Waldgeheimnisse gelüftet 21.07.2015, 10:11 Uhr

DLR durchleuchtet Wälder von der Krone bis zum Boden in 3D

Umweltforscher träumen davon, auf einen Blick zu sehen, wie große Waldflächen auf das Klima einwirken und wie dicht die Laubkronen eigentlich sind. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt arbeitet an einer Radartechnik, um genau diese Fragen zu beantworten. Das DLR plant 3D-Aufnahmen in so hoher Auflösung wie nie zuvor. 

Polarimetrische Radaraufnahme des Waldgebietes Traunstein: Waldgebiete erscheinen in grün, Oberflächen mit niedriger Vegetation in blau/rot.

Polarimetrische Radaraufnahme des Waldgebietes Traunstein: Waldgebiete erscheinen in grün, Oberflächen mit niedriger Vegetation in blau/rot.

Foto: DLR

Wie tickt ein deutscher Fichtenwald oder ein tropischer Regenwald? Wie ist die Wechselwirkung großer Waldflächen mit der Atmo- oder der Geosphäre? Wie genau mischen die grünen Teppiche im globalen Kohlenstoffkreislauf mit? Um das zu erfahren, muss man die Biomasse der Wälder kennen. Und dazu ihre Struktur.

Auflösung besser als bei jeder anderen Sensortechnik

Genau dafür bereitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) alles vor. Und erste Praxistests bestätigen den Wissenschaftlern, dass sie auf dem richtigen Weg sind. Die Forscher aus Oberpfaffenhofen entwickeln eine dreidimensionale Radartechnik, die aus der Vogelperspektive jeden noch so dichten Fleck sichtbar machen soll – von der Krone bis zum Waldboden.

Gruppenbild der Nasa- und DLR-Wissenschaftler bei der gemeinsamen Messkampagne zur dreidimensionalen Vermessung des Waldgebietes Traunstein: Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und das Jet Propulsion der Nasa (JPL) haben die Messungen mit verschiedenen Techniken durchgeführt und verglichen.

Gruppenbild der Nasa- und DLR-Wissenschaftler bei der gemeinsamen Messkampagne zur dreidimensionalen Vermessung des Waldgebietes Traunstein: Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und das Jet Propulsion der Nasa (JPL) haben die Messungen mit verschiedenen Techniken durchgeführt und verglichen.

Foto: DLR

Das Bemerkenswerte dabei: Die Auflösung der Aufnahmen soll einmalig hoch sein. Besser als bei jeder anderen Sensortechnik. Um zu testen, ob das sogenannte F-SAR-System hält, was es verspricht, hat das DLR-Team seine Daten mit denen der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa verglichen. Die US-Kollegen benutzten ein anderes Sensorsystem.

Zehn Flüge für Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln

Um bei dem gemeinsamen Test vergleichbare Daten zu bekommen, flogen zuerst die Amerikaner, dann die Deutschen über dasselbe Gebiet bei Traunstein. Ähnliche Wetterbedingungen wurden abgewartet. Die Nasa-Leute hatten ihre Aufnahmen in zwei Tagen „im Kasten“. Eine Woche später war das DLR-Team mit seinem Forschungsflugzeug Dornier Do-228 dran.

Die Forscher vom Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme flogen zehn Mal und nahmen das Waldgebiet aus verschiedenen Blickwinkeln auf. Das musste sein, um später aus den Einzelaufnahmen ein dreidimensionales Bild zu erstellen.

Messungen in mehreren Wellenlängen gleichzeitig

Schon nach den ersten Auswertungen war klar: Das F-SAR-System misst sehr genau. Weil damit Messungen in mehreren Wellenlängen gleichzeitig möglich sind, können die Forscher in nur einem Überflug verschiedene Ebenen eines Gebiets erfassen.

Testgebiet Traunstein: Beispiel für ein vertikales Profil der Radarrückstreuung dieses Waldgebiets. Die Rückstreuung ist in Grüntönen skaliert, von dunkelgrün (geringe Rückstreuung) bis weiß (hohe Rückstreuung). Die durchgezogenen Linien stellen die Höhen von Waldboden und -krone dar, bestimmt durch Lidarmessungen.

Testgebiet Traunstein: Beispiel für ein vertikales Profil der Radarrückstreuung dieses Waldgebiets. Die Rückstreuung ist in Grüntönen skaliert, von dunkelgrün (geringe Rückstreuung) bis weiß (hohe Rückstreuung). Die durchgezogenen Linien stellen die Höhen von Waldboden und -krone dar, bestimmt durch Lidarmessungen.

Foto: DLR

Für die räumliche Vermessung des Traunsteiner Waldes wurden drei verschiedene Wellenlängen eingesetzt: Um den oberen Bereich der Waldkrone abzutasten, setzten die DLR-Wissenschaftler auf Radarsensoren im C-Band und X-Band Frequenzbereich. Das L-Band hingegen dringt durch die Zweige, Blätter und Rinden und gibt sozusagen den Blick frei auf den Waldboden.

3D-Radarmessung einsetzbar auf Satelliten

Mit dieser Radar-Tomographie eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, die Rolle des Waldes als Klimafaktor zu erfassen. Übrigens besteht die Biomasse als Trockensubstanz bei Bäumen zu rund 50 Prozent aus Kohlenstoff. Den DLR-Wissenschaftlern schwebt vor, ihre 3D-Radarvermessung von Wäldern irgendwann auch auf Satelliten einzusetzen. Dann könnten bereits kleinste atmosphärische Veränderungen registriert werden. 

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