Berichtserstellung.

Vegetation an Bundeswasserstraßen: Einsatz von multispektralen und hyperspektralen Sensoren zur Klassifizierung

Zur Erstellung von exakten Beweissicherungsdaten (Monitoringdaten) werden Methoden entwickelt, um hochauflösende multispektrale Luftbilddaten automatisiert hinsichtlich der Erfassung von Vegetations- und Biotoptypendaten zu klassifizieren. Im Rahmen weiterer Programme (z.B. KLIWAS) werden auch hyperspektrale Daten und Satellitendaten (RapidEye) analysiert, ausgewertet und und evaluiert.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Vergleichende Transkriptomanalyse und phänotypisches Monitoring von Trifolium pratense (Fabaceae) unter Landnutzungsaspekten (TRATSCH II)

Pflanzen passen sich mit erstaunlicher morphologischer Plastizität an Umweltveränderungen an, wie sie z.B. durch landwirtschaftliche Nutzung erzeugt werden. Die diesen morphologischen Veränderungen zugrundeliegenden molekulargenetischen Prozesse und hieraus resultierende Verschiebungen in genetischer Diversität sind jedoch größtenteils unbekannt. In dem hier beantragten Projekt wollen wir deshalb die molekulargenetischen Reaktionen auf Störungen und Umweltveränderungen untersuchen (Mahd und Düngung im Grünland). Rotklee (Trifolium pratense) ist als wertvoller Proteinlieferant eine der wichtigsten Nutzpflanzen im Grünland und trägt durch N2-Fixierung zur Reduktion der Stickstoffdüngung in Böden bei, sodass er die Ökobilanz landwirtschaftlich genutzter Grünlandflächen nachaltig verbessern kann. T. pratense findet sich auf allen Grünlandflächen der Biodiversitätsexploratorien und wir konnten in TRATSCH I zeigen, dass T. pratense (i) verschiedene morphologische Reaktionen auf Mahd zeigt. (ii) Wir identifizierten Mahd-spezifisch differenziell exprimierte Entwicklungskontrollgene und Gene, die standortspezifisch differenziell exprimiert werden, und (iii) etablierten ein mRNA-seq-Fingerprinting Protokoll. Mit diesem kann eine große Zahl an Individuen auf vielen Plots unter unterschiedlichen Landnutzungsbedingungen analysiert werden. Durch Korrelation mit diversen Umweltdaten können Effekte der Umwelt von denjenigen der Landnutzung unterschieden werden. Damit verknüpfen wir Landscape Genetics mit Landscape Genomics, um die Genomfunktionalität einzelner Arten im Umweltzusammenhang zu analysieren. In TRATSCH II beabsichtigen wir unsere Datenaufnahme auf alle Exploratorien auszudehnen, um die Störungs- und Umweltspezifität der exprimierten Transkriptom-Fingerprints in größerem Zusammenhang zu analysieren. Expressionsstudien und funktionelle Studien der Mahd-spezifischen Entwicklungskontrollgene werden Aufschluss darüber geben, wie Pflanzen auf molekulargenetischer Ebene die Veränderung des Morphotypus und das Nachwachsen nach der Mahd steuern. Um die Ökobilanz im Grünlandanbau zu optimieren, untersuchen wir experimentell verschiedene Anbauverfahren, um hohe Proteinerträge mit möglichst niedrigen Düngergaben zu erhalten. Ferner überprüfen wir die Hypothese, dass epigenetische Modifikationen für die Regulation der morphologischen Veränderungen mit verantwortlich sind durch temporäre und quantitative Analyse von Methylierungsmustern der genomischen Loci von Entwicklungskontrollgenen.

Europäisches Erdbeobachtungsprogramm Copernicus

<p>Das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus stellt zentrale Informationen für das Umwelt- und Naturschutzmonitoring, die Atmosphären- und Klimaüberwachung und das Krisenmanagement bei Naturkatastrophen bereit. Das UBA beteiligt sich an der nationalen Fachkoordination und unterstützt die Weiterentwicklung und Nutzung von Copernicus.</p><p>Ziel des Copernicus-Programms ist der Aufbau und Betrieb einer modernen und leistungsfähigen Infrastruktur für die Erdbeobachtung. Das Programm wird seit 2014 unter der Leitung der europäischen Kommission in enger Zusammenarbeit mit den Mitgliedstaaten umgesetzt. Grundlage ist die <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX:32021R0696">EU-Verordnung 2021/696</a> zur Einrichtung des Weltraumprogramms der Union. Für die nationale Umsetzung hat das Bundeskabinett 2017 die "Nationale Strategie für das europäische Copernicus-Programm" beschlossen. Die Strategie wurde 2024 mit der „<a href="https://www.bmv.de/SharedDocs/DE/Artikel/DG/anwendungsstrategie-satellitendaten.html">Nationalen Anwendungsstrategie zu den Satellitenprogrammen Copernicus, Galileo und den meteorologischen Programmen von EUMETSAT</a>“ fortgeschrieben.</p><p>Beobachtungssysteme ergänzen sich</p><p>Copernicus gliedert sich in eine Weltraum-, eine In-situ- und eine Dienste-Komponente. Die Weltraumkomponente wird im Wesentlichen durch die Sentinel-Missionen getragen. Zu ihnen gehören eigenständige Satelliten wie Sentinel-1, -2, -3, -5P und -6 sowie Satellitensensoren, die auf meteorologischen Satelliten mitfliegen, wie Sentinel-4 und -5. Ergänzt wird das System durch die <a href="https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Copernicus_Sentinel_Expansion_missions">Sentinel Erweiterungs-Missionen</a> (expansion missions) CO2M, LSTM, CRISTAL, CHIME, CIMR und ROSE L, die ab den späten 2020er-Jahren schrittweise starten sollen. In Planung sind zudem Sentinel Nachfolge-Missionen (next generation missions). Diese sollen bestehende Kapazitäten ersetzen und erweitern. Ergänzend zu den Sentinel-Missionen stellen <a href="https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Copernicus_Contributing_Missions">beitragende Missionen</a> (contributing missions) der Europäischen Weltraumorganisation (<a href="https://www.esa.int/">ESA</a>), ihrer Mitgliedstaaten, der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (<a href="https://www.eumetsat.int/">EUMETSAT</a>) sowie von kommerziellen Betreiberfirmen zusätzliche Daten für das Copernicus-Programm bereit.</p><p>In-situ-Daten</p><p>„In-situ“ bezeichnet vor Ort erhobene Messdaten. Sie sind von zentraler Bedeutung für die Validierung von Satellitendaten und bilden die Grundlage für die Erstellung hochwertiger Datenprodukte, die in den Copernicus-Diensten verwendet werden. Die <a href="https://insitu.copernicus.eu/">In-situ-Komponente von Copernicus</a> stützt sich auf ein breites Spektrum an In-situ-Daten, die an Land, auf See und in der Luft erhoben werden. Diese Beobachtungen erfassen meteorologische, ozeanografische, atmosphärische und terrestrische Variablen und werden über Infrastrukturen wie Wetterstationen, Bojen und Forschungsnetzwerke bereitgestellt.</p><p>Dienste</p><p>Die sechs <a href="https://www.copernicus.eu/de/copernicus-dienste">Copernicus-Dienste</a> stellen zu den Themenbereichen Landmonitoring, Meeresumwelt, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠, Katastrophen- und Krisenmanagement sowie Sicherheit eine Vielzahl an Datenprodukten bereit. Diese werden aus den satellitengestützten Beobachtungen (Copernicus und beitragende Missionen), in Kombination mit In-situ-Daten und teilweise mittels Modellierungsansätzen abgeleitet. Erst das Zusammenspiel dieser Informationen ermöglicht eine umfassende Datenerhebung. In der Regel werden alle Datenprodukte offen und frei zur Verfügung gestellt.</p><p>Nationale Zuständigkeiten</p><p>Die Federführung für die Raumfahrt in Deutschland liegt beim Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), fachlich unterstützt durch das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (<a href="https://www.dlr.de/de">DLR</a>). Für die Copernicus-Dienste hat die Bundesregierung Fachkoordinator*Innen aus verschiedenen Bundesbehörden benannt. Sie unterstützen die Bundesregierung bei der Weiterentwicklung des Programms und beraten Nutzende in Deutschland zu Copernicus und möglichen Einsatzbereichen.</p><p>Wie beteiligt sich das UBA</p><p>Das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ ist zusammen mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (<a href="https://www.bkg.bund.de/DE/Home/home.html">BKG</a>) für die Fachkoordination des Copernicus-Landdienstes zuständig und begleitet hier die Themenbereiche Umwelt- und Naturschutz. Das UBA verantwortet zudem die Erstellung des nationalen Datensatzes von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/boden-flaeche/flaechensparen-boeden-landschaften-erhalten/corine-land-cover-clc">CORINE Land Cover</a>, einem europaweiten Projekt, das einheitliche und damit vergleichbare Daten zur Landbedeckung und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzung#alphabar">Landnutzung</a>⁠ bereitstellt.<br><br>Als Teil des sogenannten „Space Networks“ tritt das UBA als „Copernicus-Botschafter“ auf und unterstützt im Rahmen des <a href="https://land.copernicus.eu/en/clms-national-collaboration-programme">National Collaboration Programme (NCP)</a> der Europäischen Umweltagentur dabei, Informationen über den Copernicus Landdienst national zu verbreiten und seine Datennutzung weiter zu fördern. Darüber hinaus ist das UBA in der deutschen Arbeitsgruppe der internationalen „Group on Earth Observation“ (GEO) aktiv. GEO setzt sich für die freie Zugänglichkeit global erhobener Erdbeobachtungsdaten ein und vernetzt Initiativen und Organisationen aus diesem Bereich. Zudem werden am UBA Anwendungspotentiale von Copernicus für das Umweltressort in Forschungsvorhaben untersucht.</p>

Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus

European e-Infrastructure for Extreme Data Analytics in Sustainable Development (EUXDAT)

H2020-EU.3.5. - Societal Challenges - Climate action, Environment, Resource Efficiency and Raw Materials - (H2020-EU.3.5. - Gesellschaftliche Herausforderungen - Klimaschutz, Umwelt, Ressourceneffizienz und Rohstoffe), A Citizen Observatory and Innovation Marketplace for Land Use and Land Cover Monitoring (LANDSENSE)

H2020-EU.2.1. - Industrial Leadership - Leadership in enabling and industrial technologies - (H2020-EU.2.1. - Führende Rolle der Industrie - Führende Rolle bei grundlegenden und industriellen Technologien), Evolution of Copernicus Land Services based on Sentinel data (ECoLaSS)

The Copernicus programme, coordinated and managed by the European Commission, delivers environmental information (largely based on Earth Observation satellite data) in the form of Copernicus Services, addressing six thematic areas: Land, Marine, Atmosphere, Climate Change, Emergency Management and Security. The new Sentinel satellites, recently extended through the successful launch of Sentinel-3, will deliver an unprecedented volume of EO data in high spatial, radiometric and temporal resolution, providing a huge potential for monitoring applications within the Land Monitoring Service - at continental and global scale. The synergistic use of Sentinel-1/2/3 opens up the possibility for new applications, such as the use of time series in the area of Land Monitoring. The ECoLaSS project (Evolution of Copernicus Land Services based on Sentinel data) aims to develop methods and algorithms for pre-operational prototypes improving and developing future specific Copernicus Land services. These prototypes, representing new or improved Copernicus Land Cover and Land Use products, will be demonstrated by means of test/demonstrations sites distributed over Europe and Africa, representing multiple bio-geographic regions and biomes. Prototypes will be designed with high spatial and thematic accuracy, in a timely manner for a pan-European operational Roll-out with the potential for global applications. ECoLaSS will promote the innovation potential of new land monitoring services and applications and might thus contribute to a growing 'Copernicus Economy' by boosting (new) Copernicus CORE Land Services and value-added applications (Downstream Services). It is expected, that such new services will bring new opportunities with a wide range of dedicated applications to the market from 2020 onwards and thus significantly contribute to a positive evolution of the Copernicus Land services.

Copernicus National Boundary Layer with 250 m buffer, version 3, Jan. 2019

For the provision of land monitoring services within COPERNICUS, a consistent, stable, sufficiently detailed boundary layer is required at EEA, which provides a “land mask” for the area that needs to be monitored. This metadata refers to the National Boundary layer both in vector formats (GDB, SHP) and in raster format (TIFF) at 10, 20 and 100m resolution, of each of the EEA member and cooperating countries as well as the United Kingdom (former EEA39). This is a product derived from the EEA 39 Border Expert product, generalised to a scale of about 1:1 000 000 by applying a buffer of 250m and selecting the outline. Each country boundary has been projected to its respective national system(s), which are specified together with the EEA. The Border Expert product is based on the EU-Hydro Coastline Version 3 from EEA, the EEA coastline for analysis Version 2, the EBM GISCO Hybrid Layer from EEA, the EuroGeographics EuroBoundary Map Version 12, the “Water and Wetness High Resolution Layer 2015” from EEA and the JRC-Global Surface Water Occurrence layer. The production of this Border Product was coordinated by the European Environment Agency in the frame of the EU Copernicus programme.

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