Podcasts about fernerkundung

Hallo meine Lieben! Heute sprechen wir über etwas ganz tolles, nämlich über Fragen aus der Hörer*innenschaft und Fernerkundung. Und mit dem Code „Infrarotsatellit10“ gibt es keinen Rabatt. Grüße gehen raus an Tobi! Quellen und Links: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Schalld%C3%A4mpfung https://de.m.wikipedia.org/wiki/Dissipation https://monami.hs-mittweida.de/frontdoor/deliver/index/docId/11310/file/Bachelorarbeit_Louis_Geerken.pdf https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/atmosphaere/klimaforschung/wolken/ https://www.fe-lexikon.info/lexikon/elektromagnetisches-spektrum https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotstrahlung https://de.wikipedia.org/wiki/Lockheed_U-2 https://www.bernd-leitenberger.de/satelliten.shtml

Eine neue Studie zeigt, dass bis zum Jahr 2100 voraussichtlich mehr als 75 Millionen Menschen in Gebieten leben werden, in denen das Grundwasser den Grenzwert für die Trinkwassertemperatur überschreitet. Mit negativen Folgen für die Gesundheit und die Ökosysteme. Martin Gramlich im Gespräch mit Dr. Susanne Benz, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung des Karlsruher Instituts für Technologie.

Julian und Christoph huldigen in dieser Folge dem Waldboden, der zum Boden des Jahres 2024 ausgerufen wurde!

In der Mittagsfolge sprechen wir heute mit Joram Voelklein, Co-Founder von Alpine Space Ventures, über die Investition des Europäischen Investitionsfonds in Höhe von 60 Millionen Euro.Alpine Space Ventures ist ein Risikokapitalfonds, der in NewSpace-Technologien investiert. Diese sind Technologien für Satellitenkommunikation, Erdbeobachtung oder andere weltraumbezogene Anwendungen. Der Fonds unterstützt Startups, die bahnbrechende Technologien und disruptive Geschäftsmodelle für die NewSpace-Branche mitbringen. Alpine Space Ventures konzentriert sich dabei vor allem auf Unternehmen für weltraumgestützte Konnektivität und Daten, die die gesamte Satelliten-Wertschöpfungskette abdecken, einschließlich Innovationen in Bereichen wie Antriebe, intelligente Werkstoffe, Nutzlasten der Fernerkundung wie Radar mit synthetischer Apertur, Radio-Okkultation sowie Datenfusion, Datenanalytik und datengestützte Erkenntnisse. Bisher hat der Fonds bereits in den Hersteller von Kleinsatelliten Reflex Aerospace, das Unternehmen für elektrischen Antrieb Morpheus Space, den Experten für Kohlenstoffverbundstoffe Blackwave und in Source Energy, einen Anbieter integrierter Energielösungen für Raumfahrzeuge, investiert. Alpine Space Ventures wurde im Jahr 2021 von Bulent Altan und Joram Voelklein in München gegründet.Nun hat der Europäische Investitionsfonds 60 Millionen Euro in den Münchner Fonds investiert. Die Beteiligung des Europäischen Investitionsfonds wird durch die EU-Raumfahrt-Initiative CASSINI, das InvestEU-Programm und das European Recovery Program der deutschen Regierung unterstützt. Mit dieser Investition übersteigt das gebundene Kapital von Alpine Space Ventures die Marke von 100 Millionen Euro. Das Zielvolumen liegt bei 160 Millionen Euro, das bereits im weiteren Verlauf des Jahres 2023 erreicht werden soll.

Der Klimawandel ist eines der großen Themen dieses Jahres: Unwetter nehmen zu und machen die Erdbeobachtung per Satellit unerlässlich. Fast alle kennen die Wettervorhersage - aber Fernerkundung aus dem Weltraum kann noch mehr. Sie „fühlt den Puls“ unseres Planeten. Bei „Weltraumwagner live“ haben Fachleute erklärt, wie das funktioniert und was wir davon haben. Veranstaltet von der Centralstation mit ESA/ESOC, EUMETSAT, hr-iNFO und der Wissenschaftsstadt Darmstadt. Creative Commons: NC-ND-BY-4.0-DE

Fast jeder 5 Fisch wird illegal aus den Weltmeeren gezogen. Riesige, hochtechnisierte Flotten plündern illegal die Fischbestände - es ist zum Verzweifeln. Doch die Meeresschützer sind auch nicht von gestern. Wie die illegale Fischerei mit Hilfe von Satelliten entdeckt und dann unterbunden wird, erzählt uns Julian Engel, derzeit für die NGO OceanMind in Oxford tätig. Und er erzählt uns, warum er vor Westafrika in ein Rundnetz voller Haie, Wale und Delfine gesprungen ist.

Hitze, Hochwasser, Brände – der Klimawandel ist jetzt schon deutlich spürbar. Max will herausfinden, was uns in Zukunft noch erwartet: Wie wird sich unser Alltag verändern? Und: Wie können wir die Klimakrise überstehen?

In dieser Episode richten wir unseren Blick ganz weit nach oben. Es geht um die Sicherheit im All – genau genommen um Weltraumschrott. Dazu sprechen wir mit Professor Enrico Stoll. Unser Gast leitet seit Februar 2021 das Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin. Zuvor arbeitete er als Postdoc am Space Systems Laboratory des Massachusetts Institute of Technology (MIT) sowie als Systemingenieur der Satellitenkonstellation zur Fernerkundung bei RapidEye/Blackbridge. Stolls Schwerpunktthemen sind Weltraummüll, Satellitentechnik und Exploration. Musik- und Audioproduktion: Marvin Müller (marvin@getmelomania.de)

Heute Nachmittag geht es raus in die Natur - zumindest thematisch: Es geht um “Feld, Wald und Wiesen”, genauer die Landwirtschaft und die Forstwirtschaft und damit zwei gigantische und essentielle Märkte. Im ersten Gespräch führt uns David Dohmen, Co-Founder und Data Science Lead von Ocell, durch die Digitalisierung der Forstwirtschaft. Ocell arbeitet an einem Analyseverfahren, das Fernerkundung mit künstliche Intelligenz verbindet und mit seiner „Dynamic Forest”-App Daten zugänglich und organisiert aufbereitet. Das Unternehmen hat gerade seine Seed-Finanzierung im sechsstelligen Bereich erfolgreich abgeschlossen. Im zweiten Gespräch freuen wir uns auf Jonathan Bernwieser, CEO & Co-Founder bei Agrando. Hier haben Yabeo Impact, Sony Innovation Fund und Investbridge sowie die Altinvestoren June Fund und das Londoner Family Office JLR Star gerade 12 Millionen Euro investiert. Das Münchner Startup bietet “eine Online-Lösung für Landwirte, Landhändler und Hersteller zum Ein- bzw. Verkauf und der Vermarktung landwirtschaftlicher Betriebsmittel” an. Agrando versteht sich dabei als Unterstützer bei der Beschaffsanalyse und der Prozessoptimierung.

In dieser Folge widmen wir uns dem Thema Offene Daten und machen deutlich, warum sie so wichtig für Wissenschaft und Forschung sind.

Podz-Glidz Folge #21: Der 28-jährige David Holzhacker will Methoden der Fernerkundung zum Nutzen der Gleitschirmflieger einsetzen. Diese 21. Folge von Podz-Glidz fällt ein wenig aus dem Rahmen. Es geht um einen Blick in die Zukunft. Eine Vision. Es ist die Vision von David Holzhacker. David ist 28 und arbeitet als Geograph an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Und natürlich ist er Gleitschirmflieger, wenn auch erst seit zwei Jahren. Doch dieses Hobby hat ihn so gefangen genommen, dass sich mittlerweile viele seiner Gedanken darum drehen, wie er seine Kenntnisse in der Geographie auch zum Nutzen der Gleitschirmfliegerei einsetzen könnte. Davids Spezialfeld in der Geographie ist die Fernerkundung. Es geht um den Einsatz von Satelliten-, Luft- und Radarbildern in hoher Auflösung, um mehr über die irdischen Strukturen zu erfahren, auf denen wir leben, und über die wir auch fliegen. Nach Davids Einschätzung könnten die Methoden und Daten der Fernerkundung uns Fliegern in Zukunft noch viel bessere Möglichkeiten zur Beurteilung und Analyse von Fluggebieten bieten, als es heute schon mit bekannten Tools wie Google Earth möglich ist. In dieser Folge von Podz-Glidz erzählt David Holzhacker von seiner Vision. Er erklärt unter anderem, wie Fernerkundung funktioniert und welche Daten daraus heute schon frei im Internet verfügbar sind. Zudem gibt er Einblicke, wie der systematische Einsatz solcher Informationen unsere Herangehensweise an die Fliegerei in Zukunft verändern könnte. +++ Wenn Du Podz-Glidz und den Blog Lu-Glidz fördern möchtest, so findest Du alle zugehörigen Infos unter: www.lu-glidz.blogspot.com/p/fordern.html +++ Musik dieser Folge: Tumbleweed Texas by Chris Haugen Source: Youtube Royalty-free Music See: https://www.youtube.com/watch?v=Y6uocKrVc5M Download: https://www.youtube.com/audiolibrary_download?vid=6a39b2d283dd82dc

Prof. Dr. Angelika Humbert erforscht die Bewegung von Eis- und Gletschermassen und war dafür kürzlich in der Antarktis und in Grönland. Ihr Fachgebiet: Eismodellierung und Fernerkundung von Eis. Sie ist Forscherin am Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Jens Leitloff und Felix Riese berichten in Folge 18 von ihrer Forschung am “Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung” des Karlsruher Instituts für Technologie. Mit der Bestrebung Nachhaltigkeit zu stärken erforschen die beiden etwa Verfahren, um Wasserqualität anhand von Satellitenaufnahmen zu bewerten oder die Nutzung landwirtschaftlicher Flächen zu kartografieren. Hierfür kommen unterschiedlichste Verfahren zum Einsatz wie Radaraufnahmen oder multispektrale Bilderdaten, die mehr als die drei von Menschen wahrnehmbaren Farbkanäle erfassen. Außerdem geht es um Drohnen, Satelliten und zahlreiche ML-Verfahren wie Transfer- und Aktive Learning. Persönliche Erfahrungen von Jens und Felix im Umgang mit unterschiedlichen Datenmengen runden eine thematisch Breite und anschauliche Folge ab.

Gudrun traf sich im Februar 2019 mit Jennifer Schröter und Christian Scharun vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung zum Gespräch. Christian, Sebastian und Gudrun waren auf dem ersten Treffen des MATHSEE-Methodenbereichs Mathematische Modellbildung, Differentialgleichungen, Numerik, Simulation ins Gespräch gekommen und hatten ein baldiges Podcastgespräch verabredet. Christian holte noch seine Kollegin Jennifer ins Boot und im Februar 2019 saßen die drei (ohne Sebastian) in Gudruns Büro, um sich über die Weiterentwicklung von Klimamodellen zu unterhalten. Das Wetter und das Klima werden durch Vorgänge in der Erdatmosphäre in der Kopplung mit Wärme- und Wassertransport in den Ozeanen bestimmt. Auch der Mensch hat darauf einen Einfluss. Zum ersten Mal wurde das wahrscheinlich durch die Entstehung des Ozon-Loches ins breite Bewußtsein geholt. Im Projekt, für das Christian arbeitet, geht es u.a. darum, mit einem Computermodell nachzubilden, inwieweit austretendes Methan (ein Spurengas, das z.B. an Erdgas-Bohrlöchern auftritt) einen Einfluss auf die Entwicklung des Klimas nehmen kann. Grundlage hierfür sind sehr genaue Messungen und die Weiterentwicklung des Computermodells. Im Modell werden Strömungs-, Strahlungs- und chemische Prozesse berücksichtigt. Es wird in enger Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD), dem Max-Planck-Institut für Meteorologie Hamburg (MPI-M) und dem Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) entwickelt. Das Modell wird zur täglichen Wettervorhersage wie auch Klimaprognosen verwendet. Die Gruppe Globale Modellierung MOD des IMK-ASF fügt ein Modul zur Simulation der atmosphärischen Chemie vom Boden bis in die mittlere Atmosphäre hinzu. Das Thema ist in sich fächerübergreifend, weil physikalische und chemische Prozesse verstanden werden müssen und auf den modernsten Großcomputern simuliert werden. Christian hat sein Lehramtsstudium mit dem ersten Staatsexamen für die Fächer Geographie und Mathematik abgeschlossen. Jennifer ist promovierte Physikerin und seit einigen Jahren Hauptenwicklerin für chemische Prozesse in ICON-ART. Als ein wichtiges Produkt der Arbeit der Gruppe sieht sie auch an, Daten, die bei der Berechnung entstehen, der Öffentlichkeit in einer nutzbaren Art zur Verfügung zu stellen. In den Punkten der Modellentwicklung, Performanceverbesserung und Bereitstellung von Forschungsdaten arbeitet sie mit dem Rechenzentrum des KITs, dem Steinbuch Center for Computing eng zusammen. Literatur und weiterführende Informationen J. Schröter et al.: ICON-ART 2.1: a flexible tracer framework and its application for composition studies in numerical weather forecasting and climate simulations, Geoscientific model development 11, 4043–4068, 2018. Helmholtz-Projekt Digital Earth Podcasts S. Hemri, G. Thäter: Ensemblevorhersagen, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 96, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. N. Vercauteren, S. Ritterbusch: Lokale Turbulenzen, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 144, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. M. Wendisch, M. Voelter: Meteorologie, omegatau Podcast von Markus Voelter, Nora Ludewig, Episode 037, 2010. B. Weinzierl, T. Pritlove: Die Atmosphäre, Raumzeit Podcast, Metaebene Personal Media, 2011.

Ich war am Earth Observation Center des DLR in Oberpfaffenhofen zu Besuch und habe dort zwei Gespräche geführt. Zunächst ging es mit mit Michael Eineder vom Institut für Methodik der Fernerkundung um Radarsatelliten und deren Einsatz für die Erdbeobachtung. Wir sprechen über das Funktionsprinzip von satellitengestützten SAR-Radar und betrachten außerdem die beiden Missionen TerraSAR-X und TanDEM-X. Im zweiten Teil spreche ich mit Stephan Kiemle vom Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum über Satellitendatenarchivierung.

Dass das Land denen gehört, die es nutzen, wäre eine sehr einfache Formel. Doch die Thematik zu Besitz und Land ist eine hochkomplexe. Insbesondere in Ländern des globalen Südens, wo eine genaue Dokumentation darüber, wem Land gehört oder wer dieses wie nutzen darf und wie das genau geregelt ist, teilweise erst im Entstehen begriffen ist.In Äthiopien sind in den letzten Jahren umfassende Reformen für Armutsreduktion und nachhaltige Entwicklung in Gang gesetzt worden. Eine davon ist die Etablierung eines modernen Landadministrationssystems. Als Folge davon zeigt sich nun, dass ein neues Verwaltungssystem alleine noch lange nicht ausreicht um eine Situation zu verbessern. Auf der einen Seite fehlt gut ausgebildetes Personal, das dieses System auch bedienen kann, auf der anderen Seite steht die Frage, wem welches Land denn nun wirklich gehört und wie eine bisher praktisch gelebte Kultur in ein theoretisches, administratives Schema eingepasst werden kann.Das Projekt EduLAND, welches von APPEAR, dem Hochschulkooperationsprogramm der Österreichischen Entwicklungszusammenarbeit, gefördert wird, hat sich die Beantwortung dieser Fragen zum Ziel gesetzt. Neben der Einrichtung eines Instituts für Landadministration an der Debre Markos University, soll die Situation wissenschaftlich fundiert untersucht werden. Eine besondere Rolle kommt hierbei auch der Gendersituation zu, der Frage ob und wie weit Frauen hier Männern gleichberechtigt gegenüberstehen.Über die Wichtigkeit oder vielleicht auch Unwichtigkeit Land und Besitz zu definieren, die historische Entwicklung und die Genderfrage dieser komplexen Thematik kommen in dieser Live-Sendung Reinfried Mansberger und Birgit Englert zu Wort, im Interview hören Sie Sayeh Kassaw Agegnehu.Gestaltung und Moderation: Doris Bauer (Verantwortlich für den Sendungsinhalt)Gäste:Ass.Prof. Dr. Birgit Englert, Institut für Afrikawissenschaften/Universität WienAss.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Reinfried Mansberger, Institut für Vermessung, Fernerkundung und Landinformation (IVFL)/BOKU WienIm Interview: Dr. Sayeh Kassaw Agegnehu, Vice President for Business and Development of the University and staff member of the Institute of Land Administration/Debre Markos University EthiopiaMusik: José Konda– Kimbala, Golgotha, Bolingo Na Yo Nkolo, Masiya. Nachzuhören auf Jamendo, einer Community für freie, legale und unlimitierte Musik, die unter Creative Commons Lizenzen veröffentlicht wurde.

  Diesmal: Biobauernfernerkundung – Plastikfressende Pilze – Leere zwischen Galaxien – ExoMars – Video: Gruselroboter – Robotchallenge 2016 – Junge Menschen schieben auf – Luftverschmutzung und Flechten – Unbeliebte Tierarten – Dave Goulson im Interview – Vergesst den Panda – Lob der Hummel – Investorenfernerkundung – Staatliche Korruption und privates Lügen – Plastikfressende Mikroben – Gene […]

  Diesmal: Biobauernfernerkundung – Plastikfressende Pilze – Leere zwischen Galaxien – ExoMars – Video: Gruselroboter – Robotchallenge 2016 – Junge Menschen schieben auf – Luftverschmutzung und Flechten – Unbeliebte Tierarten – Dave Goulson im Interview – Vergesst den Panda – Lob der Hummel – Investorenfernerkundung – Staatliche Korruption und privates Lügen – Plastikfressende Mikroben – Gene […]

Im Rahmen des ersten Alumitreffens im neu renovierten Mathematikgebäude gibt uns unser Alumnus Markus Even einen Einblick in seine Arbeit als Mathematiker am Fraunhofer IOSB, dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung in Ettlingen in der Arbeitsgruppe zur Analyse und Visualisierung von SAR-Bilddaten. Er befasst sich mit der Entwicklung von Algorithmen für die Fernerkundung, genauer gesagt für die Deformationsanalyse mit Hilfe von SAR-Interferometrie (InSAR). Deformation bezieht sich hier auf Bewegungen der Erdkruste oder auf ihr befindlicher Strukturen, z.B. von Bauwerken. Hinter dem Stichwort SAR-Interferometrie verbirgt sich eine Vielfalt von Verfahren der Fernerkundung, die auf Synthetic Aperture Radar, auf Deutsch Radar mit synthetischer Apertur, beruhen, und die die Fähigkeit der Sensorik ein kohärentes Signal zu verarbeiten zur Erzeugung sogenannter Interferogramme nutzen. Für SAR ist es wesentlich, dass der Sensor bewegt wird. Zu diesem Zweck ist er auf einen Satelliten, ein Flugzeug oder auch auf einem auf Schienen laufenden Schlitten montiert. Für die Mehrzahl der Anwendungen wird er entlang einer näherungsweise geradlinigen Bahn bewegt und sendet in festen Zeitabständen elektromagnetische Signale im Mikrowellenbereich aus, deren Returns er, unterteilt in sehr kurze Zeitintervalle, aufzeichnet. Dabei "blickt" er schräg nach unten, um nicht systematisch von zwei verschiedenen Orten der Erdoberfläche rückkehrende Signale zu vermischen. Herauszuheben ist, dass er unabhängig von der Tageszeit- er beleuchtet die Szene selbst- und weitgehend unabhängig von den Wetterverhältnissen- die Atmosphäre verzögert das Signal, ist aber für diese Wellenlängen (ca. 3cm-85cm) bis auf seltene Ausnahmen durchlässig dafür- Aufnahmen machen kann. Dies ist ein Vorzug gegenüber Sensoren, die im optischen oder infraroten Teil des Spektrums arbeiten, und nachts oder bei Bewölkung nicht die gewünschten Informationen liefern können. Neben der Magnitude des rückgestreuten Signals zeichnet der SAR-Sensor auch dessen Phasenverschiebung gegenüber einem Referenzoszillator auf, die die Grundlage für die Interferometrie darstellt und viele Anwendungsmöglichkeiten bietet. Aus dem aufgezeichneten Signal wird das sogenannte fokusierte Bild berechnet. (Mathematisch gesehen handelt es sich bei dieser Aufgabe um ein inverses Problem.) Die Achsen dieses komplexwertigen Bildes entsprechen eine der Position des Satelliten auf seiner Bahn und die andere der Laufzeit des Signals. Der Zahlenwert eines Pixels kann vereinfacht als Mittel der aufgezeichneten Rückstreuung aus dem Volumen angesehen werden, dass durch das jeweilige Paar aus Bahninterval und Laufzeitinterval definiert ist. Dies ist der Kern von SAR: Die Radarkeule erfasst eine größere Fläche auf dem Boden, so dass das aufgezeichnete Signal aus der Überlagerung aller zurückkehrenden Wellen besteht. Diese Überlagerung wird durch die Fokusierung rückgängig gemacht. Dazu benutzt man, dass ein Auflösungselement am Boden zu allen Returns beiträgt, solange es von der Radarkeule erfasst wird und dabei eine bekannte Entfernungskurve durchläuft.Die Magnitude des sich so ergebenden Bildes erinnert bei hochaufgelösten Aufnahmen auf den ersten Blick an eine Schwarzweißphotographie. Betrachtet man sie jedoch genauer, so stellt man schnell Unterschiede fest. Erhabene Objekte kippen zum Sensor, da die höhergelegenen Punkte näher zu ihm liegen. Hohe Werte der Magnitude, also hohe Rückstreuung, sind in der Regel mit günstigen geometrischen Konstellationen verbunden: Eine ebene Fläche muss dazu beispielsweise senkrecht zum einfallenden Signal ausgerichtet sein, was selten der Fall ist. Geht man an die Grenze des aktuell Möglichen und betrachtet ein Bild einer städtischen Umgebung eines luftgetragenen Sensors mit wenigen Zentimetern Auflösung, so scheint es beinahe in punktförmige Streuer zu zerfallen. Diese werden durch dihedrale (Pfosten) und- häufiger- trihedrale Strukturen erzeugt. Trihedrale Strukturen reflektieren das einfallende Signal parallel zur Einfallsrichtung (man kennt das von den an Fahrzeugen verwendeten, Katzenaugen genannten Reflektoren). Sehr niedrige Rückstreuung ist meist darin begründet, dass kein Signal mit der entsprechenden Laufzeit zum Sensor zurückkehrt, sei es weil keine Streuer erreicht werden (Schatten) oder das Signal auf glatten Flächen vom Satelliten weggespiegelt wird. Für Wellenlängen von einigen Zentimetern sind z.B. asphaltierte oder gepflasterte Flächen glatt, bei Windstille ist es auch Wasser. Daneben gibt es auch kompliziertere Streumechanismen, die zu Magnituden mittlerer Höhe führen, etwa Volumenstreuung in Vegetation, Schnee und Sand, verteilte Streuung an Flächen mit vielen kleinen, homogen verteilten Objekten (z.B. Kiesflächen oder andere Flächen mit spärlicher Vegetation) oder einer gewissen Rauigkeit. Außer diesen gibt es noch viele weitere Möglichkeiten, wie Mehrfachreflektionen oder das Zusammenfallen in verschiedenen Höhen positionierter Streuer in einer Entfernungszelle.Die für die SAR-Interferometrie wesentliche Information aber ist die Phase. Sie kann allerdings nur genutzt werden, wenn zwei oder mehr Aufnahmen aus annähernd der gleichen Position vorliegen. Die grundlegende Idee dabei ist die Betrachtung von Doppeldifferenzen der Phase zweier Pixel zweier Aufnahmezeitpunkte. Um sie zu verstehen nehmen wir zunächst an, dass sich in beiden Auflösungszellen je ein dominanter, punktförmiger Streuer befindet, was so gemeint ist, dass die Phase einer Laufzeit entspricht. Da die Subpixelpositionen unbekannt sind und die Größe der Auflösungszelle um Vieles größer als die Wellenlänge ist, ist die Phasendifferenz zweier Pixel eines einzelnen Bildes nicht verwertbar. In der Doppeldifferenz heben sich die unbekannten Subpixelpositionen allerdings heraus. Die Doppeldifferenz ist in dieser idealisierten Situation die Summe dreier Anteile: des Laufzeitunterschiedes auf Grund der verschiedenen Aufnahmegeometrien, des Laufzeitunterschiedes auf Grund einer relativen Positionsänderung der Streuer während der zwischen den Aufnahmen verstrichenen Zeit und des Laufzeitunterschiedes auf Grund der räumlichen und zeitlichen Variation der atmosphärischen Verzögerung. Diese drei Anteile können jeder für sich nützliche Information darstellen. Der Erste wird zur Gewinnung von Höhenmodellen genutzt, der Zweite zur Detektion von Deformationen der Erdoberfläche und der Dritte, obwohl meist als Störterm angesehen, kann bei der Bestimmung der Verteilung von Wasserdampf in der Atmosphäre genutzt werden. Es stellt sich aber die Frage, wie man diese Terme separiert, zumal noch die Mehrdeutigkeit aufgelöst werden muss, die darin liegt, dass die Phase nur bis auf ganzzahlige Vielfache von zwei Pi bekannt ist.Weitere Fragen ergeben sich, da in realen Daten diese Annahmen für viele Pixel nicht erfüllt sind. Stellt man sich beispielsweise eine Auflösungszelle mit mehreren oder vielen kleineren Streuern vor (z.B. mit Geröll), so ändert sich die Phase der überlagerten Returns mit dem Einfallswinkel des Signals. Sie ändert sich auch, wenn manche der Streuer bewegt wurden oder die beiden Aufnahmen nicht ausreichend genau zur Deckung gebracht wurden. Dies führt dazu, dass die Phase sich um einen schlecht quantifizierbaren Betrag ändert. Man spricht dann von Dekorrelation. Eventuell besteht nach Änderung der physischen Gegebenheiten in der Auflösungszelle keine Beziehung mehr zwischen den Phasenwerten eines Pixels. Dies ist etwa der Fall, wenn ein dominanter Streuer hinzu kommt oder nicht mehr anwesend ist, ein Gelände überschwemmt wird oder trocken fällt. Es stellt sich also die Frage, welche Pixel überhaupt Information tragen, bzw. wie ihre Qualität ist und wie sie extrahiert werden kann.Die Geschichte der SAR-Interferometrie begann nach dem Start des ESA-Satelliten ERS 1 im Jahr 1991 mit einfachen differentiellen Interferogrammen. Das berühmteste ist sicher das vom Landers-Erdbeben 1992 in Kalifornien. Zum ersten Mal in der Geschichte der Wissenschaft war es möglich, das Deformationsfeld eines Erdbebens flächig zu messen, wenn auch nur die Komponente in Sichtlinie des Sensors. Statt Werte hunderter in der Region installierter Messstationen stellte das Interferogramm ein Bild des Erdbebens mit Millionen Datenpunkten dar. Diese Fähigkeit, großflächig Deformationen der Erdoberfläche aufzuzeichnen, besitzt nur die SAR-Interferometrie! Allerdings ist zu bemerken, dass dieses Resultat seine Entstehung auch günstigen Umständen verdankt. Landers liegt in der Mojave-Wüste, so dass die Variation der atmosphärischen Verzögerung und die Dekorrelation vernachlässigbar waren. Dank der Verfügbarkeit eines guten Höhenmodells konnte der Anteil des Laufzeitunterschiedes auf Grund der verschiedenen Aufnahmegeometrien eliminiert werden (man spricht dann von einem differentiellen Interferogramm). Ein weiterer Meilenstein war die Shuttle Radar Topography Mission des Space Shuttle Endeavour im Februar 2000, während der die Daten für ein Höhenmodell der gesamten Landmasse zwischen 54 Grad südlicher Breite und 60 Grad nördlicher Breite aufgezeichnet wurden. Für diesen Zweck wurde die Endeavour mit zwei SAR-Antennen ausgestattet, eine am Rumpf, eine an einem 60 Meter langen Ausleger. Dank zeitgleicher Aufnahmen waren die Phasenanteile auf Grund Deformation und atmosphärischer Verzögerung vernachlässigbar. Dekorrelation auf Grund von Änderungen der physischen Gegebenheiten spielt hier auch keine Rolle. Dem Wunsch nach einem weltweiten, dazu deutlich höher aufgelösten Höhenmodell kommt seit 2010 die TanDEM-X-Mission des DLR nach, bei der die beiden SAR-Antennen von zwei Satelliten im Formationsflug getragen werden. Auch in der Algorithmik gab es entscheidende Fortschritte. Einer der fruchtbarsten war die Erfindung von Permanent Scatterer Interferometric SAR (PSInSAR) um das Jahr 2000, das durch die Verwendung einer längeren Zeitreihe von differentiellen Interferogrammen und einiger neuer Ideen das Problem der Separierung der im vorangehenden Abschnitt genannten Terme löste. Der Ausgangspunkt hierfür war die Entdeckung, dass häufig eine größere Anzahl über lange Zeiträume phasenstabile Streuer, die sogenannten Permanent Scatterer (auch Persistent Scatterer oder PS), gefunden werden können, die man sich vereinfacht als Pixel vorstellen darf, deren Auflösungszelle einen dominanten, punktförmigen, über die Zeitreihe unveränderten Streuer enthält. Auf diese wird nun die Auswertung beschränkt, die vereinfacht folgende Schritte durchläuft: Definition eines Graphen mit den PS als Knoten und Paaren benachbarter PS als Kanten; Schätzung einer Modellphase für Deformation und Höhenmodellfehler an Hand der Doppeldifferenzen aller verwendeten differentiellen Interferogramme für alle Kanten; Entrollen von Originalphase minus Modellphase, d.h. Auflösen der Mehrdeutigkeiten; räumlich-zeitliche Filterung, um die Variation der atmosphärischen Verzögerung zu eliminieren. Als Produkt ergeben sich für jeden PS seine Bewegung in Sichtlinie des Sensors und eine Korrektur seiner Höhenlage relativ zum für die Erzeugung der differentiellen Interferogramme verwendeten Höhenmodell. Seither wurden diese Grundideen modifiziert und verfeinert. Vor allem müssen die Berücksichtigung verteilter Streuer (auch Distributed Scatterer oder DS) für die Deformationsanalyse erwähnt werden, was die Informationsdichte vor allem in ariden Gebieten drastisch erhöhen kann, sowie die SAR-Tomographie, die eine Analyse auch dann erlaubt, wenn zwei oder drei vergleichbar starke Streuer in einer Auflösungszelle vorhanden sind (z.B. wenn ein Streuer am Boden, eine Fensterniche und eine Dachstruktur den gleichen Abstand zum Sensor haben). Die SAR-Interferometrie, insbesondere die Deformationsanalyse, verwendet vor allem mathematische Methoden aus den Bereichen Stochastik, Signalverarbeitung, Optimierungstheorie und Numerik. Besondere Herausforderungen ergeben sich daraus, dass die Vielfalt natürlicher Phänomene sich nur bedingt durch einfache statistische Modelle beschreiben lässt und aus dem Umstand, dass die Datensätze in der Regel sehr groß sind (ein Stapel von 30 Aufnahmen mit komplexwertigen 600 Megapixeln ist durchaus typisch). Es treten lineare Gleichungssysteme mit mehreren Zehntausend Unbekannten auf, die robust gelöst sein wollen. Für die Auflösung der Mehrdeutigkeiten verwenden die fortgeschrittensten Algorithmen ganzzahlige Optimierung. Wavelet-basierte Filterverfahren werden genutzt, um die atmosphärische Verzögerung vom Nutzsignal zu trennen. Im Zusammenhang mit der Schätzung der Variation der atmosphärischen Verzögerung werden geostatistische Verfahren wie Kriging eingesetzt. Statistische Tests werden bei der Auswahl der DS, sowie zur Detektion schlechter Pixel eingesetzt. Bei der Prozessierung der DS spielen Schätzer der Kovarianzmatrix eine prominente Rolle. Die SAR-Tomographie nutzt Compressive Sensing und viele weitere Verfahren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die SAR-Interferometrie auch aus Perspektive eines Mathematikers ein reichhaltiges und spannendes Arbeitsgebiet ist. Eine wichtige Anwendung ist die Deformationsanalyse durch die InSAR-Methode: Die SAR-Interferometrie zeichnet sich vor allen anderen Techniken dadurch aus, dass sie bei geeignetem Gelände sehr großflächige Phänomene mit sehr hoher Informationsdichte abbilden kann. Allerdings liefert sie relative Messungen, so dass in der Regel eine Kombination mit Nivellement oder hochgenauen GPS-Messungen verwendet wird. Ihre Genauigkeit hängt neben der Qualität der Daten von der Wellenlänge ab und zeigt bei 3cm Wellenlänge meist nur wenige Millimeter je Jahr Standardabweichung. Damit können selbst sehr feine Bewegungen, wie z.B. die Hebung des Oberrheingrabens (ca. 2mm/y), nachgewiesen werden. Allerdings können wegen der Mehrdeutigkeit der Phase Bewegungen auch zu stark sein, um noch mit PSInSAR auswertbar zu sein. In diesem Fall können längere Wellenlängen, höhere zeitliche Abtastung oder Korrelationsverfahren helfen. Trotz der diskutierten Einschränkungen lässt sich die Deformationsanalyse mit InSAR in vielen Zusammenhängen nutzensreich einsetzen, denn auch die Ursachen für Deformationen der Erdoberfläche sind vielfältig. Neben geologischen und anderen natürlichen Phänomenen werden sie von Bergbau, Förderung von Wasser, Erdgas, Erdöl, durch Geothermiebohrungen, Tunnelbau oder andere Bautätigkeiten ausgelöst. Meist steht bei den Anwendungen die Einschätzung von Risiken im Fokus. Erdbeben, Vulkanismus, aber auch Schäden an kritischer Infrastruktur, wie Deichen, Staudämmen oder Kernkraftwerken können katastrophale Folgen haben. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Entdeckung oder Beobachtung von Erdbewegungen, die sich potentiell zu einem Erdrutsch entwickeln könnten. Allein in den Alpen gibt es tausende Bergflanken, wo sich größere Bereiche in langsamer Bewegung befinden und in Leben oder Infrastruktur gefährdende Hangrutsche münden könnten. Auf Grund der zunehmenden Erderwärmung nimmt diese Bedrohung überall dort zu, wo Permafrost zu tauen beginnt, der bisher den Boden stabilisierte. InSAR wird bei der Erstellung von Risikokarten genutzt, die der Beurteilung der Gefährdungslage und der Entscheidung über Gegenmaßnahmen dienen. In vielen Regionen der Erde werden Deformationen der Erdoberfläche durch veränderte Grundwasserstände verursacht. Nimmt das Grundwasser ab, etwa wegen Entnahme zur Bewässerung oder industriellen Verwendung, so senkt sich die Erdoberfläche. Nimmt das Grundwasser während regenreicher Zeiten zu, so hebt sich die Erdoberfläche. Das Monitoring mit InSAR ist hier aus mehreren Gründen interessant. Bewegungen der Erdoberfläche können Schäden an Gebäuden oder anderen Strukturen verursachen (Bsp. Mexico City). Übermäßige Wasserentnahme kann zu irreversibler Verdichtung der wasserführenden Schichten führen, was Konsequenzen für die zukünftige Verfügbarkeit der lebenswichtigen Flüssigkeit hat. Bei Knappheit muss die Entnahme reguliert und überwacht werden (Bsp. Central Valley, Kalifornien). Von besonderer Bedeutung sind durch geologische Phänomene wie Vulkanismus oder tektonische Bewegungen verursachte Deformationen der Erdoberfläche. Die von SAR-Satelliten gewonnenen Daten werden zur Einschätzung von Risiken benutzt, auch wenn eine sichere, frühzeitige und zeitgenaue Vorhersage von Erdbeben oder Vulkanausbrüchen mit den heutigen Methoden nicht möglich ist. Sie sind aber die Grundlage für eine ausgedehnte Forschungsaktivität, die unser Verständnis der Vorgänge in der Erdkruste stetig wachsen lässt und immer genauere Vorhersagen erlaubt. Dies ist in erster Linie den SAR-Satelliten der ESA (ERS-1, ERS-2, Envisat und aktuell Sentinel-1A) zu verdanken, die seit 1991 mit lediglich einer Lücke von zwei Jahren (2012-2014) kontinuierlich die gesamte Erde aufnehmen. Die Idee dabei ist, dass so in festem zeitlichen Rhythmus (bei ERS alle 35 Tage) jeder Punkt der Erde aufgenommen wird. Dadurch ist ein großes Archiv entstanden, das es nach einem geologischen Ereignis ermöglicht, dieses mit den Methoden der SAR-Interferometrie zu untersuchen, da die Vorgeschichte verfügbar ist. Eine Entwicklung der letzten Jahre ist die Nutzung bei der Erschließung von Erdgas und Erdöl. Die mit InSAR sichtbar gemachten Deformationen erlauben es, neue Einsicht in die Struktur der Lagerstätten zu erhalten, geomechanische Modelle zu kalibrieren und letztlich die Rohstoffe Dank optimierter Positionierung von Bohrlöchern effektiver und kostengünstiger zu fördern. Wer InSAR noch besser verstehen will, der findet in den InSAR Guidlines der ESA die Grundlagen sehr gut erklärt. Einen etwas breiteren Überblick über Anwendungsmöglichkeiten kann man sich auf der Homepage von TRE verschaffen, einem Unternehmen, das von den Schöpfern von PSInSAR gegründet wurde und im Bereich InSAR-Auswertungen nach wie vor führend ist. Die Wettbewerber ADS und e-GEOS bieten außer InSAR weitere Anwendungen von SAR-Daten. Aus wissenschaftlich/politischer Perspektive kann man sich in der Broschüre der DLR über Themenfelder der Erdbeobachtung informieren. Zu dem speziellen Thema der Erdbewegung auf Grund Absenkung des Grundwasserspiegels in den USA gibt es weitere Informationen. Literatur und weiterführende Informationen A. Ferretti, A. Monti-Guarnieri, C. Prati, F. Rocca, D. Massonnet: InSAR Principles: Guidelines for SAR Interferometry Processing and Interpretation, TM-19, ESA Publications, 2007. M. Fleischmann, D. Gonzalez (eds): Erdbeobachtung – Unseren Planeten erkunden, vermessen und verstehen, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 2013. Land Subsidence, U.S. Geological Survey. M. Even, A. Schunert, K. Schulz, U. Soergel: Atmospheric phase screen-estimation for PSInSAR applied to TerraSAR-X high resolution spotlight-data, Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), IEEE International, 2010. M. Even, A. Schunert, K. Schulz, U. Soergel: Variograms for atmospheric phase screen estimation from TerraSAR-X high resolution spotlight data, SPIE Proceedings Vol. 7829, SAR Image Analysis, Modeling, and Techniques X, 2010. M. Even: Advanced InSAR processing in the footsteps of SqueeSAR Podcast: Raumzeit RZ037: TanDEM-X Podcast: Modellansatz Modell010: Positionsbestimmung Podcast: Modellansatz Modell012: Erdbeben und Optimale Versuchsplanung Podcast: Modellansatz Modell015: Lawinen

Eine wichtige Frage in der aktuellen Wetter- und Klimaforschung ist die quantitative Erfassung des Luftmassenaustauschs durch die Tropopause. Dabei hat insbesondere der Fluss an Ozon und Wasserdampf durch die Tropopause einen großen Einfluss auf die Chemie und die Strahlungsbilanz der Atmosphäre und spielt damit eine wichtige Rolle für das Verständnis und die Vorhersage des globalen Klimawandels. Mit modernen meteorologischen Messinstrumenten sind die Beobachtungsfehler allerdings teilweise noch vergleichsweise groß und manche Größen lassen sich nur indirekt bestimmen. Es besteht daher großer Bedarf an zusätzlichen und genaueren Beobachtungsmethoden, mit möglichst hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung und hoher Genauigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Messinstrument AMALFI (Amalgamated Lidars for the Measurement of Trace Gas Fluxes in the Atmosphere), zur Tracer-basierten Vermessung von Austauschprozessen durch die Tropopause, fertiggestellt. Es wurde ein leistungsstarkes Ozonlidar entwickelt, das die Möglichkeiten des am DLR bestehenden Wasserdampflidar WALES (WAter Vapor Lidar Experiment in Space) dahingehend erweitert, dass Ozon und Wasserdampf gleichzeitig mit einem Instrument gemessen werden können. Dazu wurde ein OPO-basierter Frequenzkonverter entwickelt, welcher aus dem Licht der Wellenlänge 1064 nm die erforderlichen UV-Wellenlängen durchstimmbar im Bereich um 305 nm mit einer mittleren Ausgangsleistung von über 1 Watt erzeugt. Dabei lag aufgrund der limitierten Zerstörschwellen der Optiken die größte Herausforderung in der Steigerung der mittleren Ausgangsleistung um eine Größenordnung im Vergleich zum bereits am DLR bestehenden Ozonlidar-Transmitter. Der hier entwickelte flugzeugtaugliche Konverter ist optisch sowie mechanisch und elektrisch mit den 100-Hz Nd:YAG-Pumpmodulen von WALES kompatibel, sodass eine unkomplizierte und schnelle Modifikation von dem Vier-Wasserdampf-Wellenlängen-Lidar WALES auf das Zwei-Wasserdampf- und Zwei-Ozon-Wellenlängen-Lidar ermöglicht wird. Mit AMALFI besteht weltweit erstmals die Möglichkeit, mittels aktiver Fernerkundung gleichzeitig Ozon und Wasserdampf in der Tropopausenregion von dem Flugzeug HALO aus zu vermessen. Aufgrund der mit HALO verbundenen Terminverzögerungen konnten keine gemeinsamen Ozon- und Wasserdampf-Messungen vorgenommen werden. Alternativ wurde der entwickelte Ozon-Lidartransmitter vom Boden aus getestet und mit zwei unterschiedlichen Ozonmessverfahren des DWD-Observatoriums vom Hohenpeißenberg validiert. Im Rahmen der Messgenauigkeiten konnte eine Übereinstimmung der drei Instrumente nachgewiesen werden. Weiter kann aus der Übereinstimmung zwischen den experimentellen Messungen und den numerischen Simualtionen gefolgert werden, dass mit dem Ozonlidar im Flugzeugbetrieb die gestellten Anforderungen zur Vermessung von Ozon im Tropopausenbereich in Bezug auf Auflösung und Genauigkeit tatsächlich erfüllt werden. Damit konnte dessen Eignung im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten bewiesen werden. Mit dem hier komplettierten System AMALFI können künftig unter der Verwendung von Wasserdampf und Ozon als sogenannte Tracer gezielt Stratosphären-Troposphären-Austauschprozesse analysiert werden. Somit steht mit AMALFI in der STE-Forschung ein neuartiges Messinstrument mit einer noch nie dagewesenen Messabdeckung von der regionalen bis zur kontinentalen Skala mit der dafür notwendigen hohen räumlichen Auflösung und Genauigkeit zur Verfügung.

Eine der fundamentalen Fragen der aktuellen Wissenschaft ist die Entschlüsselung des globalen Kohlenstoff-Kreislaufs insbesondere vor dem Hintergrund des anthropogenen Einflusses durch die Emission großer Mengen von CO2 in die Atmosphäre. Aktuell gibt es keine Messsysteme, die die nötige Messgenauigkeit zur Bestimmung von Quellen, Senken und Flüssen atmosphärischen Kohlendioxids erreichen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Methode der aktiven Fernerkundung atmosphärischen Kohlendioxids mittels Lidar theoretisch und experimentell untersucht. Im Vordergrund stand dabei die Entwicklung eines Differential-Absorptions-Lidars (DIAL). Der Aufbau und die Charakterisierung einer geeigneten Laserlichtquelle sowie einer präzisen Wellenlängen-Stabilisierung stellten zentrale Aspekte dar. Für ein einsetzbares System mussten darüber hinaus ein Empfangssystem, eine Steuerung und Datenerfassung sowie Systeme zur Analyse der Strahlqualität aufgebaut werden. Da die atmosphärische Rückstreuung im verwendeten Wellenlängenbereich bei 1,57 µm gering ist, wurde das System in der DIAL-Variante IPDA (Integrated Path Differential Absorption) verwirklicht, das statt der atmosphärischen Rückstreuung den Laser-Reflex einer festen Oberfläche verwendet, womit der CO2-Säulengehalt entlang der Messstrecke bestimmt wird. Als Laserlichtquelle wurde ein Nd:YAG-gepumptes KTP-OPO-System mit alternierendem Injection Seeding durch zwei DFB-Laserdioden verwirklicht. Sensitivitätsstudien anhand von numerischen Simulationen lieferten Informationen über geeignete Messwellenlängen, über die maximal erreichbare Messgenauigkeit und über Anforderungen an das Messsystem. Es ergab sich, dass sich im Hinblick auf die untersuchten Aspekte die geforderte Genauigkeit im Subprozent-Bereich erreichen lässt, wobei höchste Anforderungen an die spektralen Eigenschaften der Laserlichtquelle gestellt werden. In Testmessungen wurde die erreichbare Messgenauigkeit des entwickelten Labor-Prototypen untersucht. Es wurden Stärken und Schwächen des aufgebauten Systems und der Messmethode herausgearbeitet. So zeigte sich insbesondere, dass die beim IPDA-Messprinzip notwendige Leistungsreferenz-Messung sowie die räumliche Laserstrahl-Qualität als kritisch zu betrachten sind. Bei direkten Vergleichsmessungen mit einem In-situ-Gerät erreichte der Prototyp auf Anhieb eine Standardabweichung von 2 % bei einem Bias von unter 10 %. Die erreichte spektrale Qualität der Laserstrahlung übertraf die aufgestellten Anforderungen. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zum Fortschritt auf dem Gebiet der Entwicklung aktiver Systeme zur Fernerkundung atmosphärischen Kohlendioxids.

The influence of cloud inhomogeneity on the remote sensing of cloud parameters and the consequences for the determination of the radiation budget in the solar spectral range are studied. Standard techniques of remote sensing are based on simplifying assumptions on radiative transport: clouds are assumed to be homogeneous throughout each pixel and the interaction between pixels is neglected. The quantification of the resulting uncertainties is of major concern considering the potential of remote sensing for a global characterisation of clouds and their interaction with the radiation field. For this purpose, the three-dimensional radiative transport (using a Monte Carlo model) and remote sensing are simulated for a number of realistic cloud structures. The latter are based on high resolution measurements (15 m horizontal resolution) of marine stratus and stratocumulus from the airborne spectrometer CASI. The development of a novel method is described that allows for the derivation of a horizontal distribution of liquid water path, of a profile of microphysics, and of a realistic cloud top geometry. Based on these cloud structures a systematic investigation of a standard remote sensing technique for the simultaneous derivation of optical thickness and effective droplet size is conducted for different sensor geometries (resolution, viewing angle). While the systematic deviation for the optical thickness of overcast pixels is always lower than 5%, the bias increases for partially covered pixels (10-30%). In contrast, the uncertainty for individual pixels can reach more than 50%. The effective radius is systematically underestimated by 3 to 5%. If the solar part of the radiation budget, e.g. the scene reflection, is determined based on these data, deviations from the actual situation between 3 and 10% do occur.

Die Zerstoerung der Regenwaelder hat ein noch nie dagewesenes Ausmass erreicht. Weltraumgestuetzten Aufklaerungssystemen kommt bei der Erfassung dieser grossflaechigen Umweltzerstoerung eine herausragende Rolle zu. Spezialkameras auf der russischen Raumstation MIR, die in 400 km Hoehe alle 90 Minuten die Erde umkreist, liefern Aufnahmen von den Regenwaeldern mit einer bisher nicht gesehenen Qualitaet. Mit einer Bodenaufloesung von ca. 7,5 Metern erlauben die Farbaufnahmen eine detailgenaue Analyse der Vorgaenge in den weitraeumigen, unzugaenglichen Regenwaldgebieten.