1. Fernerkundungsmethoden zur Bewertung von Naturgefahren

1.1 Einleitung

Eines der wichtigsten Arbeitsmittel der Regionalplanung ist die Fernerkundung. Diese ist jedoch nicht nur sehr nützlich für den Planungsprozess im allgemeinen, sondern leistet auch gute Dienste bei der Erfassung und Kartierung der verschiedenen Typen von Naturgefahren. Wenn das Naturgefahrenpotential schon im frühen Stadium einer integrierten regionalen Entwicklungsplanung identifiziert wird, können Massnahmen zur Reduzierung der sozialen und ökonomischen Auswirkungen eines potentiellen Desaster ergriffen werden.

Viele Naturgefahren werden zu einem gewissen Ausmass mittels Fernerkundungsmethoden erfasst, weil beinahe alle geologische, hydrologische und atmosphärische Phänomene, die gefährliche Situationen entstehen lassen können, Prozesse sind, die wiederkehren oder Evidenzen auf früherer Ereignisse vorweisen können. Diese Evidenzen gilt es aufzuzeichnen, zu analysieren und in den Planungsprozess zu integrieren.

Die meisten Fernerkundungsstudien im Bereich Naturgefahren beschäftigen sich mit der Risikoanalyse eines Gebietes bezüglich einer potentiellen Bedrohung, Monitoring von Ereignissen, die eine bedrohliche Situation herbeiführen könnten, und mit der Intensität, dem Ausmass und der Dauer der eigentlichen Naturkatastrophe. Das vorliegende Dokument soll nun für Entscheidungsträger im Bereich Disaster und Risk Management aufzeigen, welche vorhandene Fernerkundungsinformationen geeignet sind, um die einzelnen Naturgefahren zu identifizieren und zu analysieren.

Die Kosten für die einzelnen Produkte sind, wenn sie nicht online öffentlich zur Verfügung stehen, nur schwer zu eruieren. Generell ist festzuhalten: Je höher die räumliche Auflösung des Sensors ist, desto teurer der Preis. Das WWW bietet einige Möglichkeiten an Gratisprodukten, doch deren räumliche Auflösung ist meist für die entsprechende Fragestellung zu klein.

Dieser Bericht basiert auf Dokumenten die im Mai / Juli 2001 auf dem WWW mittels folgenden Suchmaschinen gesucht wurden: Google (Schweiz und International), AltaVista, Excite, HotBot, Infoseek, Lycos, WebCrawler, Yahoo!, FAST Search, MSN Web Search und Open Directory Project. Es wurde mittels Bool'sche Ausdruck "And" nach den jeweiligen Schlagwörtern gesucht. Die in diesem Dokument erwähnten URL's wurden im Juli 2001 letztmals auf ihre Gültigkeit überprüft.

Inhaltlich stützt sich dieses Dokument auf die Fachberichte der verschiedenen Forschergruppen des Committee on Earth Observation Satellites Disaster Management Support Group (CEOS-DMSG). Die einzelnen Berichte können auf dem CEOS Disaster Information Server (http://www.ceos.noaa.gov ) eingesehen werden.

1.2 Übersicht über die wichtigsten Fernerkundungsattribute

Die wichtigsten Faktoren, die den Nutzen der Fernerkundungsdaten im Bereich der Naturgefahren bestimmen, sind Massstab, räumliche, spektrale und zeitliche Auflösung. Ebenfalls nicht zu vernachlässigen sind: Flächenabdeckung, radiometrische Eigenschaften, Datenkosten und Verfügbarkeit.

Massstab

Die Vergrösserungsmöglichkeit eines Luftbildes respektive Satellitenbildes bestimmt dessen Gebrauch im Bereich Disaster und Risk Management. Häufig ist es möglich, einzelne Naturkatastrophenphänome auf kleinmassstäblichen Datensätzen zu erfassen, aber unmöglich diese mittels Vergrösserung in grösseren Massstäben zu annotieren. Deshalb ist es wichtig, einen Bildmassstab respektive Sensor zu wählen, der apropriat bezüglich des Untersuchungsgebietes / Fragestellung ist.

Auflösung

Der Massstab ist bedeutungslos ohne adäquate räumliche Auflösung, welche das Auflösungsvermögen von nahe beieinander liegender Objekten in einem Satelliten- respektive Luftbild darstellt. Vergrösserungen von Datensätzen selbst können keine Verbesserung der Auflösung hervorbringen, sondern nur die Möglichkeit für die Interpretation.

Die zeitliche Auflösung bezeichnet die Frequenz, mit der der Satellit ein Gebiet abdecken kann. Hier ein Beispiel für einige Satelliten:

Abb: 1 Beispiel für die zeitliche Auflösung von Satelliten. In dieser Abbildung ist die grösserer zeitliche Auflösung des SPOT, bedingt durch die schwenkbaren Sensoren, nicht berücksichtigt. (Quelle: http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/ISSSR-95/disaster.html )

Die spektrale Auflösung, die Bandbreite des Sensors, muss ebenfalls bei der Auswahl des Fernerkundungsproduktes berücksichtigt werden, da jeder Sensor für eine bestimmte spektrale Bandbreite konzipiert wurde. Die meisten Naturkatastrophen haben eine Veränderung der Oberfläche im spektralen Bereich zu Folge. Überflutungen führen zu hochsignifikanten spektralen Änderungen, Erdbeben hingegen weisen nur kleine spektrale Variation auf, da der spektrale Kontrast im Bezug auf die nichtbetroffenen Gebiete klein ist.

Radiometrische Auflösung

Die radiometrische Auflösung definiert wie gering die Differenz der Reflexion sein kann, um diese noch zu unterscheiden.

Zeitraum

Die zeitlichen Vorkommen von Naturkatastrophen beeinflussen ebenfalls den Einsatz von Fernerkundungsdaten. Kurzfristig auftretende Ereignisse, wie Hochwasser, lassen sich am besten mittels Sensoren überwachen, deren Wiederkehrrate, also Überflugshäufigkeit, hoch ist. Auf der anderen Seite sind langandauernde Prozesse, wie Desertifikation, um einiges einfacher zu überwachen, da Daten nicht in kürzester Zeit verarbeitet werden müssen.

Fernerkundungsbilder und Karten

Karten sind gut geeignet, um die Interpretation von Fernerkundungsdaten zu verbessern. IM Gegensatz dazu sind Fernerkundungsdatensätze als Mittel für die Erkenntnisgewinnung bezüglich Informationen von Naturressourcen und Naturgefahren zu betrachteten. Die Bedeutung und der Wert der Fernerkundungsdaten steigert sich durch sachkundige Interpretation in Verbindung von herkömmlichen Karten und bodengestützten Daten. Eine Extraktion der Informationen und Integration dieser in ein GIS kann für die humanitäre Hilfe von grosser Bedeutung sein.

1.3 Anwendungsmöglichkeiten der Satellitenfernerkundung im Bereich Naturgefahren allgemein

Tabelle: 1 Quelle http://www.oas.org/en/cdmp/document/NHP/oea66e/ch04.html

1.4 Anwendungsmöglichkeiten der Fernerkundung im Bereich Disaster Management

Tabelle: 2 http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/ndrd/ examples.html)

1.5 Anforderungen an die Satellitensysteme

Jede Organisation, ob GO oder NGO, hat unterschiedliche Ansprüche bezüglich Auflösung, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Satellitenprodukte. Die WMO verfügt über eine Datenbank, in der die jeweiligen Anforderungsprofile aufgeführt sind. Exemplarisch sei hier die der UNEP aufgeführt.

Abb: 2 Anforderungen der UNEP (Quelle: http://alto-stratus.wmo.ch/sat/stations/SatSystem.html )

1.6 Anwendungsmöglichkeit nach Sensorplattform

Tabelle: 3 Basiert auf: CEAS Workshop on International Cooperation in Space, Frascati, Italy, 26-30 May 1996. Using Space Assets for Disaster Mitigation

System	Status	Observation capabil i ties	Sample disaster mitigation appl i cations
Weather satelites	existing	global day and night observ a tions	prediction/monitoring of hurricanes, typhoons, to r nadoes, volcanic eru p tions
Landsat	existing	visual 15-30 meter and multispectral 30-80 meter land obse r vations	land use, flood extent, environmental m o nitoring
SPOT	existing	visual 10 to 30 meter land o b servations	3 dimensional mapping, flood extent, damage a s sessment, crop identificat i on
IRS-1C	existing	visual 6-30 meter land and sea observ a tions	3 dimensional mapping, oil spill detection, flood extent, damage asses s ment
RESURS-O1	existing	visual and multispectral 160-600 meter land and sea obse r vations	regional environmental mapping, monitoring of coastal zones, crop development, drought, flood areas and fires
ERS	existing	all weather 25-500 meter land and sea obse r vations	3 dimensional mapping, oil spill detection, flood extent, damage assessment, night coverage
Radarsat	existing	all weather 10-100 meter land and sea radar obse r vations	3 dimensional mapping, oil spill detection, flood extent, damage assessment, night coverage
SeaWiFS	existing	multispectral 1 & 4 km sea observ a tions	oil spill detection, ocean pollution monitoring, algae dete c tion
Cosmos, KVR-1000	existing	visual 2 meter land observations (not near-real-time)	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis
CTA Clark	Program postponed	visual 3 meter land observ a tions	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis
QuickBird	launch scheduled for 1999	visual 1 meter land observ a tions	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis
Ikonos-1	Lost during launch process 27 April 1999	visual 1 meter and multispectral 4 meter land obse r vations	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis
OrbView-3	launch scheduled for s e cond quarter 2000	visual 1 & 2 meter and multispectral 4 meter land observ a tions	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis, crop ident i fication
Ikonos	existing	visual 1 meter and multispectral 4 meter land obse r vations	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis, crop ident i fication
OrbView-4	launch scheduled for 2000	visual 1 meter and multispectral 4 meter land obse r vations	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis, crop ident i fication
EROS-A	launch scheduled for 1999	visual 1.8 meter land observ a tions	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis
SPOT 5A	launch scheduled for 2002	visual 5 meter land observ a tions	high-resolution mapping, infrastructure identificat i on, terrain analysis, crop ident i fication

1.7 Zusammenstellung der Charakteristika einiger Satelliten

Satellitendaten für Disaster und Risk Management werden sowohl von Satelliten im Polarorbit als auch von geostationären meteorologischen Sensorplattformen gewonnen. Satelliten im Polarorbit lassen sich in 2 Gruppen einteilen: Optische Sensoren, die mit kleiner (AVHRR), mittlerer (LANDSAT, SPOT, IRS, MODIS) und grosser (IKONOS) Auflösung arbeiten, und den auf Mikrowellen - Basis arbeitenden Sensoren, die durch die Wolken Oberflächenparameter erfassen können. Dazu gehören die aktiven hochauflösenden Radar - Sensoren (RADARSAT, JERS, ERS) und niedrigauflösenden Sensoren vom Typ SSM/I.

Abb: 3 (Quelle: http://www.uni-kiel.de:8080/ewf/geographie/forum/unterric/material/einf_fe/kapitel_4_satellit.html )

1.8 Preisliste

Abb: 4 Unverbindliche Preisliste für Daten der gebräuchlichsten Sensoren, Stand Juni 2001.

1.9 Zugang zu Informationen und Daten

Täglich aktualisierte Satellitenbilder bezüglich den verschiedensten Naturgefahren werden durch das NOAA OSEI: Operational Significant Event Imagery (http://www.osei.noaa.gov/ ) Datenzentrum bereitgestellt. Es besteht auch eine entsprechende Mailingliste.

Kontaktadressen der wichtigsten Erdbeobachtunsgorganisationen (Quelle: http://www.gaf.de/ Train4DM/)

· Aerial Images Ltd.

http://www.aerial-images.com/

· Australian Centre for Remote Sensing

http://www.auslig.gov.au/

· Canada Centre for Remote Sensing : CCRS

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/homepg.pl?e

· Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing: CRISP

http://www.crisp.nus.edu.sg/

· Centre National d'Etudes Spatiales: CNES

http://www.cnes.fr

· EROS Data Centre

http://edcwww.cr.usgs.gov/

· EUROMAP

http://www.euromap.de

· European Space Agency: ESA

http://www.esa.int/

· EURIMAGE

http://www.eurimage.it

· German Remote Sensing Data Centre: DLR-DFD

http://isis.dlr.de/

· Joint Research Centre of the EU: JRC; Centre for Earth Observation: CEO

http://www.ceo.org

· National Aeronautics and Space Administration: NASA

http://www.gsfc.nasa.gov/NASA_homepage.html

· National Institute for Space Research of the Brazilian Ministry of Science and Technology: INPE

http://www.inpe.br/

· National Space Development Agency of Japan: NASDA

http://www.nasda.go.jp/index_e.html

· RADARSAT International

http://www.rsi.ca/

http://www.radarsatinaction.com

· Remote Sensing Technology Centre of Japan: RESTEC

http://www.restec.or.jp/restec_e.html

· Remote Sensing Research Group Bern :RSRG Bern

http://saturn.unibe.ch/rsbern

· SOVINFORMSPUTNIK

http://www.sovinformsputnik.com/

· SPACE IMAGING EOSAT

http://www.spaceimage.com

· SPOT IMAGE

http://www.spotimage.fr

· Swedish Space Corporation: SSC; Remote Sensing Technology Division

http://www.ssc.se/rst/

· Telespazio S.p.A.

http://www.telespazio.it/

Linkliste

http://www.vtt.fi/aut/ava/rs/virtual/organizations.html

2. Hochwasser und Überflutungen

In diesem Abschnitt wird die Anwendbarkeit der Fernerkundungsmethoden für Hochwasser Management, Analyse und Vorhersage aufgezeigt.

Die Fernerkundung kommt vor der eigentlichen Überschwemmung, also dem Vorbereitungs- und Vorhersagestadium, und bei der eigentlichen direkten sofortigen Reaktion auf das Naturereignis, wo Sofortmassnahmen und kurzfristige Wettervorhersagen (0-3h) Schlüsselpunkte darstellen, zum Einsatz.

Auch in der Schadenabschätzung und Erfassung nach dem Ereignis zwecks Wiederaufbauhilfe liegt eine weitere Verwendungsmöglichkeit der Fernerkundungsdaten.

Hoch und niedrigauflösende Satelliten haben sich als brauchbares Werkzeug für die Erfassung von hydrologischen Informationen, inklusive der Quantifizierung der physikalischen Parameter wie Topographie, Landnutzung, Schneedecke und des Einzugsgebietes erwiesen. Das Hochwasser Management ist eine der am besten funktionierenden operationellen Anwendung der Fernerkundung im Bereich des Naturgefahren Management. Es soll aber trotzdem noch im folgenden auf Lücken in den Methoden der Fernerkundung und zukünftigen Verbesserung hingewiesen werden.

Satelliten werden zur Bestimmung der physikalischen Parameter der Einzugsgebiete herbeigezogen: Einzugsgebietsgrenzen, Höhenmodelle, Landnutzung, Schneedecke, Temperaturen, Vegetationsdecken etc. werden mit ihnen bestimmt.

Die rein meteorologischen Satelliten wiederum lassen sich in zwei Gruppen aufteilen: geostationäre und polarumlaufende Satelliten. Geostationäre Satelliten (METEOSAT, GOES, INSAT, GOMS) sind gute Werkzeuge zur Beobachtung des Wettergeschehens auf kontinuierlicher Basis (15-30 min). Satelliten im Polarorbit, wie der NOAA-AVHRR und DMSP-SSM/I, liefern ähnliche Daten in grösserer räumlicher Auflösung, aber nur zweimal täglich: Sie werden zur Bestimmung von physikalischen Parametern des Niederschlags und der Feuchtigkeitsprozesse eingesetzt.

Im Bereich Hochwasser - Risk - Management gibt es zwei Hauptanwendungen der Fernerkundung.

- Detaillierte Kartierung: Auf der Ebene der regionalen und lokalen Skalen werden im Bereich Naturgefahrenabschätzung Risikokarten erstellt, andererseits werden dadurch auch Input-Daten für die verschieden hydrologischen Modelle bestimmt.

- Grossmassstäbliche Übersichtskarten: Diese dienen zur Übersicht der allgemeinen Überflutungssituation eines ganzen hydrologischen Einzugsgebietes oder Küstenabschnittes. So lassen sich die Gebiete mit grösster Bedrohung schneller identifizieren. Auf regionaler Ebene werden ebenfalls Inputdaten für numerische Wettervorhersagemodelle geliefert.

Radar-Daten eignen sich zur Überflutungskartierung besser, da sie durch die Wolkendecke die Erdoberfläche erfassen können. Optische Satelliten können wegen ihrer grossen Wiederkehrrate in near-realtime zum Hochwassermonitoring und –kartierung angewandt werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Wolkenbedeckung relativ gering ist. Zusammen mit den geostationären meteorologischen Satelliten dienen sie vor allem zur Abschätzung der Niederschlagsintensitäten, -mengen und –gebieten und zur Bestimmung von Oberflächeneffekten wie Bodenfeuchte.

Quantitative Niederschlagsabschätzungen und vorhersage benötigen Satellitendaten als Inputdaten, um die Frühwarnung für bedrohte Gemeinden und Gebiete zu erleichtern.

In untenstehender Tabelle ist vereinfachend die state-of-the-art Anwendung der Fernerkundung im Bereich Hochwassergefahren dargestellt. Es ist der starke multidisziplinäre Kontext ersichtlich. Es zeichnen sich zwei Kategorien ab:

- Überwachte Gebiete, in denen die Fernerkundung eine komplementäre Aufgabe zu den bestehenden direkten Niederschlags- und Abflussmessungen hat.

- Gebiete, die nicht mit Instrumenten überwacht werden(oder wo Messungen unzuverlässig oder ungenügend sind).

Für die zweite Kategorie stellt die Fernerkundung ein wichtiges Werkzeug bezüglich des Hochwassergefahren Management dar. Die Tabelle ist zudem in lokale und regionale Ansätze aufgeteilt, welche vom Betrachtungsmassstab der angewendeten Methoden und Auflösung abhängig sind.

Tabelle: 4 Eignung der Fernerkundung für das Hochwasser - Management

	Überwachte Gebiete	Nichtüberwachte Gebiete
	regionale Skala	lokale Skala	regionale Skala	lokale Skala
Prävention	ja+andere Daten	ja+andere Daten
Frühwarnung	ja+andere Daten		ja+andere Daten
Disaster Management	ja+andere Daten	ja+andere Daten

2.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Hochwasser, Fernerkundung Hochwasser Satelliten, Fernerkundung Hochwasser Disaster Management, Fernerkundung Hochwasser Risk Management, Fernerkundung Hochwasser Schweiz

E: remote sensing flood, remote sensing flooding, remote sensing flood Disaster Management, remote sensing flood Risk Management

F: Inondation télédétection, Inondation télédétection gestion de désastre, Gestion des risques, Inondation télédétection

2.2 Risk Management

2.2.1 Langfristige Prävention

Die Kategorie der Prävention beinhaltet Geschichte, Erinnerungsvermögen der Gesellschaft und Klimatologie. Es ist der klassische Naturgefahrenansatz, bei welchem die individuellen Inputdaten von der Skala der Naturgefahrenanalyse selbst abhängig sind. Für regionale Methoden sind dies einerseits geomorphologische und hydrologische Analysen, andererseits Auswertungen historischer Ereignisse und deren Klimatologie. Fernerkundung hilft dabei, geomorphologische und landnutzungsspezifische Elemente zu kartieren, meteorologische Daten für hydrologische Modelle bereitzustellen und zur Kartierung der historischen Ereignisse beizutragen.

Entscheidungsträger können mit Hilfe dieser Daten in etwa abschätzen, was für bestimmte Gebiete zu erwarten ist (z. B. bzgl. Niederschlag) und dadurch in Kombination mit den entsprechenden Modellen Reaktionszeiten für humanitäre Hilfe etc. berechnen. Potentielle Anwender sind also Raumplaner, Hydrometeorologen (inkl. Wettervorhersage), Umwelt und Landwirtschaftsbehörden.

Methoden der lokalen Hochwassergefahrenprävention umfassen des weiteren die Bereiche Topographie, hydraulische Daten, Flussbettrauhigkeit, Sedimentkorngrösse, hydraulische Berechnungen, Landbedeckung und Oberflächenrauhigkeit. Die Fernerkundung trägt dabei zu den Bereichen Topographie (Generierung von digitalen Höhenmodellen), der Bestimmung von Oberflächenrauhigkeiten und Landnutzung bei. Potentielle Anwender sind Raumplaner (auf kommunaler Ebene) und Hydrometeorologen. Die Satellitendaten können in Kombination mit Daten zur Bevölkerung, Gebäuden, Infrastruktur und Nutzung für das risk assessment verwendet werden. Hierbei ist speziell der Beitrag der Fernerkundung zur Aktualisierung des bestehenden Kartenmaterials im Bereich Landnutzung zu erwähnen: Die Nachführung von Karten von der offiziellen staatlichen Stelle erfolgt oft mit grosser zeitlicher Verzögerung. Orthorektifizierte Daten als Kartenersatz aus hochauflösenden Satellitenbildern stellen einer der besten Beiträge der Fernerkundung dar.

2.2.2 Schadensmilderung, Vorhersage und Frühwarnung

Dieser Bereich wird von den hydrologischen Modellen dominiert, die vor allem für die Vorhersage für die allfällige Grösse des überfluteten Gebietes gebraucht werden. Diese Angaben können dann bei der Notfallplanung im Bereich humanitäre Hilfe etc. von grosser Hilfe sein. Viele Inputparameter für diese Modelle können nur mit Hilfe von hochaufgelösten Daten über grosse Gebiete bestimmt werden, welche nur mittels Fernerkundungsmethoden erfasst werden können.

Untenstehende Abbildung zeigt die Anforderungen dieser hydrologischen Modelle und die mögliche Anwendung von Fernerkundung auf. Daten von Satelliten wie ERS, RADARSAT und SPOT können Höhenmodelle von Genauigkeiten im Bereich von 3 - 10m liefern. Landnutzungsinformationen werden aus AVHRR, LANDSAT, MODIS oder SPOT abgeleitet. Die Niederschlagskomponente kann durch eine Fülle von existierenden polarumlaufenden und geostationären Satelliten bestimmt werden.

Abb: 5 Anforderungen an hydrologische Modelle Quelle http://www.ceos.noaa.gov/2000Ceos/ progress/reports/ flood.html

Bei den Frühwarnsystemen für Überflutung sind laufend Daten von Umweltfaktoren und deren Zustände notwendig. Speziell in Gebieten, die nicht mit Messstationen ausgerüstet sind, werden Fernerkundungsdaten für die quantitative Niederschlagsvorhersage gebraucht. In den erschlossenen Gebieten können diese Daten zu einer verbesserten räumlichen Auflösung beitragen.

2.3 Disaster Management

Während des Hochwasserereignisses selbst werden von den zuständigen Behörden rechtzeitig detaillierte Zustandsreporte benötigt, um die betroffenen Gebiete ausfindig zu machen, zu identifizieren und entsprechende schadensmildernde Massnahmen zu erlassen. Es ist dabei von grösster Wichtigkeit, dass die Daten zuverlässig und rechtzeitig zur Verfügung stehen, um auf bestimmte Situationen richtig reagieren zu können.

Für die Fernerkundung bedeutet das Schadensabschätzung. Dies stellt der empfindlichste Bereich des Naturgefahren Managements dar, weil dabei mit allfälligen Rettungsoperationen das Leben von Personen und deren Eigentum direkt abhängig ist. Im folgenden eine Liste der Informationen, die in near real time benötigt und analysiert werden müssen:

- ausführliche Kartierung und Real Time Monitoring (mittels Satelliten und flugzeuggestützten Fernerkundungsmethoden, bodengestützte Beobachtungen)

- Gebäudeschäden (mittels Fernerkundungsmethoden und direkter Inspektion)

- meteorologische Kurzfristprognosen (0-3h); Intensitäts-, Bewegungs-, Zeitdauerabschätzung des Niederschlags durch Satellitendaten

- Evaluation von sekundären Katastrophen wie Verschmutzungen, die während des Hauptereignisses detektiert und abgeschätzt werden müssen

Potentielle Nutzer sind hier unter anderem auch Versicherungsfirmen.

Nach dem eigentlichen Hochwasserereignis, im Bereich der längerfristigen Wiederaufbauhilfe, ist der Zeitfaktor nicht mehr so kritisch wie während des Ereignisses selbst. Deshalb kann mit mittel- bis hochauflösenden Satellitendaten im Verbund mit einem operationellen Geographischen Informationssystem (GIS) wertvolle Arbeit im Bereich Wiederaufbau geleistet werden: Daten von mittlerer räumlicher Auflösung können zur Bestimmung des Ausmasses der Überschwemmung benutzt werden und damit neue Risikogebiete ausgeschieden werden. Ebenfalls können mit deren Hilfe grössere Landbewegungen, Verschmutzungen, Ablagerungen und Sedimentation bestimmt werden. Hochaufgelöste Daten sind sehr hilfreich für die Feststellung der einzelnen Schadenstufen. Sie werden ebenfalls als Referenzkarten zum Wiederaufbau von Brücken, weggeschwemmten Strassen, Häusern und Anlagen verwendet.

2.4 FAZIT

2.4.1 Methoden

Es besteht Bedarf an kohärenter Integration mit allen anderen Disziplinen, die im Bereich Hochwassergefahren arbeiten. In der Vergangenheit haben Datenprovider zu häufig Produkte generiert, ohne die Bedürfnisse und Methoden der eigentlichen Nutzer zu berücksichtigen. In vielen Fällen waren die Fernerkundungsmethoden als eigentliche Konkurrenz der eher traditionellen herkömmlichen Ansätze gesehen worden.

2.4.2 Wissenschaft

Wissenschaftliche Lücken bestehen vor allem in Bezug auf die von Satelliten hergeleiteten Niederschlagsalgorithmen. Momentan bestehende Niederschlagsabschätztechniken wurden für tropische Konvergenzsystem entwickelt. Diese Ansätze müssen nun für andere extratropische Niederschlagssysteme angepasst werden. Den grössten Nutzen der Fernerkundung für Hochwasserfragen ist aber im Bereich der Integration aller Fernerkundungsdaten, von optischen bis zu den Radarsensoren, zu erwarten.

2.4.3 Technologie

Verbesserungen befinden sich im Bereich:

- Steigerung der Frequenz der Abdeckung

- Verbesserung zum Zugang einzelner Datensets und deren Lieferung

- Verbesserte Auflösung der digitalen Geländemodelle für lokale Applikationen (im Bereich von einem Meter)

- Verbesserung der Zugangsmöglichkeiten zu allen verfügbaren Daten

Ein gute Möglichkeit um die Nutzbarkeit der Daten zu verbessern, ist die Steigerung deren Gebrauchs. Die momentanen Preise für hochaufgelöste Satellitendaten sind zu hoch, um eine Verwendung auf operationeller Basis zuzulassen.

2.4.4 Data Management

Es ist offensichtlich, dass bei der grossen Anzahl der bestehenden Satelliten und deren Datenprovider noch eine starke Verbesserung im Bereich Datenmanagement und Technologie erfolgen muss. Die graphische Natur, die den Satellitendaten und deren Produkten inne ist, erfordert zwingendermassen grössere und effizientere Datennetzwerke und state-of-the-art Datenkompressionsmöglichkeiten. Satellitendaten müssen auch mit GIS - Daten kompatibler werden, um deren Nutzbarkeit zu maximieren.

Ebenfalls ist ein starker Bedarf bezüglich Verbesserung der Schulung, Training und internationaler Koordination des fernerkundungsgestützten Disaster Managements und des Datenlieferungsservice nötig, um den Datenzugriff und -verwendung zu vereinfachen.

2.5 Aktivitäten in der Schweiz

GEO7

Das Schnee - Wasser Bern Projekt in Zusammenarbeit mit der Fernerkundungsgruppe der Universität Bern hat gezeigt, dass es möglich ist, die lokale Hochwassergefahr operationell abzuschätzen.

- Siehe Dokument: http://www.geo7.ch/d/naturgefahren/index.html

SARMap

Die Firma SARMap bietet mit SARScape ein modulares Softwaretool an, mit dem auf einfacher Basis Radar - Szenen ausgewertet und somit Überflutungen kartiert werden können. Die ganze Software lässt sich in ArcView (Desktop GIS) implementieren. Eine volle ERS Radarszene (100 x 100 km) kann in weniger als einer Stunde verarbeitet werden. Unterstützte Satelliten: ERS, Radarsat-1, und JERS-1.

- Siehe Dokument: http://www.sarmap.ch

EPFL: SIRS

Das EPFL ist ein wichtiger Partner im internationalen Projekt FLOODGEN, das im Bereich Risk Assessment mittels Abflussmodellierungen anzusiedeln ist. Die Fernerkundung liefert folgende Inputparameter für die Modellierungen: Klassifizierung der Landwirtschaftsflächen im gefährdeten Gebiet und Generierung von Höhenmodellen. Es kommen die verschiedensten Sensoren und Produktederivate zum Einsatz.

- Siehe Dokument: http://dgrwww.epfl.ch/SIRS

GAMMA

Auch die Firma GAMMA prozessiert Radardaten, welche für Hochwassermonitoring geeignet sind.

- Siehe Dokument: http://www.gamma-rs.ch

Uni Zürich: Remote Sensing Laboratories: SAR

Bei den Remote Sensing Laboratories der Uni Zürich wird Forschung im Bereich Radarfernerkundung betrieben.

- Siehe Dokument: http://www.geo.unizh.ch/rsl/research/groupA/

2.6 State of the Art: Beispiele

· SIREN

SIREN ist ein kommerzielles französisches Projekt (von der EU unterstützt), um Fernerkundungsdaten vermehrt im Bereich Hochwasser Risk und Disaster Management einzusetzen. Schwerpunkte liegen bei der Verwendung des französischen Sensors SPOT, Reduzierung der Kosten und Steigerung der Verfügbarkeit, Verbesserung des Informationsfluss und Anwendbarkeit für den EndUser etc.

- Siehe Dokument: http://www.scot-sa.com/siren/cadre.html

·Dartmouth Flood Observatory

Das Dartmouth Flood Observatory ist momentan die kompetenteste Stelle, um mittels den verschiedensten Sensoren und Techniken weltweit Überflutungsgebiete zu erfassen, kartieren, vermessen und analysieren. Global konsistente und near-realtime Methoden sind schon sehr weit fortgeschritten. Die Daten haben z. T. regionale Auflösung und sind meist umsonst wenige Tage nach dem Ereignis, über das WWW verfügbar.

- Siehe Dokument: http://www.dartmouth.edu/artsci/geog/floods/index.html

·ESA:Water and Fire: France 1999

Dieses von der ESA geförderte Programm befasst sich mit Sturzfluten. Es zeigt den effizienten Einsatz von Fernerkundung für das Risk Assessment in diesem Gebiet auf. Der Ansatz ist von pragmatischer Natur.

- Siehe Dokument: http://earth.esa.int/Disaster/water/english/welcome.html

·CCRS Examples of Flood Monitoring: RADARSAT

Eine Zusammenstellung aktueller Hochwasserkartierung und Überwachung mittels RADARSAT. Die globale Anwendungsmöglichkeit dieses Systems kommt dabei gut zur Geltung.

&raquoSiehe Dokument: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/rd/apps/disaster/ ind e xe.html

·El Nino Disaster Management Application: Radarsat

Ein gutes Demonstrationsbeispiel wie ein webbasiertes Risikoabschätzung- und Präventionssystem aussehen könnte, wird von PCI Geomatics präsentiert. Hierbei fliessen Fernerkundungsdaten und GIS ein.

- Siehe Dokument: http://ncd.tydac.com/cgi-eas/peru.exe

·USGS Hurricane Mitch Program: Floodrisk Hazard Mapping

Eine der Erkenntnisse des Hurrikans Mitch war, dass zuverlässige Überflutungsgefährdungkarten nötig sind, um zukünftige Katastrophen von ähnlichem Ausmass zu verringern.

- Siehe Dokument: http://mitchnts1.cr.usgs.gov/projects/floodrisk.html#source

·RAPHAEL

RAPHAEL (Runoff and Atmospheric Processes for flood HAzard forEcasting and controL) ist ein Projekt der EU. es wird aufgezeigt, wie gekoppelte meteorologische und hydrologische Modelle auf regionalen Skalen verwendet werden können, um Hochwasservorhersagen in komplexen gebirgigen Einzugsgebieten zu verbessern.

- Siehe Dokument: http://www.vista-geo.de/Raphael.html

·GEOSCIENCE Consulting

Arbeitet eng mit der ESA im Bereich Natural Hazards Monitoring und Management zusammen. Ergebnisse dieser anschaulichen Zusammenarbeit sind zu finden unter:

http://earth.esa.int/GSP/magagasc.html , http://earth.esa.int/GSP/Methodology.html

http://earth.esa.int/GSP/honduras.html

- Siehe Dokument: http://www.geosciences-consult.com/english/Activity/ activity .html

·Niederschlagsbestimmung

Verschiedene operationelle Produkte zur Bestimmung des möglichen Niederschlages (precibitable water) wurden im Verlauf der letzten Jahrzehnte entwickelt.

·Globale bis synoptische Skala

·SSM/I

SSM/I generierte precipitable water Produkte sind auf Ozeangebiete limitiert. Eine Kombination dieser ist erfolgsversprechend: sie liefern 4 mal täglich neue Werte und können unter folgender Adresse betrachtet werden:

- Siehe Dokument: http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/arad/ht/ff/pw.html

·Mesoskala

·Soil Wetness Index

- Siehe Dokument: http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/arad/ht/ff/swi.html

·Automatic Satellite-Derived Precipitation Estimates

- Siehe Dokument: http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/arad/ht/ff/auto.html

·Experimental GOES Multispectral Rainfall Algorithm

- Siehe Dokument: http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/arad/ht/ff/gmsra.html

2.7 Beispiel Hochwasser

Abb: 6 Überflutungssituation eines Gebietes in Honduras. Aus RADARDATEN wurde die überflutete Region abgeleitet, und mit Vektordaten zur Visualisierung ergänzt. Quelle: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/rd/apps/em/disasters/atmsphre/mitche.html

Abb: 7 Überflutung Mosambique August 1999 Landsat TM (Quelle: earthobserv a tory.nasa.gov)

Abb: 8 Hochwasseranalyse des Dartmouth Flood Observatory, Quelle http://www.dartmouth.edu/artsci/geog/floods/

3. Massenbewegungen

Der Begriff Landslide umfasst die Bewegung einer Masse von Fels, Felsgestein oder Erdboden hangabwärts. Diese Bewegung ist abhängig von Scherkräften, welche es zu verstehen gilt. Hangbewegungen können sich schnell oder langsam in den verschiedensten geologischen Umgebungen abspielen.

Es werden verschiedenste Typen von Hangbewegungen wie Fallen, Rotationen, Rutschen, Sacken, Spreizen, Fliessen etc. unterschieden. Alle diese Phänomene zeichnen sich durch unterschiedliche Oberflächenstrukturen und Eigenschaften aus, die es nun mittels Fernerkundungsmethoden zu erfassen gilt.

Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass speziell SAR, Orthophotos und andere Fernerkundungsdaten zur Charakterisierung der Hangbewegungsoberflächen, Messungen von langsamen Massenbewegungen und systematischem Monitoring hinzugezogen werden können.

Die grösste Limitierung für die praktische und operationelle Anwendung der Fernerkundung stellt das Fehlen von operationellen, preiswerten aber doch hochauflösenden (<3m) Stereobildern dar, welche zur Dedektion von kleinen Hangbewegungen benötigt werden.

3.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Hangrutschung, Fernerkundung Massenbewegung, Fernerkundung Murgang, Fernerkundung Schlammstrom, Fernerkundung Schweiz Massenbewegung, Fernerkundung Hangrutschung Schweiz

E: remote sensing landslide, remote sensing landslide risk Management, remote sensing landslide disaster Management, remote sensing rockfall disaster Management

F: éboulement télédétection, éboulement télédétection suisse, Gestion des risques éboulement télédétection, éboulement télédétection gestion de désastre,

3.2 Disaster Management

Der momentane state-of-the-art Einsatz der Fernerkundung in diesem Bereich besteht aus dem Einsatz von Luftbildern. Die Anforderungen der Fernerkundung im Disaster Management sind hohe zeitliche und räumliche Auflösung. Im Fall eines einzigen grossen oder vielen kleinen Ereignissen werden jeweils hochauflösende Bilder (3-10m) gebraucht, und zwar jeweils paarweise eines vor und nach dem eigentlichen Ereignis. In naher Zukunft könnten sich hier hoch- und mittelauflösende optische Sensorsysteme wie IKONOS oder MODIS durchsetzen, wenn deren Verfügbarkeit/Preis (IKONOS) und Operationalisierung (MODIS) sich verbessert haben.

Mittels der change detection Methode und SAR können aber auch Hangrutschungen und deren Ablagerungsgebiet erfasst werden. Zerstörte Strassen und Brücken können so auch bei wolkenbedeckten Gebieten identifiziert werden und entsprechende Massnahmen eingeleitet werden. Dazu muss aber ebenfalls eine entsprechende SAR Aufnahme des Untersuchungsgebietes vor dem Naturkatastrophenereignis vorliegen. Die Mindestanforderungen an die Daten sind dieselben, nur dass die zeitliche Auflösung um einiges grösser sein muss.

3.3 Risk Management

3.3.1 Inventarisierung von Hangrutschungen

Das Risk Assessment ist nebst der Gefahren- und Verwundbarkeitsabschätzung eines der wichtigsten Arbeitsmittel, um eine Schadensminderung im Bereich Hangrutschungsgefahren zu erlangen. Eine Zonierung der Hangrutschungsgefahren, die bewährte Methode des Risk Assessment, besteht aus folgenden zwei Aspekten:

- Beurteilung der Empfindlichkeit eines bestimmten Terrains bezüglich Hangrutschung; dabei spielen folgende Parameter eine wichtige Rolle: Lithologie und Struktur des Untergundmaterials, Verwitterung und Kontakt mit aufliegenden Deckschichten. Des weiteren Eigenschaften dieser Deckschichten, Hangneigung und –form, hydrologische Bedingungen, Vegetation, Landnutzen und menschliche Aktivitäten.

- Bestimmen der Wahrscheinlichkeit des auslösenden Ereignisses wie zum Beispiel Starkniederschläge oder Erdbeben. Wichtig zu erwähnen dabei ist, dass die Wahrscheinlichkeitsberechnung für eine Hangrutschung viel schwieriger ist als für andere Naturgefahren.

Wichtiges Arbeitsmittel dazu ist eine Hangrutschung - Inventarkarte. Diese Karten werden durch die Interpretation von Stereoluftbildpaaren, Satellitenbildern und Bodenbeobachtungen erstellt. Das Endprodukt stellt eine räumliche Verteilung der Massenbewegungen dar. Wenn multi - temporale Luft - oder Satellitenbilder verwendet werden, lassen sich auf der Inventarisierungskarte auch Hangrutschungsaktivitäten darstellen.

Heuristische, statistische und deterministische Methoden der Hangrutschungsabschätzung beruhen auf Hangstabilitätsmodellen, die es erlauben, quantitative Werte für Stabilitäts- (also Sicherheits-) Faktoren zu berechnen. Das Hauptproblem dieser Modelle ist es, die benötigten Inputparameter bereitzustellen. Hier können Fernerkundungsmethoden gute Dienste leisten.

Die zwei Haupteinsatzmöglichkeiten der Fernerkundung im Bereich von Hangrutschungsgefahren sind also multi - temporale Inventarkarten und Risk Assessment, durch die Erfassung der verschiedensten Faktoren (Lithologie, Brüche, Hangneigung, Vegetation und Landnutzung).

Das Problem ist aber, dass sich die Entwicklung der Fernerkundung in diesem Gebiet noch in einem jungen Stadium befindet. Ebenfalls sind die Hangrutschungsinventarisierungskarten noch nicht standardisiert, sie werden in verschiedenen Massstäben mit unterschiedlichen Detailgenauigkeiten publiziert.

Um die Eignung von Fernerkundungsbildern für das Inventarisieren von Hangrutschungen zu evaluieren, ist die Grösse der kritischen Hangneigung in Beziehung zur Bodenauflösung einer Rasterzelle von immanenter Wichtigkeit. Allgemein stellte sich heraus, das die Menge der analytischen Informationen, die ein geübter Interpreter zur Bestimmung von Typus und Ursache einer Hangrutschung benötigt, bei Skalen von kleiner als 1: 25 000 zu limitiert sind. Aus diesem Grunde sind 3m- Stereo Bilder am nützlichsten für eine gute Interpretation.

Heutzutage werden Luftbilder intensiv dazu gebraucht, um solche Landinventarisierungskarten herzustellen, da sich mit ihnen auch sehr kleinräumiges Fliessen des Bodens feststellen lässt. Neueste Forschungsergebnisse haben aber auch gezeigt, dass hochauflösende Stereo-SAR Bilder und optische Satellitendaten, kombiniert mit topographischen und geologischen Informationen sich für ein solches Inventar eignen. Besonders der kanadische RADARSAT ist für diese Aufgabe brauchbar. Hochauflösende optische Systeme wie IKONOS, IRS und die Stereomöglichkeiten von SPOT sind für die Erkennung von Hangbewegungen und den korrespondierenden Landnutzungen geeignet.

3.3.2 Kartierung von Hangrutschungsbezogenen Faktoren

Hier besteht der Hauptbeitrag der Fernerkundung dabei, morphologische, landnutzungsspezifische und geologische Details zu liefern. Daraus kann im Verbund mit einem GIS Gefahrenkarten erstellt werden. Diese wiederum sind von grossem Nutzen bei der Notfallplanung und bei rationalen Entscheidungen bezüglich Entwicklung und Bebauung von Gebieten, die sich im Gefahrenbereich befinden. Lithologische und Vegetations/Landnutzungskartierungen stützen sich häufig auf LANDSAT TM, SPOT, IRS und IKONOS - Datensätze.

Hangneigung ist eine der wichtigsten Informationen einer Massenbewegungs - Inventarkarte. Momentan kommen in diesem Bereich topographische Karten und Digitale Höhenmodelle zum Einsatz. Die Hangneigung hat grossen Einfluss auf die Oberflächendrainage und ist daher ein wichtiger Faktor für die Stabilität der betrachteten Erdoberfläche. Neueste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass flugzeug- und satellitengestützte InSAR (Interferometrisches SAR) Techniken sich sehr gut dafür eignen, detaillierte Hanginformationen zu extrahieren. Sie erlauben zuverlässigere Interpretationen der Hangmorphologie und des regionalen Bruchsystemes und deren topographischen Strukturen. Es bedarf aber noch weiterer Forschung bezüglich der Aktualisierung von lokalen Hanginformationen und deren Kombination mit den entsprechenden passenden Radarsatellitendatenpaaren.

Um den Gebrauch von Satellitendaten für Hangrutschungsinventaren zu erleichtern, bedarf es noch F&E in folgenden Punkten:

- Hochauflösende Daten (<8m) müssen einfacher in bestehende Informationen integrierbar sein. Dies ist besonders schwierig in Gebieten mit stark ausgeprägtem Relief.

- Die momentanen Interpretations -, Datenfusions- und InSAR Techniken müssen noch in den verschiedensten topographischen und geologischen Naturräumen getestet werden.

- Es muss ein standardisiertes Verfahren zur Inventarisierung von Hangrutschungsprozessen mittels Satellitendaten entwickelt werden. Mit der momentanen Technik ist dies mit einem Massstab von ca. 1: 50'000 möglich.

- Low-Cost DDGM (Differenz - Geländemodelle) können mittels multi - temporalen Luftbildern generiert werden, um die Bewegungstendenzen eines Hanges zu bestimmen.

3.3.3 Frühwarnung und Vorhersage

Im Bereich der Hangrutschvorhersage sind verschiedene Versuche gemacht worden, um den Niederschlagsgrenzwert für das auslösende Ereignis zu bestimmen. Dies setzt aber eine umfangreiche Datenbank von vergangenen Ereignissen voraus, was nur für wenige Gebiete zutrifft. Es wurden Versuche gemacht, meteorologische Satelliten und bodengestützte Radar zur Beobachtung von potentiellen Massenbewegung verursachenden Niederschlägen hinzuzuziehen. Die Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) liefert nützliche Niederschlagsdaten für tropische Gebiete.

Der Nutzen der Fernerkundung für die Beobachtung von Massenbewegungen ist aber immer noch relativ limitiert. Multi - temporale SPOT Bilder sind erfolgreich bei sehr grossen, langsam bewegenden Hangrutschungen eingesetzt worden. Für die Quantifizierung von Massenbewegungen sind aber multi – temporale digitale Geländemodelle notwendig.

Obwohl InSAR Daten erfolgreich bei bewegungsdominierenden Phänomenen wie Erdbeben, Vulkanischen Aktivitäten und Subsidenz eingesetzt wurden, sind deren Verwendung bei Hangrutschungen relativ neu und nicht ohne Probleme.

Hauptproblem des InSARs ist das geringe horizontale Auflösungsvermögen, Kohärenzverlust durch Veränderung der Oberflächeneigenschaften, Fehlen von passenden InSAR Paaraufnahmen, Beobachtungsfrequenz und Abhängigkeit von vegetationsfreien Hängen. Der Typ der Massenbewegung, seine Bewegungsmechanismen und Geschwindigkeit sind weitere erschwerende Faktoren. Diese Probleme sind so schwerwiegend, dass sie häufig den eigentlichen Vorteil des InSARs, die grosse Sensitivität bezüglich Erdoberflächenveränderung, zunichte machen.

Die Anwendungsbereiche der SAR Interferometrie im Bereich Hangstabilitätsberechnungen sind Hangneigungs, - Kohärenzkarten und Phasendifferenz. Mit Hilfe dieser können subtile Änderungen der Bodenstruktur und eine mögliche folgende Instabilität erkannt werden.

Machbarkeitsstudien und methodische Entwicklungen für den Gebrauch des InSAR zur Erkennung und Beobachtung von Hangbewegungen in alpinen Gebieten, durch die Verwendung von mehrjährigen ERS SAR Daten, zeigen, dass SAR Interferometrie ein geeignetes Hilfsmittel beim Risk Assessment von gefährdeten Hängen sein kann.

InSAR wurde ursprünglich dafür entwickelt, um langsame Bewegungen über monatliche oder jährliche Intervalle zu beobachten, mit typischen Verschiebungsvektoren von wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern innerhalb dieser Zeitperiode. Das optimale Anwendungsgebiet ist dabei nur spärlich oder gar nicht mit Vegetation bedeckt. Vorbereitende Studien für die neuere permanent scatter Technik, basierend auf SAR Bildern, zeigen auf, dass InSAR auch in Gegenden mit dichter Vegetation angewendet werden kann, solange einige wenige permanente Reflektoren (Häuser, Strassen) vorhanden sind.

Während 3m SAR Sensoren viele Auflösungsprobleme beheben würden, gibt es noch Probleme mit Kohärenzverlusten. Dies versucht man zu umgehen, in dem man antropogene Objekte mit einbezieht, die eine während Jahren stabile Kohärenzen im interferometrischen Phasensignal aufweisen. Solche Methoden haben sich in urbanem Gebiet sehr bewährt (GAMMA). In einem fortgeschrittenen Stadium kann im Falle einer Langzeitbeobachtung sehr hohe Genauigkeit erreicht werden, was natürlich auch Anwendungsmöglichkeiten für lokale Frühwarnung bedeutet. Zu einem gewissen Teil kann mit hochkomplexer Prozessierungstechniken das Problem der geringen räumlichen Auflösung umgangen werden, im wesentlichen dadurch, dass das Monitoring nun punktmässig auf hochkohärente Scatter (Häuser, Brücken, Strassen) limitiert wird.

Die zukünftige Verfügbarkeit von InSAR Daten für Hangbewegungsmonitoring ist noch nicht klar. Das europäische ERS SAR ist ein nützliches System für repeat – pass Interferometrie, da der Sensor eine hohe Verfügbarkeit, stabilen Orbit und operationelle Arbeitsweise aufweist.

3.4 FAZIT

Obwohl die satellitenbasierenden Anwendungen im Bereich Massenbewegungen vielversprechend sind, ist deren operationelle Anwendungsphase erst im Anfangsstadium. Mit herkömmlichen Methoden, vor allem Luftbildern, lassen sich häufig zu günstigeren Konditionen ähnliche Ergebnisse erzielen als mit den noch sehr aufwendigen Radarprodukten.

3.5 Aktivitäten in der Schweiz

GEOTEST: MUSCL

Die Firma Geotest ist am europäischen Projekt zur Beobachtung von Landslides massgeblich beteiligt.

- Siehe Dokument: http://dude.uibk.ac.at/projects/MUSCL/flyer/Muscl_brochure1.pdf

SARMap

Die Firma SARMap bietet mit SARScape ein modulares Softwaretool an, mit dem auf einfacher Basis Radarszenen ausgewertet und somit Massenbewegungen kartiert werden können. Die ganze Software lässt sich in ArcView (Desktop - GIS) implementieren. Eine volle ERS Radarszene (100km x 100 km) kann in weniger als einer Stunde verarbeitet werden. Unterstützte Satelliten: ERS, Radarsat-1, und JERS-1.

- Siehe Dokument: http://www.sarmap.ch/

GAMMA: Subsidenz

Von der Firma GAMMA wurden Subsidenzkarten verschiedener Gebiete produziert, die im Bereich Risk Assessment wertvolle Dienste leisten können. Absenkungen im Millimeterbereich von gefährdeten Gebieten können mit der firmeneigenen Software erfasst und überwacht werden. Dieses Produkt wird von der Deutschen Ruhrkohle AG schon semi - operationell verwendet.

- Siehe Dokument: http://www.gamma-rs.ch/research/subsidence.html

3.6 State of the Art: Beispiele

·University of Innsbruck: Landslide analysis in Kaunertal

Das Fernerkundungsinstitut der Universität Innsbruck verfügt über langjährige Erfahrung im Bereich Naturgefahren im Alpenraum. Im Rahmen des Programmes MUSCL, an dem auch die Schweizerfirma GEOTEST beteiligt ist, wurden Massenbewegungen im Alpenraum analysiert.

- Siehe Dokument: http://dude.uibk.ac.at/Projects/muscl/examples/

·JRC Landslide Risk Monitoring

Das JRC verfügt über Erfahrung, um mittels GPS und Radarsatelliten für die Bereiche Raumplanung und Beurteilung der Landdegradation Massenbewegungen zu beobachten.

- Siehe Dokument: http://gmes.sai.jrc.it/download/Risks_hazards/landslide.pdf

·EU Project RUNOUT

Das von der EU finanzierte Projekt RUNOUT hat die Entwicklung eines physikalisch basierten Modells zum Ziel, mit dem mittels Fernerkundung - und GIS Daten grossräumige Hangrutschungen beobachtet werden können. Es befindet sich bis jetzt in der Testphase.

- Siehe Dokument: http://www.ucl.ac.uk/geolsci/runout/

·GARS: Geological Application of Remote Sensing

Das von der UNESCO getragene Projekt hat speziell die Gefahrenkartierung in Entwicklungsländer zum Ziel, daneben ist auch der Technologietransfer und internationale Kooperation ein wichtiges Ziel.

- Siehe Dokument: http://www.unesco.org/science/earthsciences/gars/garsover view.html

3.7 Beispiele Massenbewegung

Abb: 9 Quelle http://gmes.sai.jrc.it/download/Risks_hazards/landslide.pdf

Abb: 10 Hangrutschungsanalyse im Kaunertal, Österreich basierend auf ERS SAR Daten. Links: mittlere jährliche Geschwindigkeiten 1995-1996. Rechts: Interferogram der Hangbewegung in 350 Tagen ( http://dude.uibk.ac.at/Projects/muscl/examples ).

4. Dürremonitoring

Dürrekatastrophen sind Naturgefahren, die stark vom Wetter beeinflusst werden. Deshalb können sie gut mit meteorologischen Satelliten vorhergesagt, erfasst und überwacht werden. Die Stichworte Vegetationsstress, Getreide- und Nahrungsmittelmonitoring werden hier nicht getrennt behandelt, da die fernerkundlichen Methoden zu diesen Bereichen in etwa ähnlich sind wie die des Droughtmlonitoring. Es gibt bereits einen Bericht der GRUNER - Gruppe für das DEZA mit dem Titel: "Desertification Early Warning System (EWS) - Contribution of Switzerland for the CST / COP (3) concerning EWS".

Dürrekatastrophen können durch antropogene Einflüsse verstärkt werden und so auf die Nahrungsmittelproduktion einer Region während Monaten oder sogar Jahren negative Auswirkungen haben.

Auswirkungen können minimiert werden durch:

- Vorhersage von Dürreperioden

- Überwachung und Frühwarnung

- Abschätzung des Ausmasses der Katastrophe

- Hilfemassnahmen.

Die Entscheidungsträger, sowohl auf lokaler, regionaler als auch internationaler Ebene, haben folgende Anforderungen an die Informationen:

- Frühzeitige Vorhersage des Beginns der eigentlichen Dürreperiode

- Abschätzung der Grösse des betroffenen Gebietes, Dauer und Intensität

- Identifikation des Vertrauensintervall für Dürreereignisse

- Abschätzen der Massnahmen zur sofortigen Hilfeleistungen und langfristigen Management bei Trockenperioden

- Informationen sollten einfach zu verstehen und anzuwenden sein

- Einfacher Zugang zu den Daten und verständliche Dokumentation derselben

- Einfache Integration der generierten Informationen in bestehende Systeme

In naher Zukunft müssen deswegen vor allem in folgenden Bereichen Verbesserungen erfolgen:

- Mehr Satellitendaten müssen besser in gekoppelte SVAT (soil vegetation atmosphere transfer) integriert werden.

- Entwicklung neuer Methoden/Sensoren im Bereich der Fernerkundung für das Dürremonitoring.

- Für die Dürreereignisse ohne Frühwarnmöglichkeiten müssen neue Methoden entwickelt werden.

4.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Dürre, Fernerkundung Dürrekatastrophe, Fernerkundung Dürre Schweiz, Nahrung Fernerkundung, Getreide Fernerkundung

E: remote sensing drought, risk management remote sensing drought, disaster management remote sensing drought, remote sensing vegetation stress, remote sensing food, risk management remote sensing food, disaster management, remote sensing food, crop remote sensing, crop remote sensing risk management, crop remote sensing disaster management

F: télédétection Sécheresse, Gestion des risques Sécheresse,gestion de désastre Sécheresse, Sécheresse suisse télédétection nourriture, nourriture télédétection Gestion des risques, gestion de désastre nourriture télédétection, collecte télédétection , collecte télédétection Gestion des risques, gestion de désastre collecte télédétection

4.2 Risk Management

Dürreprognosen können mittels folgenden Kenntnissen hergeleitet werden:

- Numerische Wettervorhersagemodelle.

- Überwachung der Schneedecken (wichtiger Wasserhaushalt in vielen Regionen der Welt.)

- Erfassung persistenter Anomalien in den Zirkulationsstrukturen der Ozeane und Atmosphäre.

- Erfassung der initiale Bodenfeuchtegrössen.

- Kenntnisse über vorhandene Wasservorräte.

Vorhersagen globaler saisonaler Klimavariablitäten sind heutzutage durch die Kombination weltweiter Beobachtungsnetzwerke (inklusive Informationen von Satelliten) und verbesserter gekoppelter Modelle relativ zuverlässig. Near-realtime Analysen von in situ und Fernerkundungsdaten erlauben es, eine physikalisch basierte Dürrekatastrophenwarnung einige Monate im voraus abzugeben. Eine zunehmende Anzahl von Ländern richten ihre Landwirtschafts-, Fischerei- und Nahrungsmittelverteilungspolitik schon danach.

Deswegen hat jede Verbesserung in den Bereichen der operationellen meteorologischen Satellitenfernerkundung auch einen Fortschritt im Bereich der Dürreprognosen zur Folge. Momentan interessieren sich vor allem die Versicherungen für Entwicklungen für diesen Bereich.

Die Qualität der saisonalen Vorhersagen von Temperatur- und Niederschlagsanomalien der verschiedenen nationalen Zentren (ECMWF; NCMRWF) ist eine Funktion der Modelle, der Güte der meteorologischen Messnetze, der Qualität und Umfang der zur Verfügung stehenden Satellitendaten, die in die Modellierung einfliessen (z.B. Atmosphärenprofile und Meeresoberflächentemperaturen von NOAA-AVHRR, Windrichtungen hergeleitet von Radarsatelliten etc.). Neue Assimilierungstechniken haben einen grösseren Einfluss von Fernerkundungsdaten auf die Qualität von Wetter- und saisonalen Klimavorhersagen bewirkt.

Zu einem gewissen Grad ist das Potential der existierenden Satelliten aber noch nicht ausgeschöpft worden. Es bestehen noch Synergiemöglichkeiten der verschiedenen Sensoren, die es zu nutzen gilt. Ausserdem werden noch nicht alle Satellitendaten international vertrieben. Die bisherigen Nutzer von Satellitendaten für Dürreprognosen haben folgende Ansprüche:

- Dürreprognosen sollten auf grösseren Skalen möglich sein.

- Es gibt noch einige Defizite in der ganzen operationellen Kette, die analysiert werden müssen, um eine gesamtheitliche Abschätzung der potentiellen Verbesserungsmöglichkeiten abzuschätzen.

- Der unverzügliche Informationsfluss zum EndUser muss verbessert werden. Dazu wurde das Programm CLIPS (Climate Information and Prediction Services) entwickelt.

4.3 Disaster Management

Dürremonitoring mittels Satellitendaten ist komplementär zu allfällig bestehenden bodenbasierenden Methoden zur Messungen von Parametern wie Regenfall, Getreidezustand und Wasserverfügbarkeit. Fernerkundungsdaten sind aber notwendig, um synoptische, grossräumige und regelmässige Informationen zur Verfügung zu stellen, um aus Punktmessungen ein grossräumiges Monitoring der Dürrekatastrophe zu ermöglichen.

Niederschlags-, Oberflächenfeuchte- und Temperaturmonitoring werden momentan mittels mehrerer Kanälen von mehreren Sensoren von geostationären Plattformen (GOES, METEOSAT, INSAT etc.) und Satelliten im Polarorbit (NOAA, SSM/I, IRS, MODIS) hergeleitet: Niederschlagsintensität, -menge, -gebiet, atmosphärische Feuchte und Bodenfeuchte. Eine weitere Verbesserung zur Erkenntnis der räumlichen Verteilung der Niederschlagseigenschaften kann durch die Integration von Radardaten erreicht werden.

Vegetationsmonitoring wird mittels NOAA-AVHRR in 1.1 km und MODIS in 0.25 km in täglicher, von IRS mit 0.36 km in zweitäglicher Auflösung ermittelt. Der normalized difference vegetation index (ndvi) und temperature condition index (tci) sind weltweit akzeptierte Indices für das regionale Monitoring.

Die bisherigen Nutzer von Satellitendaten für Dürremonitoring haben folgende Ansprüche:

- In Entwicklungsländer, wo Landbesitz des öfteren klein und fragmentiert sind, sollte landwirtschaftliches Monitoring bei grösserem Massstab und bei höherer zeitlicher Auflösung erfolgen. Zudem sollten Informationen bezüglich Verfügbarkeit von Wasser integriert werden.

- Die Bewertungskriterien für Dürrekatastrophen sollten folgende Parameter beinhalten: Intensität, räumliche Ausdehnung, Ausdehnungsrate, zeitliche Auftretungswahrscheinlichkeit.

Für die Abschätzung der Auswirkungen einer Dürrekatastrophe (Ernteeinbussen) werden Fernerkundungsdaten zur Bestimmung von Inputdaten für Erntemodelle benötigt. Dazu kommen hochauflösende Satellitendaten wie LANDSAT und SPOT in regionalem Ausmasse zum Einsatz.

Eine Integration der Satellitendaten in ein GIS kann generell zur Optimierung des Wasser- und Getreide Management und der Entscheidungsstrategien beitragen.

4.4 Fazit

Fernerkundungsdaten im Bereich Dürremonitoring sind nur auf globaler und kontinentaler Skala als wirklich operationelle Methode zu verstehen. Auf regionaler Skala gibt es einige Projekte, doch ein operationelles Stadium wurde noch nicht erreicht. Um im Bereich der humanitären Hilfeleistung wirklich von Fernerkundungsdaten zu profitieren, sind hochauflösenden Produkte notwendig. Bestehende operationelle Produkte haben eine zu geringe Auflösung für ein eigentliches operationelles Disaster Management.

4.5 Aktivitäten in der Schweiz

Gibt es keine zu diesem Bereich.

4.6 State of the Art: Beispiele

· ARTEMIS

In das afrikanische Realtime Umweltmonitoring - Programm fliessen Satellitendaten ein: METEOSAT zur Niederschlgsabschätzung und AVHRR NDVI Werte für Afrika. ARTEMIS wird operationell von der FAO eingesetzt. Die Daten sind frei über das Internet in regionaler bis kontinentaler Auflösung verfügbar. Die zeitliche Auflösung reicht je nach Produkt von Tage bis Jahre.

- Siehe Dokument: http://metart.fao.org/default.html

·JAWF

Die US - amerikanische Joint Agricultural Weather Facility (JAWF) benützt globale Anomaliekarten, Niederschlagskarten, Vegetations- und Temperaturzustandskarten, die von GOES, METEOSAT und NOAA Satelliten hergeleitet wurden. Die Daten sind ebenfalls frei in grober Auflösung über das WWW erhältlich. Schwerpunkt ist jedoch der Nordamerikanische Kontinent.

- Siehe Dokument: http://www.usda.gov/oce/waob/jawf/index.html

·MARS-STAT

Das Joint Research Center (JRC) der Europäischen Union (EU) veröffentlicht periodisch in einem Bulletin die landwirtschaftlich relevante Umweltbedingungen, die mittels dem MARS-STAT (Application of Remote sensing to Agricultural statistics) ermittelt werden. Das Projekt befindet sich noch in der Entwicklungsphase.

- Siehe Dokument: http://mars.aris.sai.jrc.it/activities/

·NADAMS

Das National Agricultural Drought Assessment and Monitoring System (NADAMS) der National Remote Sensing Agency, Department of Space India ermöglicht ein zweiwöchentliches Bulletin zum aktuellen Status der Dürresituation.

4.7 Beispiele Dürremonitoring

Abb: 11 Status der Vegetation in Botswana in 5 Klassen aufgeteilt: braun (Stress) über grün (normal) bis rot (gut entwickelt). A) 1 Dekade Januar 1998, B) 2. Dekade Januar 1998, C) 3. Dekade Januar 1998, D) Monatliches Mittel Februar 1998. Quelle: http://www.nri.org/NRMD /ew/figure4.html

Abb: 12 Operationelles Produkt des National Drought Mitigation Center der USA, wöchentliches update. Quelle http://enso.unl.edu/monitor/monitor.html

Abb: 13 In dieser Infrarotaufnahme sind deutlich helle parallele Strukturen zu erkennen, welche unterschiedliche Bodenfeuchtezustände darstellen wie sie von Drainagesystemen verursacht werden. Quelle: http://www.milesnmore.com/farmsupply/infrared.html

5. Feuermonitoring

Der antropogene Einfluss hat die Naturlandschaft stark verändert und dazu geführt, dass Menschen nun direkt in den Gebieten wohnen, wo Waldbrände, Buschfeuer etc. vorkommen. Diese Feuer können ihren Tribut an menschlichem Leben, Eigentum und Ökonomie fordern. Sie verursachen ebenfalls Störungen in regionalen und globalen atmosphärischen Systemen und deren chemischen Zusammensetzung. Entscheidungsträger im Bereich Feuer Management versuchen nun, das Risiko für obengenannte Ressourcen durch Schutz und Vorkehrungen zu minimieren.

Feuersbrünste in der Natur werden durch Menschen (absichtlich oder unabsichtlich) oder durch natürliche Phänomene wie Blitze oder Vulkanausbrüche verursacht. Der Begriff „Feuer« bezieht sich in diesem Dokument immer auf natürliche Feuersbrünste.

Um ein Feuer Management durchzuführen sind Kenntnisse folgender Parameter Voraussetzung:

- Charakteristik der geographischen Region (Vegetation, Verkehrswege, Seen, Flüssen).

- Planung eines allfälligen Monitoring eines Gebiets benötigt Informationen über das Feuerpotential einer Region.

- Während der eigentlichen Krisensituation ist es nötig, die genaue Situation des Feuers, dessen Entwicklung, Ausbreitung/Verhalten zu erfassen und dessen Fortschreiten und Entwicklung voraussagen zu können.

- Nach der eigentlichen Feuerkatastrophe ist es nötig, den Schaden abzuschätzen und allfällige Schritte zur Schadensmilderung in die Wege zu leiten.

Bei der Feuerbekämpfung kommen ebenfalls häufig Modelle zum Einsatz, die meist auf folgenden Elementen beruhen: Brennstoff, Wetter und Topographie. Jedes dieser Elemente hat seine unterschiedliche charakteristische Parameter, welche komplexe Kombinationen verschiedener Feuerverhältnisse zur Folge haben.

Brennstoff kann durch folgende Parameter charakterisiert werden: Zustand der Biomasse, deren Quantität, Feuchtegehalt und horizontale und vertikale Struktur. Um in Brand zu geraten, benötigt die Biomasse die entsprechenden atmosphärischen Zustände: geringe Relative Feuchte, kein Niederschlag und hohe Temperatur. Die Ausbreitung des Feuers hängt wiederum von der Topographie ab, welche sich durch Faktoren wie Steilheit, Orientierung und Position im Terrain, Höhe und geomorphologische Form beschreiben lässt.

Federführend in der Koordination des Firemonitoring ist das Global Fire Monitoring Center (GFMC) mit dem Projekt FIRE GLOBE

Abb: 14 Für das FeuerManagement verwendbare Satelliten. Der japanische JERS steht nicht mehr zur Verfügung. (Quelle: http://www.rssgmbh.de/ESA%20Fire/Methods/Met_sat_3.html )

5.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Feuer, Fernerkundung Waldbrand, Fernerkundung Waldbrand Schweiz, Fernerkundung Feuer Schweiz

E: remote sensing fire, remote sensing wildfire, remote sensing fire risk assessment, remote sensing fire disaster Management

F: feu télédétection

5.2 Risk Management

Die wichtigste Teil des eigentlichen Feuer - Risk Assessment ist die Erfassung aller Werte, die einer potentieller Bedrohung ausgesetzt sind. Die Identifizierung der Gebiete mit hoher Bevölkerungsdichte helfen Entscheidunsgträgern, vermehrte Überwachung und / oder Restriktion von offenen Feuer zu veranlassen. Risk assessment ist daher von Variablen wie Landnutzung, Oberflächenbedeckung, alte Brände, Demographie, Infrastruktur und der Schnittstelle Natur-Siedlungsraum abhängig.

Fernerkundung dient nun vor allem dazu, Anzeichen eines allfälligen Vegetationsstresses zu erfassen (Siehe Abschnitt bzgl. Dürremonitoring). Die zuständigen Behörden in den USA, Frankreich und Spanien koppeln diese Massangabe während der Trockenzeit mit den verschiedenen Gefahrenstufen. Häufig beruhen die Indizes auch auf der Abschätzung des Feuchtegehalt von toter und lebender Vegetation, die aus meteorologischen Parametern abgeleitet werden.

Mittels NOAA-AVHRR, LANDSAT, SPOT, Ikonos und MODIS lässt sich das zur Verfügung stehende brennbare Material kartieren und eine Identifizierung der Risikogebiete vornehmen.

Die momentanen Fernerkundungsmethoden lassen sich auf nationaler Skala anwenden, aber die Auflösung, sowohl die temporale als auch räumliche, genügen den Ansprüchen der Frühwarnsysteme für bewohnte Gebiete nicht.

5.3 Disaster Management

5.3.1 Monitoring

Einige Sensoren können Brände in den sichtbaren, thermalen oder im Bereich des mittleren Infrarotes erfassen. Aktive Feuer lassen sich sowohl während des Tages als auch Nachts bezüglich ihrer Signatur im thermalen oder mittleren Infrarot erkennen, im sichtbaren Spektrum allerdings nur nachts.

Die Anzahl der Überflüge des Satelliten sollte mehrmals am Tage erfolgen und die generierten Datenprodukte sollten in near-realtime zur Verfügung stehen, was heute nicht immer der Fall ist.

Die spektralen, räumlichen und zeitlichen Auflösungen der momentan zur Verfügung stehenden Sensorplattformen reichen nicht ganz aus, um die Ansprüche einer Echtzeitüberwachung von Feuerherden zu gewährleisten. Trotzdem wird in abgelegenen Gebieten wie Alaska, Kanada oder im tropischen Regenwaldgürtel die Fernerkundung erfolgreich dazu eingesetzt.

Die bis jetzt zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Fernerkundung für diesen Aufgabenbereich werden aber nicht ganz ausgenutzt. Tägliche Brandmonitorings-produkte in globaler – regionaler Skala sind machbar. Erste Ansätze sind beim Global Fire Monitoring Center (GFMC) zu finden.

Es ist wichtig, dass zukünftige Satelliten auch Temperaturen im Bereich über 700 K messen, um Sonnenreflexionen und Sättigunsgprobleme vermeiden zu können.

Zur schnellen Dedektierung und dem globalen Monitoring eignen sich NOAA- AVHRR, GOES, Meteosat etc.. Es ist aber noch eine Verbesserung im Bereich Auflösung nötig. Für das Monitoring und die Kartierung von lokalen Feuerherden gibt es noch keine geeigneten Sensorplattformen.

5.3.2 Post Fire Assessment

Die wichtigste Aktivität nach dem eigentlichen Brandereignis ist die Erfassung des Brandgebietes und der Schutz der Wasservorkommen und anderer kritischer Ressourcen. Obwohl die Fernerkundung ihre Nützlichkeit in diesem Bereich einige Male unter Beweis gestellt hat, benützen wenige Behörden und Organisationen Satellitendaten für diese Aufgabe.

Auf nationaler und internationaler Grössenskala werden NOAA – AVHRR Daten am häufigsten eingesetzt. Bei regionaler Fragestellung kommen hochauflösende LANDSAT TM und SPOT Datensätze zum Einsatz. Die Verwendung von Radardaten ist immer noch im experimentellen Stadium, wird aber von SARMap angeboten.

Die Verwendung des mit mittlerer räumlicher Auflösung arbeitenden IRS zusammen mit dem spektral hochauflösenden neuen MODIS Sensor hat sich als äusserst erfolgreich im Bereich der Kartierung von abgebrannten Gebieten erwiesen.

5.4 FAZIT

Es gibt satellitenbasierende Feuervorhersagesysteme für folgende Länder:

Global und regional:

- Experimental Climate Prediction Center (ECPC)

- NOAA/NESDIS Experimental Fire Potential Product

Regional:

- ASEAN Fire Weather Information System (ASFWIS)

- European Natural Hazards Project: Forest Fire Risk

National:

- Brasilien: Observed and Predicted Fire Weather and NDVI

- Kanada: Wildland Fire Information System

- Finnland: The Finnish Forest Fire Index

- Indonesien: Fire Danger Rating for East Kalimantan

- Indonesien: Fire Danger Rating for Sumatra

- Mexiko: Wildland Fire Information System

- Neuseeland: Fire Weather Forecasts

- Portugal: Meteorological Support to Forest Fire Prevention

- Südafrika: Net Forecasting

- USA: Wildland Fire Assessment System (WFAS)

- USA: Fire Weather Forecasts of the Storm Prediction Center (SPC)

- USA: Florida Fire Management Information System (FFMIS)

Zusammenfassend seien hier aber die momentanen Einschränkungen und die daraus resultierenden, von der Nutzergemeinschaft geforderten Verbesserungen aufgelistet:

- Verbesserte Satellitentechnologien und Methoden um aktuellere globale Brennstoffkarten potentieller Feuergebiete aufzuzeigen. Hochauflösende Daten sind notwendig, um bisher existierende Methoden in den unterschiedlichen Landschaftszonen zu validieren.

- Entwicklung von mesoskaligen Wettermodellen, um tägliche Wettervorhersagen bezüglich der feuchten und toter Biomasse zu verbessern. Dazu sind ebenfalls neue Methoden der Integration von bestehenden Satellitendaten notwendig.

- In geographische Regionen, wo aus unterschiedlichen Gründen eine schnelle Reaktionszeit gefordert ist, muss eine operationelle, satellitengestützte Detektierungsmethode entwickelt werden, die alle 5-15 Minuten mit einer Auflösung von 250 Meter in RealTime die Entscheidungsträger informiert. Diese Anforderung wird nur mit sehr grossem Aufwand zu erfüllen sein.

- In abgelegenen Gebieten, wo keine schnelle Reaktionszeit erforderlich ist, muss ein operationelles System entwickelt und implementiert werden, das bezüglich der zeitlichen Verfügbarkeit der verschiedenen hochauflösenden Satellitenprodukten Feuergebiete und deren Intensität erfasst.

- Für die Schadenserfassung muss innerhalb kurzer Zeit zu vertretbaren Preisen Zugang zu hochaufgelösten Fernerkundungsprodukten gewährleistet sein.

- Um das Ausmass der verbrannten Biomasse abzuschätzen, muss die globale Erfassung von Feuersbrünsten institutionalisiert werden.

- Garantie der Kontinuität der bestehenden zivilen Satellitensystemen, so dass die Feuerdetektierungsmethoden, die bezüglich deren spektralen, zeitlicher und räumlicher Eigenschaften entwickelt wurden, weiter angewendet werden können.

- Es sollte die Möglichkeit abgeklärt werden, inwiefern Produkte, die auf allfällig deklassifizierte, militärische Satellitendaten beruhen, eine Verbesserung für das Feuersbrunst Management zur Folge hätten.

- Aushandeln eines internationalen Abkommens, das den Zugang zu aktuellen und kostenmässig vertretbaren Daten für das Feuersbrunst Management verbessert.

5.5 Aktivitäten in der Schweiz

SARMap

SARMap hat im Rahmen des ESA Data User Programme unter anderem eine Anwendungsorientierte Applikation für die Kartierung von abgebrannten Waldflächen entwickelt.

- Siehe Dokument: http://www.sarmap.ch/esa_dup.html

5.6 State of the Art: Beispiele

·Global Fire Monitoring Center (GFMC)

Das Global Fire Monitoring Center (GFMC) ist in den Bereichen Monitoring, Vorhersage und Archivierung von Vegetationsdaten im globalen Bereich federführend. Getragen wird dieses Projekt von der UNO, FAO, WHO und UNESCO. Über das GFMC sind die verschiedenen Datenprodukte (im Bereich Risk Assessment und Realtime Disaster Management) für die verschiedensten Regionen täglich aktualisiert abrufbar. Die hier verfügbaren Daten stellen State of the Art - Produkte dar. Doch meistens genügen sie den heutigen Ansprüchen bezüglich zeitlicher und räumlicher Auflösung nicht.

- Siehe Dokument: http://www.uni-freiburg.de/fireglobe

·Canada Fire M3 Project

Das Fire M3 Projekt erlaubt das operationelle Waldbrandmonitoring: Überwachung, Kartierung und Modellierung für den Kanadischen Wald. Eine Aktualisierung erfolgt alle 24 Stunden und ein Archivzugriff erlaubt Rückschlüsse auf die vergangenen Ereignisse. Die Auflösung beträgt 1 km, und mittels eines webbasierten GIS (IMS) werden noch zusätzlich Informationen eingebunden. Der Zugriff ist gratis.

- Siehe Dokument: http://fms.nofc.cfs.nrcan.gc.ca/FireM3/

·MODIS Fire and Thermal Anomalies

Das nur wenige Monate alte MODIS Fire Produkt entspricht der neuesten Generation. Die Sensorenkombination des MODIS wurde bewusst zur Detektion von Feuer ausgelegt. Es enthält Informationen von bisher noch nicht erreichtem Wert. Die temporale Auflösung beträgt 1 Tag, es fliessen Tag- und Nachtaufnahmen ein. Das Produkt ist frei auf dem Netz erhältlich, wenn auch in einem neuen Datenformat (HDF), das die Implementierung in bestehende Informationssystem erschwert. Die tägliche globale Abdeckung ist vielversprechend. Da der Sensor noch relativ neu ist, sind noch keine Erfahrungswerte vorhanden.

- Siehe Dokument: http://modis-fire.gsfc.nasa.gov

·Russia Space Monitoring Information Support Labo ratory

Diese Website des russischen Space Monitoring Information Support Laboratory liefert täglich gratis neue Feuerdetektionskarten des Gebietes der russischen Föderation. Die Auflösung beträgt dabei ein Kilometer.

- Siehe Dokument: http://smis.iki.rssi.ru/dataserv/engl/fr97_d_e.html

·VTT Forest Fire Alert System

Das volloperationelle System der finnischen Firma VTT liefert täglich eine Feuerdetektionskarte der skandinavischen Länder. Die Daten sind gratis in einer Auflösung von 1 km erhältlich. Das System / Methode liesse sich auch für andere Gebiete implementieren. Die Daten sind per WWW oder direkt über FAX erhältlich.

- Siehe Dokument: http://www.vtt.fi/aut/rs/proj/FF-Operat

5.7 Beispiele Feuermonitoring

Abb: 15 MODIS Aufnahme von Montana und Idaho: Die roten Pixel zeigen die Positionen von Feuern an. Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NasaNews/2000/200009124019.html

Abb: 16 NOAA/NESDIS Experimental Fire Potential Produkt: Abschätzung des Feuerrisikos aus Vegetationskarten. Quelle: http://www.uni-freiburg.de/fireglobe/fwf/exfpp.html

Abb: 17 Links ein ERS Composite Bild aus 3 Amplituden: Grünbraun ist Wald und verbrannte Oberflächen sind blaugrau. Rechts ein klassifizirtes Radar Mosaik, mit zusaätzlichen GIS Daten: Wald = grün, verbrannte Flächen Rot. Quelle: http://www.sarmap.ch/

6. Vulkan

Die Naturgefahr Vulkan bedroht den Menschen am Boden (Lava- und Schlammströme, Ascheniederschlag etc.) und in der Luft im Verkehrsmittel Flugzeug, für welches Aschepartikel eine ernst zunehmende Gefahr bedeutet.

Aschewolken

Satellitenfernerkundung ist heute ein fester Bestandteil des weltweiten Überwachungssystem zur Erfassung und Verfolgung von atmo- und stratosphärischen Stoffen, die von Vulkanausbrüchen herrühren. Dies geschieht mittels des Beobachtungsnetzwerkes des Volcanic Ash Advisory Center (VAAC) und der meteorologischen Beobachtungszentren. Satellitendaten liefern dabei wichtige Informationen wie Ascheausbreitung, -bewegung und -masse für Trajektoren und Dispersionsmodelle.

Obwohl die meisten hier verwendeten meteorologischen Satellitendaten nicht gemäss ihrem eigentlichen, ursprünglich geplanten Zweck eingesetzt werden, erweisen sie sich durch die Kombination der verschiedenen Kanäle und Sensoren als sehr geeignet für das Aschewolkenmonitoring. Limitierungen sind durch folgende Punkte gegeben: Verdunklung durch Wolken, verringerte Sensitivität bei Nachtaufnahmen, fehlende räumliche (für kleinräumige Ereignisse) und geringe zeitliche Auflösung. Da die Satellitenfernerkundung momentan die einzige Methode ist, um der kommerziellen Luftfahrt ein Risk Assessment für Aschewolken auf operationeller Basis zu liefern, ist die Operationalisierung entsprechend gut.

Bodenbezogenen Prozesse

Bedrohungen am Boden, die direkt und indirekt bei Vulkanausbrüchen auftreten, wie Hot Spots und Lavaströme, lassen sich mit hoch und mittelauflösenden Satelliten beobachten.

Interferometrische SAR Aufnahmen lassen sich zur Dokumentation von Deformation und topographischen Veränderung verwenden, die durch Vulkaneruptionen entstehen oder diesen vorausgehen. Die limitierte räumliche und zeitliche Auflösung der verfügbaren Satellitendaten hat zu Folge, dass sie für das Risk und Disaster Management der auf den Boden bezogenen Naturgefahr Vulkan nur ergänzend verwendet wird.

Tabelle: 5 Einsatzmöglichkeiten der Fernerkundung bei der Naturgefahr Vulkan

Bodenbasierend und Flugzeuggestützt	Fernerkundungstechniken
Seismische Netzwerke zur Beobachtung von Erschütterung, Erdbeben und Steinschlag
Messnetz zur Messung von Deformationen wie Neigungswinkel, Expansion, Kontraktionen etc.	GPS, in Verbindung mit bodenbasierenden Netzwerken. Radar, speziell InSAR
Beobachtung von Veränderungen im Bereich der Mikrogravität, um allfällige Magmaintrusionen zu erfassen
Beobachtung von thermalen Emissionen, Messungen der Temperatur mittels flugzeugestützten FLIR Kameras	Thermales Infrarot
Erfassung von Gasemissionen (SO₂, CO₂)	UV, Infrarot (8.5 m m) kann SO₂ erfassen; saure Aerosole sind mittels verschiedener UV und IR Methoden messbar.
Akustische Überwachung (Lahars und Murgänge)
Kartierung, Photographie zur Dokumentation der verschiedenen Stadien der Eruption und Verteilung der Eruptionsprodukte	Hochauflösende panchromatische oder multispektrale Satellitenbilder
Kartierung zur Dokumentation der topographischen Veränderung und zur Bestimmung der Dicke der eruptiven Ablagerungen	Hochauflösende panchromatische Stereobilder, Radar

6.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Vulkan, Fernerkundung Vulkan Schweiz

E: remote sensing vulcano, risk Management remote sensing vulcano, vulcano

F: télédétection vulcano

6.2 Risk Management

Das Risk Assessment ist im Bereich Luftverkehr wie oben erwähnt durch das operationelle Überwachungsnetzwerk des VAAC gewährleistet. Allfällige Bedrohung der Flugzeuge werden hier früh erfasst und entsprechende Warnungen an die Flugzeugbesatzungen weitergegeben. Zum Einsatz kommen dabei sowohl geostationäre wie auch Satelliten im Polarorbit. Einzelne Algorithmen sind aber noch im experimentellen Stadium.

Um Aschewolken zu erfassen und deren Ausbreitungsraum vorherzusagen sind Kenntnisse über den Wassergehalt, Windrichtung, Geschwindigkeit, Höhenverteilung der Atmosphäre und das Verhältnis der Menge von Grundwasser und Magma, das in der Eruptionswolke enthalten ist, notwendig. Die Erfassung gestaltet sich vor allem nachts sehr schwierig, da der sichtbare und UV Bereich des Spektrums nicht zur Verfügung stehen. Asche hat eine ausgeprägte spektrale Signatur vor allem im sichtbaren Bereich.

Das Risk Assessment für die unmittelbar am Boden betroffenen Gebiete profitiert von der Langzeitüberwachungsmöglichkeit der Fernerkundung (siehe Tabelle 5). Seismische Aktivitäten und Deformationen sind die ersten erkennbaren Signale, die auf einen Vulkanausbruch deuten können. Thermale- und Gas-Emissionen lassen ebenfalls auf einen bevorstehenden Ausbruch schliessen. Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, gibt es verschiedene bodenbasierenden Monitoringsysteme, zu denen es kein Äquivalent im Bereich Satellitenmonitoring gibt. Trotzdem lassen sich mit Satellitendaten einmalige Informationen über

- grossflächige Temperaturzunahmen schon im Bereich von wenigen Grad Celsius und

- grossflächigen Deformationsstrukturen in unzugänglichen Gebieten extrahieren.

Es gibt zwei Hauptnachteile bei der Anwendung von Fernerkundungsdaten: Da vulkanische Ereignisse relativ rar sind, wurden speziell für diese Fragestellung keine Sensoren entwickelt. Der zweite Nachteil besteht in den grossen unterschiedlichen Zeitspannen, in denen sich vulkanische Ereignisse abspielen können: Kurzfristige, explosive Eruptionen lassen sich nur schlecht mittels Satellitensystemen beobachten, langfristige und langandauernde hingegen um einiges besser.

6.3 Disaster Management

Bei einem allfälligen Vulkanausbruch besteht die Möglichkeit, Fernerkundungsdaten für das Monitoring von allfälligen langandauernden Prozessen einzusetzen, insbesondere topographischen Änderungen, welche Einfluss darauf haben können, wo Lava, Lahars und andere schwerkraftabhängige Materialverlagerungen sich ablagern können. Wie bei anderen Naturgefahren können hochauflösende Satellitendaten bei der unmittelbaren Schadensabschätzung und späteren Wiederaufbauplanungen bei grossräumig betroffenen Gebieten zum Einsatz kommen.

6.4 FAZIT

Produkte für das Monitoring der Naturgefahr Vulkan und entsprechende Massnahmen mittels Fernerkundungsmethoden befinden sich in der Entwicklung; eine allfällige operationelle Anwendung im Bereich Humanitäre Hilfe / Entwicklungshilfe ist nur sehr beschränkt möglich.

Radarbezogene Studien bezüglich Messung von vulkanisch bedingten Deformation sind vielmehr grössere Projektstudien als eigentliche Monitoring - Werkzeuge. Dies wiedergibt die Limitierung der Satellitensystem als auch die grossen Ansprüche an die computergestützten Analysen, die zur Bearbeitung dieser Daten notwendig sind. Auch wenn der Datenfluss optimiert wird, ist es unwahrscheinlich, dass Interferogramme das Produkt der Wahl für die entsprechenden Behörden und Organisationen werden.

6.5 Aktivitäten in der Schweiz

Universität Genf

Das Centre d'etudes des Risques Geologiques (Cerg) et Laboratoire de Petrophysique der Uni Genf beschäftigt sich mit dem Themenbereich volcanic hazards, vulnerability and risk. Es kommen dabei auch Fernerkundungsdaten zur Anwendung.

- Siehe Dokument: http://www.unige.ch/hazards/volcano/welcome.html

6.6 State of the Art: Beispiele

·Washington VAAC Products and Resources

Das VAAC bietet Informationen über den Aschegehalt der Atmosphäre. Die Informationen werden täglich auf den neuesten Stand gebracht.

Die Abdeckung ist global und wird durch weltweite Zentren gewährleistet. Einzelne Vulkane werden speziell überwacht. Es fliessen Daten aus GOES, NOAA - AVHRR und WebCams in die Produkte ein.

- Siehe Dokument: http://www.ssd.noaa.gov/VAAC/index.html

·Hawaii Institute of Geophysics and Planetology

Bezüglich operationellem thermalem Monitoring ist das Hawaii Institute of Geophysics and Planetology am innovativsten. Mittels GOES werden auf operationeller Basis einige Vulkane überwacht. Die Nützlichkeit der Daten ist durch deren grobe Auflösung (nur 4 km) limitiert. Hinzukommt, dass nur die westliche Hemisphäre abgedeckt wird. Die Daten sind gratis über das Internet.

- Siehe Dokument: http://hotspot.higp.hawaii.edu/goes/goes.html

·SSEC - Volcano Watch Satellite Images: Latest Image of Vulc anos

Das Space Science and Engineering Center bietet einen webbasierten Service an: Im Abstand von 30 min. werden niedrigauflösende Satellitenbilder von den folgenden Vulkanen angeboten: Stromboli, Popocatepetl, Soufriere Hills, Pacaya, Santa Maria, Guagua Pichincha, Mt. Mayon, Arenal, Merapi, Semeru.

- Siehe Dokument: http://www.ssec.wisc.edu/data/volcano.html

7. Küstengefahren und Tsunamis

Im Bereich Umweltplanung spielen Küstengebiete eine wichtige Rolle. Da das Bevölkerungswachstum vor allem in Entwicklungsländern in diesen Regionen massiv zugenommen hat, ist mit den entsprechenden starken Übernutzungen der natürlichen Ressourcen auch die Gefahr von Naturkatastrophen grösser. Des weiteren sind Küstengebiete durch Tsunamis gefährdet.

Bei Küstendegradation und Tsunamis kommt Fernerkundungen bei folgenden Themen zum Einsatz:

- Herleitung von (multitemporalen) Karten

- Bereitstellung verschiedener Parameter für die Raumplanung mittels eines GIS (Landnutzung, Naturraumerfassung, Siedlungsgebietkartierung, Höhenmodellgenerierung, Boden- und Bodenzustandskartierungen, Erosion etc.)

- Überwachung von Veränderungen/Degradationen in der Umwelt wie Mangroven, Korallensterben und Sedimentfracht von Flüssen.

- Bestimmen allfälliger Überschwemmungsbiete bei Tsunamis.

7.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Küste Naturkatastrophe, Tsunamis Fernerkundung

E: Remote Sensing Coastal Hazard, Remote Sensing Coastal Hazard risk assessment, Remote Sensing Coastal Hazard disaster Management, Tsunami remote sensing, risk assessment Tsunami remote sensing, disaster Management Tsunami remote sensing

F: côtier risque télédétection, Tsunami télédétection

7.2 Risk Management

Zur Bestimmung gefährlicher Entwicklungen im Bereich Landdegradation ist es wichtig, Veränderungen mittels change detection feststellen zu können. Hier kommen die verschiedensten Arten der Satellitensensoren zum Einsatz.

Mittels Radardaten lassen sich Höhenmodelle generieren, die zur Bestimmung der überfluteten Fläche bei einem Tsunamiereignis benutzt werden können. Auch bei einem allfälligen Anstieg des Meeresspiegels können diese Daten verwendet werden.

Zeitlich hochauflösende geostationäre Satelliten lassen sich gut mit Bojenmessungen zusammen zur Frühwarnung von Tsunamis einsetzten. Dies ist beim NOAA Tsunami Research Programm der Fall: Die Daten können in Near Realtime umsonst bezogen werden unter: http://www.pmel.noaa.gov/tsunami

7.3 Disaster Management

Bei einem Tsunamiereignis kommen Methoden zur Anwendung, die im Abschnitt Hochwasser beschrieben sind. Bei allfälligen Massenbewegungen von Erdmassen, hervorgerufen durch Tsunamis oder starke Erosion kommen die Methoden des Abschnittes Hangrutschungen zum Einsatz.

7.4 FAZIT

Die Anwendung der Fernerkundung in diesem Bereich ist nur komplementär zu sehen. In der Frühwarnung für Tsunamis einerseits und der Modellierung von Prozessen an der Küste andererseits besteht ein möglicher Nutzen.

7.5 Aktivitäten in der Schweiz

Sind keine zu diesem Thema bekannt.

7.6 State of the Art: Beispiele

·NOAA Tsunami Research Program

Die NOAA unterhält ein internationales Forschungsprogramm bzgl. Risk Assessment und Disaster Management von Tsunamis. Es fliessen Daten des geostationären Satelliten GOES ein.

- Siehe Dokument: http://www.pmel.noaa.gov/tsunami

·ARGOSS Commercial Coastal mapping

Diese holländische Firma ist auf die Kartierung und Analyse von Küstengebieten mittels Satellitendaten spezialisiert.

- Siehe Dokument: http://www.argoss.nl

·CENAS Project Littoral Dynamics Model in Italy

Das Macro Scale Littoral Model zeigt die Küstenliniendynamik und entsprechende Risikoanalysen für die tiefergelegenen Küstengebiete Norditaliens auf. Die hochaufgelöste Modellierung beruht z. T. auf Höhenmodellen, die von Radarsatellitendaten hergeleitet wurden.

- Siehe Dokument: http://cenas.dmsa.unipd.it/results/littoral/littoral.html

·NOAA Alabama Coastal Hazards Assessment

Das NOAA Alabama Coastal Hazards Assessment ist ein Beispiel des momentanen State of the Art, wie Fernerkundung und GIS für das Risk Assessment verwendet werden können.

- Siehe Dokument: http://www.csc.noaa.gov/products/alabama/startup.html

·SPOT Küstenerosion

Beispiel des Monitoring von Küstenerosion mittels hochauflösenden SPOT Daten.

- Siehe Dokument: http://www.spotimage.fr/home/appli/coastal/hilton/welcome. html

·Landsat Observing Intertidal Zones Using Satellite Imagery

Küstenbeobachtung bei Sumatra mittels Landsat TM Datansätzen.

- Siehe Dokument: http://www.gisdevelopment.net/aars/acrs/2000/ts3/cost005. html

7.7 Beispiele Küstengefahren

Abb: 18 Links: Simuliertes Höhenmodell mit einem pessimistischen Subsidenzszenario für das Jahr 2050. Rechts: Entsprechende Risikokarte für jährlich wiederkehrende Überflutungsereignisse. Quelle ( http://cenas.dmsa.unipd.it/results/littoral/littoral.html )

Abb: 19 Monitoring Coastal Erosion top: Spot multispectral image of Hilton Head Island, middle: 1989 (left) and 1991 images show the changing shape of Joiner, bottom: GIS portrayal of the changing shape of Joiner Bank. Quelle: http://www.spotimage.fr/home/appli/coastal/hilton/hilton.html

8. Algen

Algen sind in Küstengewässer von besonderer Bedeutung. Diese Regionen weisen eine wesentlich höhere biologische Produktivität und Dynamik auf, als die offenen Ozeane. Gleichzeitig sind sie am stärksten durch die menschliche Aktivitäten beeinflusst: Ca. 70 Prozent der Weltbevölkerung lebt in Küstenbereichen, der Grossteil industrieller Aktivitäten aber auch Landwirtschaft ist in Küstenzonen angesiedelt. Durch Fischfang, Abbau von Bodenschätzen und Tourismus erfolgt eine direkte Nutzung von Ressourcen der Küsten- und Schelfgewässer. Durch die ständige Intensivierung dieser Aktivitäten entstand in vielen Regionen eine völlig neue Dimension mariner Umweltprobleme. Dazu gehören die zunehmende Belastung der Küstengewässer mit Schadstoffen (z.B. Düngemittel, Schwermetalle) und andere Verschmutzungen. Damit wird das empfindliche ökologische Gleichgewicht erheblich gestört. Die Folgen sind verschmutzte Strände, extreme, teilweise toxische Algenvorkommen verbunden mit Fischsterben.

Die Fernerkundung kann diese Probleme nicht lösen. Sie kann aber entscheidende Informationen zum Verständnis der Prozesse und zur Entwicklung wirksamer Massnahmen sowie für politische Entscheidungen liefern.

8.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Algen Fernerkundung, Chlorophyll Fernerkundung, Chlorophyll Fernerkundung Schweiz

E: algae remote sensing,algae risk assessment remote sensing,disaster Management remote sensing algae

F: Algues télédétection

8.2 Risk Management

Fernerkundungstechnologien sind von grosser Wichtigkeit, um Vorhersagemodelle zu validieren, da mit grosser räumlicher Abdeckung und hohe Beobachtungsfrequenz (täglich) Position und Bewegung der Algenteppiche erfasst werden können. Über die Farbe des Ozeans, die mittels des Coastal Zone Color Scanner (CZCS) oder heute mit dem Sea - Wide - Field-of-view Sensor (SeaWiFS) ermittelt wird, lässt sich Algenbildung schon im Frühstadium erkennen. Mittels der Meeresoberflächentemperatur (AVHRR) lassen sich Temperaturanomlien aufzeigen, die auf unterschiedlichen Phytoplanktontransport, was wiederum auf das Algenwachstum schliessen lässt, hinweisen. Weitere Methoden beruhen auf Sea Surface Height, Surface Waves und Fronten (ERS2) und Windfelder (SSM/I).

8.3 Disaster Management

Algenteppiche oder Meeresgebiete, die eine hohe Dichte an Algen aufweisen, zeichnen sich durch eine spezifische spektrale Signatur aus. So kann mit den gleichen Sensoren wie für das Risk Assessment (AVHRR, SSM/I) die Entwicklung und Bewegung der Algengebiete überwacht werden.

8.4 FAZIT

Die Daten des NOAA - AVHRR werden heute am meisten für das Risk assessment und Disaster Management von Algenteppichen herangezogen. Die Fernerkundung hat sich in diesem Gebiet gut etabliert. Die heutigen Methoden werden operationell eingesetzt und die fertigen Produkte sind in genügender zeitlicher Auflösung gratis über das Internet abrufbar. Die Abdeckung entspricht den Interessensgebieten folgender Nationen: USA, Australien, Kanada, Neuseeland, Finnland, Südafrika, UK.

8.5 Aktivitäten in der Schweiz

Sind keine bekannt.

8.6 State of the Art: Beispiele

·Nansen Environmental and Remote Sensing Center: ALGEINFO Dec iDe

DeciDe ist ein operationelles Produkt, um schädliches Algenwachstum zu überwachen und dient entsprechenden Entscheidunsgträgern als Hilfsmittel für die Planung. Es geht dabei vor allem um effektiveres Management der Fischerei, öffentlichen Gesundheit und Ökosystemprobleme, die im Zusammenhang mit marinen Biotoxinen und schädlichen Algen auftreten. In Norwegen wurde für die Zeit vom März bis Oktober ein operationelles Monitoringsystem entwickelt, das über das WWW ohne Restriktionen abgerufen werden kann. Es erscheint ein wöchentliches Bulletin, das aber je nach Situation auch täglich neu herausgegeben wird. Es fliessen Meeresoberflächentemperaturdaten aus AVHRR in ALGEINFO ein.

- Siehe Dokument: http://www.nrsc.no/Decide-HAB

·Harmful Algal Bloom Forecasting Projects

Eine Auflistung operationeller und semi-operationeller Projekte zu Vorhersagen von Algenteppichen wird von NOAA unterhalten. Die meisten Daten sind gratis. Die Abdeckung ist noch nicht global verfügbar.

- Siehe Dokument: http://www.csc.noaa.gov/crs/habf/links.html

8.7 Beispiel Algen

Abb: 20 Komposit von drei IRS Überflügen über der Nordsee im Mai 2000. Die erhöhten Chlorophyllkonzentrationen sind auf eine starke toxische Algenblüte zurückzuführen, die sich über der gesamten Nordsee ausbreitet. Quelle: http://www.ba.dlr.de/NE-WS/ws5/bildmat.html

9. Erdbeben

Einsatz der Fernerkundung besteht vor allem in den Bereichen Grundlagen- und Schadenskartierung. Radar und optische Satellitendaten haben sich als gute Ergänzung zu bestehenden Daten erwiesen. Vor allem hochauflösende Systeme wie IKONOS werden in naher Zukunft vermehrt Verwendung finden.

Es sind aber generell noch viele Verbesserung vorzunehmen um eine Implementierung der Satellitenfernerkundung in das Risk und Disaster Management für Erdbeben einzubinden:

- Verstärkte Kombination der bestehenden Satellitendaten und Implementierung mit den verschiedenen vorhandenen Datenbanken, um weltweit Grundlagenkarten der stark gefährdeten Gebiete zur Verfügung zu stellen.

- Vertreiber von SAR Daten müssen den Zugang zu den Produkten preiswerter gestalten.

9.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Erdbeben Fernerkundung, Erdbeben Fernerkundung Schweiz, Erdbeben Fernerkundung Risk assessment

E: earthquake remote sensing, earthquake remote sensing risk assessment, earthquake remote sensing disaster Management, seismic hazard remote sensing, seismic hazard remote sensing risk assessment, seismic hazard remote sensing disaster Management

F: Tremblement de terre télédétection

9.2 Risk Management

Hier geht es vor allem darum, Siedlungsgebiete in Regionen mit erhöhten seismischen Aktivitäten zu verhindern. In den meisten Fällen ist eine Umsiedlung ökonomisch nicht vertretbar (Kalifornien) oder , wie in Entwicklungsländern, kann eine Neubesiedlung nicht vermieden werden.

Die Fernerkundung kann sicherlich helfen, die bedrohten Siedlungen zu kartieren und sogar zu einem gewissen Mass Aussagen über die zu erwartenden Schäden (Charakterisierung der Gebäude) zu machen, aber eine Äusserung über die Eintrittswahrscheinlichkeit bzw. Erdbebenstärke etc. ist nicht möglich.

Es sind folgende Parameter für die Kartierung und Risk Assessment von Bedeutung:

- Demographie

- Infrastruktur (Kommunikation, Hochrisiko - Installationen, Spitäler)

- Häuserbestand

- Seismische Vergangenheit

- Neotektonische Ereignisse

- Lithologie

- Lage und dynamische Mechanik von Verwerfungen

Die Fernerkundung trägt nun zu folgenden Bereichen bei:

- Demographie und Infrastruktur:

Basiskarten mit Siedlungsinformationen sind für viele Gegenden der Welt noch nicht vorhanden. Wenn humanitäre Organisationen, wie beim Erdbeben in Afghanistan 1998, keine Kenntnisse darüber haben, wo sich überhaupt zerstörte Dörfer befinden, wird die ganze Hilfeleistung, die unter enormen Zeitdruck steht, erschwert. Mittels bestehenden SPOT und IKONOS Daten lassen sich solche Informationen mit relativ geringem Aufwand generieren. Vorhandene Informationen (Strassennetzwerke, Geologie, Flugplätze, Spitäler etc.) können über ein GIS ohne grosse Probleme integriert werden. Wenn die Satellitendaten für gefährdete Gebiet schon im voraus archiviert werden, kann hier von einer semi-operationellen Methode der Fernerkundung gesprochen werden, die für die Logistik einer humanitären Aktion sehr nützlich sein kann.

- Tektonische Situation, Lineament - Kartierung:

Die Kenntnis über die regionale tektonische Situation eines gefährdeten Gebietes ist die Basis für die Bestimmung seiner seismischen Aktivität. Satellitengeodäsie (Distanzmessung, GPS) stellt eine gute Methoden für abgelegene Gebiete dar. Generell stellt die Fernerkundung eine bewährte Methode in der Geologie für die Bestimmung der verschiedenen geologischen Einheiten dar. Es kommen dabei SPOT oder LANDSAT TM Daten zum Einsatz. InSAR stellt ebenfalls ein gutes potentielles Werkzeug dar, ist aber nur einsetzbar, wenn regelmässig Oberflächenverschiebungen in seismisch aktiven Regionen detektiert werden können.

Zur Frühwarnung von Erdbeben, der wichtigsten Phase des Risk Management, eignet sich die Fernerkundung nicht, da keine 100% Zuverlässigkeit in der Datenaquisition erreicht wird. Die Genauigkeit von Bodenmessungen ist noch um Grössenordnungen besser.

9.3 Disaster Management

Der Bedarf an Informationen nach einem starken Erdbeben ist für Katastrophenmanager, Hilfsorganisationen etc. so wichtig, dass einige Organisationen sich sogar auf Schadenabschätzungsmodelle stützen.

Die für das Disaster Management benötigte Information ist eine Funktion von zeitlicher und räumlicher Verteilung. Angaben über die geographische Lage der betroffenen Gebiete und über den Zustand von Zufahrtswege werden innerhalb weniger als 2 Tage benötigt, um verschüttete Personen noch mit realen Chancen aus den Trümmern zu bergen. Genaue, georeferenzierte Karten sind von essentieller Bedeutung für lokale und internationale Hilfskräfte. Die Ansprüche an den Informationsgehalt der Daten nimmt mit zunehmender Zeit zu und bleiben vor allem in abgelegenen Gebieten von grosser Wichtigkeit. Akkurate Datensätze kommen auch zur Detektion und Kartierung von Feuersbrünsten zum Einsatz, die infolge von Erdbeben häufig auftreten. Die Fernerkundungsmethoden bezüglich Feuermonitoring sind in Kap 5 besprochen worden.

Für das Disaster Management bei Erdbeben sind folgenden Parameter von Bedeutung:

- geographische Position, Natur und Ausmass von Schäden

- Datenbank der Infrastruktur und Gebäudeeigenschaften

- geographische Position von allfälligen Feuern

- geographische Position von Versorgungseinrichtungen (z.B. Kraftwerke, Spitäler, als auch Risikoanlagen wie KKW, Chemiefabriken etc.)

- Probleme bzgl. Erreichbarkeit (zerstörte Strassen und Brücken)

- Ausmass allfälliger Überflutungen

Fernerkundung kann nun für folgende Breiche eingesetzt werden:

- Gefahrenkartierung mittels Change Detection (Nicht Realtime):

Wie weiter oben erwähnt, sind in der Risk Assessment Phase vorbereitete GIS Datenbanken von grossem Nutzen bei unmittelbaren Hilfeleistungen. Die in diesen Datenbanken enthaltenen hochaufgelösten Satellitenbilder können bei einem Vergleich mit Aufnahmen nach dem Ereignis dazu verwendet werden, um eine Schadenskartierung vorzunehmen. Bei der Verwendung von IKONOS Datensätzen können direkt bis zu einem gewissen Masse Schäden abgeschätzt werden.

- Detektion von Feuern

Siehe Abschnitt Feuermonitoring

- Ausmass von Überflutungen

Siehe Abschnitt Hochwassermonitoring

Die Leistungen der Fernerkundung entsprechen aber noch nicht den geforderten Standards. Dazu wäre ein near Real Time Service nötig, der nur mittels mehreren Plattformen, ausgerüstet mit hochauflösenden optischen und Radarsensoren, möglich wäre. Nicht nur die "Hardware" im Weltraum, sondern auch die Datenverbreitung und Prozessierungskette am Boden müsste um ein Vielfaches verbessert werden. Als Beispiel für die Abhängigkeit der Detailgenauigkeit von der räumlichen Auflösung zeigt die folgende Abbildung:

Abb: 21 Vergleich der Detailgenauigkeiten bei verschiedenen räumlichen Auflösungen. Hier am Beispiel des Erdbeben von Kobe. Quelle http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/ndrd/kobeimages.html

9.4 FAZIT

Die Einsatzmöglichkeiten der operationellen Fernerkundung sind im Bereich Mitigation und Disaster Management bei Erdbeben limitiert, in der Phase der Frühwarnung gar nicht vorhanden.

Im Bereich Risk Assessment und Mitigation werden Fernerkundungsdaten zur Grundlagenkartierung verwendet. Speziell in Entwicklungsländer kann die Logistik bei humanitären Einsätzen verbessert werden. Fernerkundung ermöglicht zudem eine Verbesserung der Abschätzung des Schadensausmasses, was vor allem für Hilfsorganisationen und Versicherungsgesellschaften von grossem Wert ist. Für die Frühwarnung eignet sich die Fernerkundung insofern nicht, da sie momentan und in naher Zukunft nicht die strikten Vorgaben bezüglich Genauigkeit und Verfügbarkeit erfüllt werden.

Die Grundlagen- und Schadenskartierung bleiben somit das Hauptanwendungsgebiet der Fernerkundung im Bereich Erdbeben.

9.6 Aktivitäten in der Schweiz

SARMAP

Die Firma SARMap bietet mit SARScape ein modulares Softwaretool an, mit dem auf einfacher Basis Radar Szenen ausgewertet und somit Erdbewegungen, Verschiebungen etc. kartiert werden können. Die ganze Software lässt sich in ArcView implementieren. Eine volle ERS Radarszene (100 km x 100 km) kann in weniger als einer Stunde verarbeitet werden. Unterstützte Satelliten: ERS , Radarsat-1 und JERS-1.

- Siehe Dokument: http://www.sarmap.ch/

GAMMA

Auch die Firma GAMMA prozessiert Radardaten und erstellt Subsidenzprodukte.

- Siehe Dokument: http://www.gamma-rs.ch/research/subsidence.html

9.7 State of the Art: Beispiele

Da die Fernerkundung momentan keine operationelle Anwendung bietet, sich also alle Methoden dazu noch in der Entwicklung befinden, gibt es dazu auch keine Beispiele. Ein Beispiel, wie die Überwachung mittels SAR angewendet werden kann, sei unten aufgeführt.

9.8 Beispiel Subsidenzüberwachung

Abb: 22 SAR: Bestimmung der Verschiebung, die durch ein Erdbeben hervorgerufen wurde. Quelle: http://www.gamma-rs.ch/docs/subsi.pdf

10. Schnee, Lawinen und Eis

Schnee tritt als Naturgefahr häufig in der Form von Lawinen auf. Des weiteren spielt er eine wichtige Rolle bei Hochwasserabschätzungen. Die Einsätze der Fernerkundung im Bereich Schneemonitoring sind vielfältig, aber eine direkte operationelle Anwendungen im Gebiet Naturgefahren gibt es nicht. Die Naturgefahr Eis bedeutet vor allem für die Schiffahrt in der Form von Eisbergen eine Bedrohung. Hier sind daher auch schon erste kommerzielle Überwachungssystem vorhanden. Generell kann über die Beobachtung des Meereises, insbesondere der Packeisgrenze, auch Aussagen über globale Klimaschwankungen gemacht werden.

Zum Einsatz kommen optische Sensoren wie das AVHRR mit seiner hohen Wiederkehrrate. Besonders die operationell aus MODIS gewonnen weltweiten Schneekarten werden in den kommenden Jahren wichtig werden. Radardaten eignen sich vor allem zur Meereisdetektion und Feuchtebestimmung des Schnees, sind aber zu teuer für einen operationellen Einsatz. Auch der SSM / I auf dem DMSP Satellit erweist wertvolle Dienste bei der Schneekartierung.

10.1 Keywordliste

Es wurde nach folgenden Schlagwörtern im WWW gesucht:

D: Fernerkundung Schnee, Fernerkundung Lawinen, Fernerkundung Eis

E: remote sensing snow, remote sensing snow risk assessment, remote sensing snow disaster Management, remote sensing avalanches, remote sensing avalanches risk assessment, remote sensing avalanches disaster Management, remote sensing ice risk assessment, remote sensing ice disaster Management

F: Avalanche télédétection, télédétection neige

10.2 Risk Management

Die Fernerkundung leistet beim Schneemonitoring in grösseren Einzugsgebieten, die nur über ein spärliches oder gar kein Beobachtungsnetzwerk verfügen, gute Dienste. Auch in gut erschlossenen Gebieten, wie der Schweiz, erwies sich, dass flächenhafte Informationen über die Ausdehnung der Schneedecke eine Verbesserung der Punktmessungen, wie sie von Bodenstationen eigen sind, erbringen können. Mittels optischen Satelliten (NOAA-AVHRR, TERRA-MODIS) kann eine Aussage über das Ausmass, aber nicht über die Eigenschaften der Schneedecke gemacht werden. Bei wolkenbedeckten Situationen ist deren Aussagekraft klein, da einerseits die Grösse der Schneedecke nicht erfasst werden kann, andererseits die Unterscheidung Wolken und Schnee nicht immer einfach ist. Durch die bis zu zwei mal tägliche Wiederkehrrate ist aber die Chance auf eine wolkenfreie Situation innerhalb von einer Woche realistisch. Radarsatelliten erlauben eine Aussage über den Feuchtegehalt des Schnees, zeichnen sich aber doch durch eine geringere Abdeckungsrate aus.

Ein eigentliches Risk Assessment für Lawinen gibt es von der Fernerkundung her noch nicht, obwohl Schneekarten aus Satellitendaten auch hier wertvolle Zusatzinformationen leisten. Anders wiederum sieht es bei Hochwasservorhersagen aus: Hier sind Schneekarten in Verbindung mit Abflussmodellen ein sehr wichtiges Instrument, um kurzfristig Prognosen über die Wassermengen abzuschätzen. Die Meereiskartierung für die Schiffahrt ist heute teilweise schon operationell.

10.3 Disaster Management

Es gibt keine operationelle Anwendungen zur Kartierung von Lawinenereignissen. Da diese kleinräumig auftreten, werden meist Luftbilder eingesetzt. Beim Hochwassermonitoring gibt es vielversprechende Ansätze, um während eines Ereignisses noch Prognosen über die weitere Situationsentwicklung zu machen (Schnee-Wasser-Bern Projekt). Siehe dazu Abschnitt Hochwassermonitoring.

10.4 FAZIT

Es gibt momentan keine operationell Anwendung der Fernerkundung im Bereich der Naturgefahr Lawinen. An operationelle Produkten gibt es täglich Schneekarten, meist nur in kontinentalem Massstab.

10.5 State of the Art: Beispiele

·The State of the Canadian Cryosphere

Diese staatliche kanadische Website bietet täglich gratis Informationen über den Zustand der Schneedecke. Die räumliche Auflösung ist allerdings beschränkt.

- Siehe Dokument: http://www.socc.uwaterloo.ca/snow/snow_current.cfm

10.6 Beispiele Schneekarten

Abb: 23 Tägliche Schneedeckenanalysekarten von NOAA (Quelle: http://www.socc.uwaterloo.ca/snow/snow_current.cfm )

Abb: 24 NOAA-AVHRR Aufnahme vom 5.4. 2000 Falschfarbenbild (l): AVHRR Kanäle 1,3,5. und Schneekarte (r): Grün = Land, Grau = Wolken / Schatten, Gelb/Rot = Teilweise schneebedeckt, Weiss = Schnee. Quelle: http://www.personal.dundee.ac.uk/~mtslater/avhrr.html

11. Weitere Naturgefahren

Hier sollen noch weitere Naturgefahren zu folgenden Stichwörtern aufgelistet werden:

Es wurden dabei folgende Stichworte im WWW gesucht:

D: Sturm Fernerkundung, Fernerkundung Orkan, Fernerkundung Hagel, Fernerkundung Ozon, Umweltmonitoring Fernerkundung, Abholzung

E: remote sensing storm, remote sensing tornado, remote sensing hurricane, remote sensing global change, remote sensing storm risk assessment, remote sensing tornado risk assessment, remote sensing hurricane risk assessment, remote sensing global change risk assessment, remote sensing storm disaster management, remote sensing tornado disaster management, remote sensing hurricane disaster management, remote sensing global change disaster hail management, environmental monitoring, deforestation

F: télédétection orage, télédétection global changement, grêle télédétection, contrôle de l'environnement télédétection, déboisement télédétection

11.2 Sturmschädenkartierung

Die Münchner Rückversicherung und die SwissRe sind beide im Bereich des Risk Assessment von Sturmschäden aktiv. Entsprechende Dokumente sind auf ihrer Website zu finden. Nach dem Sturmereignis LOTHAR im Dezember 1999 wurden sowohl von der Firma GAMMA als auch von SARMAP unter Einbeziehung von Radardaten ein Inventar der Waldschäden erstellt:

Abb: 25 Sturmschädenkartierung "Lothar" mittels Radardaten, Beispiel GAMMA.

Abb: 26 top: A colour-composite image was generated by coding the April 1999 coherence (before storms) in red and the January 2000 coherence (after storms) in green. The yellow areas indicate that the coherence has approximately the same value in the two pairs and therefore lit change has occurred. Forests are dark grey, as coherence is low in both sets of imagery. However, within some forests light green areas can be seen. This indicates low coherence in the January image and is indicative of forest damage. Middle: By combining the backscatter information from both dates with the coherence, the image can be classified into a number of cover types. The extensive areas damaged due to the storms are very evident and are shown in red. Down: Fully geocoded, classified products in formats which can be imported into a range of GIS and image processing packages are provided. This facilitates the calculation of spatial statistics and combination of the data with other geo-referenced data sets. This fully classified ERS SAR scene has been overlayed on a DEM generated using interferometric techniques. Quelle: http://www.sarmap.ch/prod_FOREST.html

11.3 Abholzungsüberwachung

Das Problem der Abholzung des Urwaldes ist mittels Fernerkundungsmethoden gut zu erfassen. Hier eigenen sich sowohl hoch- als auch niedrigauflösende Sensoren. Es werden des öfteren auch mit den Methoden des Firemonitoring in diesem Bereich gearbeitet. Speziell multitemporale Analysen zeigen das Ausmass von Abholzungen an.

Abb: 27 Abholzungsmonitoring am Beispiel Rodonia, hochauflösender Sensor, Brasilien. Quelle: http://www.gecp.virginia.edu/presentation/satellite/rondonia.html

Abb: 28 Abholzungsmonitoring am Beispiel Rodonia, mittelauflösender Sensor, Brasilien. Quelle: http://visibleearth.nasa.gov/cgi-bin/viewrecord?3841

11.4 Umweltüberwachung

Es gibt einige Anwendungen der Fernerkundung im Bereich Umweltüberwachung wie dem Aufspüren von Verursachern von Umweltschäden. Ein operationelles Beispiel ist die Verwendung von Radardaten zur Erfassung von Öltankern, die illegal Rohölreste verklappen. Hier die Applikation der Tromsö Satellite Station.

Abb: 29 Ölverschmutzung in der Nordsee : Detektion mittels Radar: Quelle http://www.tss.no/oilserv/gifs/feb21_1.gif

11.5 Meteorologische und klimatologische bedingte Naturgefahren

Viele der oben aufgelisteten Naturgefahren werden durch meteorologische und klimatologische Bedingungen begünstigt oder erst ermöglicht. Weitere sind: Stürme, Tornados, Hurrikane, komplexe Prozesse wie El Nino etc. Die NOAA leistet in diesen Bereichen hervorragende Arbeit und stellen auch auf operationeller Basis entsprechende Daten zur Verfügung.