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SatGrass: Nutzung von Fernerkundungs- und Klimadaten zur Beschreibung von Ertrags- und Qualitätsdynamiken im Grünland
Projektleitung
Andreas Schaumberger
Forschungseinrichtung
LFZ Raumberg-Gumpenstein
Projektnummer
101313Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
Futterqualität, Grünlandertrag, Fernerkundung, Grünlandmodellierung
Titel (englisch)
Use of remote sensing and climate data to specify yield and quality dynamics in grassland
Abstract (englisch)
The project objective is to determine the correlation between multispectral satellite data and grassland-growth dynamics with regard to yield and forage quality. Since the Copernicus satellites (Sentinel-1 und Sentinel-2) were launched a few years ago, a huge amount of free data is available. Weekly measurements of forage quality and yield, combined with climatic parameters are used to check the suitability of satellite based remote sensing data to specify grassland dynamics.
Projektziele
Seit dem Jahr 2014 sind mehrere Satelliten (Sentinel-1, -2, -3, -4 und -5p) des Copernicus-Programms der europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) gestartet worden. Diese Satelliten ermöglichen komplexe Erdbeobachtungen in sehr hoher räumlicher Auflösung und in zeitlich kurzen Abständen. In diesem Projekt wird untersucht ob die aufbereiteten Daten der Satellitenpaare Sentinel-1 und -2 Zusammenhänge zu Ertrag und Futterqualität im Grünland zeigen. Mit Hilfe des C-Band SAR (Synthetic Aperture Radar) der Sentinel-1 Satelliten, wird die Erdoberfläche mit einer Wellenlänge von 6 Zentimetern abgetastet. Anhand der Zeitverzögerung sowie der Stärke des reflektierten Signals kann vor allem auf physikalische Eigenschaften der reflektierenden Oberflächen geschlossen werden. Bei den beiden Sentinel-2 Satelliten handelt es sich um optische Erdbeobachtungssatelliten mit einem multispektralen Aufnahmegerät, welches Spektralsignaturen von 13 unterschiedlichen Wellenlängen aufzeichnet. Durch verschiedene Bandkombination stehen Informationen zu physikalischen und chemischen Eigenschaften der reflektierenden Oberflächen zur Verfügung. Wichtige Ertrags und Qualitätsparameter von Grünlandaufwüchsen sollen anhand von diesen Informationen besser und einfacher abgeschätzt werden. Zusätzlich zu den Satellitendaten werden wichtige agrarmeteorologische Kennzahlen wie Niederschlag, Globalstrahlung, Evapotranspiration und die Klimatische Wasserbilanz mit eine mobilen Wetterstation am Versuchsfeld aufgezeichnet. Durch die Kombination dieser Daten soll eine möglichst genaue und einfache, nichtinvasive Methode zur Abschätzung von Ertrag und Qualität im Grünland geschaffen werden. Genaue Informationen über die Wachstumsdynamiken von Grünlandmischbeständen ermöglichen es, wichtige Managementaufgaben, wie Grünlandpflege, Düngung und Nutzung, sehr präzise durchführen zu können.
Praxisrelevanz
Aufgrund der derzeitig hohen Aktualität der Thematik satellitengestützte Fernerkundung, ist es von großer Bedeutung auch in der Grünlandforschung einen Schwerpunkt in diese Richtung zu setzen. Das offensichtlich enorme Potential, Daten der Sentinel-Mission auch im Grünlandmanagement nutzen zu können, wird mithilfe dieses Projektes überprüft.
Berichte
Kurzfassung
Die rasante technologische Entwicklung der letzten Jahrzehnte schaffte Möglichkeiten, die gesamte Erdoberfläche in hoher räumlicher Auflösung von einigen Metern und in Wiederholungsraten von nur wenigen Tagen vollständig aufzunehmen. Mit dem Programm Copernicus der Europäischen Kommission steht eines der leistungsfähigsten Systeme zur Beobachtung von Atmosphäre, Landoberfläche und Wasser für alle kostenlos und frei zur Verfügung.
Für die Landwirtschaft ist diese neue Generation der Erdbeobachtung von ganz besonders hohem Interesse, da mit Copernicus und dessen Satelliten Sentinel-1 (Radarsensoren) und Sentinel-2 (Multispektralsensoren) erstmals die Möglichkeit besteht, auf Feldebene verschiedenste Aspekte der Bewirtschaftung in kurz aufeinanderfolgenden Zeitabständen zu betrachten. Sowohl Umweltbedingungen, wie beispielsweise die Bodenfeuchte, als auch das Pflanzenwachstum selbst können so kontinuierlich beobachtet und zur Optimierung und Anpassung der Landbewirtschaftung herangezogen werden.
Bevor jedoch die von den Satelliten abgetastete Erdoberfläche in Form von Radar- und Multispektraldaten für die praktische Landwirtschaft nutzbar wird, braucht es eine intensive wissenschaftliche Auseinandersetzung in zwei Schritten. Zunächst müssen die Rohdaten so verarbeitet werden, dass sie für konkrete Anwendungen brauchbar sind; dazu gehören Atmosphärenkorrektur, geometrische und radiometrische Korrektur, Maskierung und Bewertung der Wolkenbedeckung, Berechnung von Vegetationsindizes, usw. In einem zweiten Schritt werden Zusammen-hänge zwischen pflanzenbaulichen Beobachtungen und Satellitendaten systematisch erforscht.
Im Projekt SatGrass wurde der Zusammenhang zwischen multispektralen Copernicus-Satellitendaten und der qualitativen und quantitativen Entwicklung von Grünlandbeständen untersucht. Anhand von kontinuierlichen und in wöchentlichen Abständen wiederholten destruktiven und nicht-destruktiven Messungen auf einem eigens dafür angelegten Grünlandfeldversuch, eingebettet in eine Praxisfläche, wurde in Kombination mit klimatischen Einflussgrößen überprüft, ob und wie gut sich Fernerkundungsdaten zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der Wachstumsdynamik von Grünlandbeständen eignen.
Das zweijährige Projekt wurde als Pilotstudie angelegt, um Arbeitsumfang, Datenerhebungsmöglichkeiten und das Potenzial der Ergebnisse besser einschätzen zu können. Ziel war es, mit den gesammelten Erfahrungen ein deutlich umfangreicheres Forschungsprojekt zu starten.