Der Inselstaat Indonesien kämpft derzeit gegen großflächige Wald- und Moorbrände auf Sumatra und Borneo. Satellitenbilder können Daten über die Brände liefern, müssen sich jedoch der Herausforderung stellen, dass dicke Wolken oder Rauch die Ortung und Abbildung von Bränden erschweren können.
Die Ursachen der Feuer sind wahrscheinlich illegale Brandrodungen, durch die Platz für Plantagen für Palmöl oder Nutzholz geschaffen werden soll. Die extreme Trockenheit, die das Wetterphänomen El Niño verursacht, verschlimmert die Lage zusätzlich. Um den Bränden entgegenzuwirken und deren Folgen für die Ökologie abzuschätzen, sind nun zuverlässige Informationen über Ursprung und Ausbreitung der Feuer wichtig.
Zurzeit ist deshalb der Kleinsatellit TET-1 (Technologie-Erprobungsträger) des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) im Einsatz. „Durch die hohe Empfindlichkeit und bessere räumliche Auflösung der Kamera auf TET können wir sehr kleine Brände auch trotz Rauch erfassen und vermessen“, sagt Dr. Eckehard Lorenz vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, der an der Entwicklung der Kamera beteiligt war.
Wärmebildkamera hat Blick auf die Feuer
Die Feuer in Indonesien setzen große Mengen Kohlenstoff frei, der sich als Rauch auch über die Nachbarländer Malaysia, Singapur und Thailand legt – und die Detektion aus dem Weltall erschwert. Wie gefährlich die Feinstaubbelastung für Mensch und Umwelt ist, zeigt der Pollutant Standards Index, der angibt, wie stark die Luft durch Schadstoffe verschmutzt ist: Anfang Oktober erreichte die Provinz Kalimantan auf Borneo einen Wert von 1.800 – bereits ab 300 gilt die Luftverschmutzung als ernsthaft gesundheitsgefährdend.
Satelliten wie Aqua und Terra der amerikanischen Weltraumbehörde NASA zeigen mit ihrem MODIS-Instrument (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) zwar Feuer- und Wärmeunregelmäßigkeiten auf Satellitenbildern, jedoch nur, wenn diese so stark sind, dass die Sensoren diese erfassen können. Warme und heiße Objekte senden Strahlung um infraroten Wellenlängenbereich aus und können mit speziellen Kameras erfasst werden. Wolken und Rauch beeinflussen und verhindern teilweise die Erfassung von Bränden. Eine Lösung für dieses Problem bietet der DLR-Satellit TET: „Das Einzigartige an TET ist die spezielle Auslegung der Instrumente: Die beiden Infrarotkameras können Objekte auf der Erde über deren Infrarotstrahlung erkennen und untersuchen“, erläutert der wissenschaftliche Leiter der Mission, DLR-Wissenschaftler Eckehard Lorenz.
Daten für die Wissenschaft
Der Kleinsatellit hat dabei zwar nicht die Abdeckung eines großen Satelliten, kann dies aber teilweise durch eine flexible Steuerung kompensieren. So liefert TET umfassende Daten, die Wissenschaftler wie Dr. Florian Siegert, Biologe am GeoBio-Center der Ludwig-Maximilians-Universität in München, für ihre Arbeiten nutzen. Er untersucht die Auswirkungen der Torfbrände auf das globale Klima und berät Organisationen wie die Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit und den WWF in Naturschutzfragen in Indonesien.
Seine Analysen von Zeitreihen helfen, die Ursprünge der Brände, die räumlichen Muster der Verbreitung und die Geschwindigkeit der Feuerfronten zu identifizieren. Um potentielle Verbreitungen auszumachen, können die Forscher die Temperatur der Brandausstrahlung analysieren und die Hitzeproduktion berechnen. So können sie einschätzten, ob es sich um einen energiearmen Moorschwellbrand oder einen „heißen“ Vegetationsbrand handelt.
Mit Hilfe der TET-Daten und weiteren Feldmessungen, die vor Ort gemacht werden, wird es möglich, die mit den Torf- und Waldbränden verbundenen Emissionen von Treibhausgasen noch viel besser abzuschätzen. Das ist ein wichtiger Beitrag zur Erforschung der Ursachen des Klimawandels. Eine Kombination aus zwei oder mehreren TET-Satelliten könnte so Brände im tropischen Gürtel schon frühzeitig erkennen und wichtige Informationen liefern.
FireBird: Satelliten im Zusammenspiel
An der Entwicklung des TET-Satelliten sind mehrere DLR-Institute beteiligt. Der Satellit, der zunächst für die Erprobung von neuen Techniken und Technologien eingesetzt wurde, wird vom German Space Operations Center (GSOC) des DLR betrieben und kontrolliert. Die Daten werden vom Nationalen Bodensegment des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) empfangen, prozessiert und archiviert. Die Infrarotnutzlast ist eine Entwicklung des Instituts für Optische Sensorsysteme des DLR.
Nun wird TET Teil der Mission FireBIRD, bei der in Zukunft zwei Satelliten gemeinsam für die Feuerfernerkundung aus dem Weltraum um die Erde kreisen werden. Dazu zählt, sogenannte Hochtemperatur-Ereignisse zu erkennen und zu vermessen sowie Fernerkundungsdaten für die wissenschaftliche Forschung im DLR und externer Partner bereitzustellen. Um diese Ziele zu erreichen, wird das DLR im April 2016 den Satelliten BIROS (Berlin Infrared Optical System) starten, der zusammen mit TET die entsprechenden Daten liefern soll. BIROS soll vor allem Informationen von bereits aktiven oder gerade entstehenden Brandherden direkt auf Mobilfunkgeräte übertragen. Der Satellit hat ein Antriebssystem, mit dem die Konstellationen mit TET gezielt verändert werden können, um wiederholte Aufnahmen eines Ziels unter verschiedenen Blickwinkeln zu ermöglichen.
Bis aus Satellit BIROS und dem Kleinsatelliten TET ein Gespann zur Feuerdetektion wird, ist TET weiterhin bereits im Einsatz. „Indonesien wird für die nächsten Wochen bis zum Abklingen der Brände definitiv ein Einsatzschwerpunkt für TET sein, ohne dabei andere bedrohte Gebiete, wie Australien oder Südamerika aus dem Auge zu verlieren“, erklärt Lorenz, wissenschaftlicher Leiter des Projekts. „Bei dieser Form der Brände kommt es vor allem darauf an, durch wiederholte Aufnahmen die Entwicklung des Brandgeschehens statistisch zu erfassen und daraus Schlüsse für die ökologischen Folgen zu ziehen.“
Auf dem Titelbild: Eine Aufnahme des Satelliten TET über Indonesien. Legt man ein Bild des DLR-Kleinsatelliten TET über ein Satellitenbild des MODIS-Instruments der NASA zeigt sich, dass die Infrarotkamera von TET Brände auch durch dicke Wolken und Rauch abbilden kann. (Quelle: Montage: TET-Satellitenbild DLR/RSS und MODIS-Satellitenbild NASA/Worldview)
Abb. 2: Zeitreihe mit Aufnahme von TET und MODIS. Zeitreihen können helfen, den Ursprung eines Brandes zu bestimmen und seine Ausbreitung abzuschätzen. Das Bild zeigt die Verbreitung von Torfbränden im Sebangau Nationalpark auf Borneo über einen Zeitraum von drei Wochen. Oben die Bilder, die der DLR-Satellit TET gemacht hat, unten die des MODIS-Instruments der NASA. (Quelle: TET-Satellitenbild DLR/RSS; MODIS-Satellitenbild NASA/Worldview)
