Biomasse ermitteln 01.03.2016, 10:07 Uhr

Gabuns Regenwald in der Radarfalle deutscher Forscher

Wie viel Biomasse steckt im Wald? Das ermitteln deutsche Forscher in Gabun mit einem Spezial-Radargerät an Bord eines Flugzeugs. Die Daten dienen als Referenz für eine Satellitenmission der ESA, die dann den in Pflanzen gebundenen Kohlenstoff weltweit bestimmt – wichtig für den Kampf gegen den Klimawandel.

Im Pongara-Nationalpark gibt es noch große Flächen unberührten Mangrovenwalds, der weiter im Landesinneren an dichten Regenwald angrenzt. Die Farbgestaltung spiegelt unterschiedliche Arten der Rückstreuung des Radarsignals wider. Werden die Signale im L-Band (23cm Wellenlänge) vowiegend von vegetationsfreien Oberflächen (Wasser, freie Felder) erscheinen sie im Bild blau. Eine überwiegende zweifache Rückstreuung (z.B. an den vertikalen Mangrovenstämmen und der Wasseroberfläche) wird rot angezeigt. Und eine vorherrschend ungerichtetete Rückstreuung, insbesondere aus dem Volumen der Baumkrone des Regenwalds erscheint grün. 

Im Pongara-Nationalpark gibt es noch große Flächen unberührten Mangrovenwalds, der weiter im Landesinneren an dichten Regenwald angrenzt. Die Farbgestaltung spiegelt unterschiedliche Arten der Rückstreuung des Radarsignals wider. Werden die Signale im L-Band (23cm Wellenlänge) vowiegend von vegetationsfreien Oberflächen (Wasser, freie Felder) erscheinen sie im Bild blau. Eine überwiegende zweifache Rückstreuung (z.B. an den vertikalen Mangrovenstämmen und der Wasseroberfläche) wird rot angezeigt. Und eine vorherrschend ungerichtetete Rückstreuung, insbesondere aus dem Volumen der Baumkrone des Regenwalds erscheint grün. 

Foto: DLR

Mit Radartechnik wie dem deutschen Zwillingssatellitenpaar Tandem-X werden die Höhenunterschiede auf der Erde in nie gekannter Präzision vermessen. Auch geben sie Aufschluss über die Oberflächenbeschaffenheit, etwa Bebauung, Straßen, Äcker und Wälder. Eins können sie jedoch nicht: die Biomasse von Wäldern bestimmen. Und die ist wichtig für die weltweite Kohlendioxid-Bilanz, die wiederum entscheidend ist für die Klimaveränderungen. Denn die Radarstrahlen, mit denen die Zwillingssatelliten die Erde bombardieren, werden von den Baumwipfeln reflektiert. Wie hoch die Bäume sind, also wie viel Biomasse sie haben, lässt sich so nicht feststellen.

Radarstrahlen erfassen die Höhe der Bäume

Deswegen haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auch die Tandem-X-Satelliten betreibt, ein Radarsystem entwickelt, mit dem sich nicht nur die Existenz eines Waldes erfassen lässt, sondern auch die Höhe der Bäume. Daraus wiederum kann die Menge an Biomasse bestimmt werden. Den ganzen Februar war das neue System im Einsatz, bei Messflügen im westafrikanischen Gabun, das nördlich und südlich vom Äquator liegt.

Der Reflektor mit seinen drei senkrecht aufeinander stehenden Flächen sammelt die gesamte einfallende Energie und sendet sie direkt in die Richtung zurück aus der sie kam – analog zu einem Katzenauge im sichtbaren Bereich.

Der Reflektor mit seinen drei senkrecht aufeinander stehenden Flächen sammelt die gesamte einfallende Energie und sendet sie direkt in die Richtung zurück aus der sie kam – analog zu einem Katzenauge im sichtbaren Bereich.

Foto: DLR

Ein Forschungsflugzeug des DLR, eine zweimotorige Dornier DO 228-212, ist mit dem Spezial-Radar ausgestattet worden, das in mehreren Frequenzbereichen arbeitet. Einige Strahlen werden, wie die der Tandem-X-Satelliten, an den Wipfeln reflektiert, andere dringen bis zum Boden durch, ehe sie zurückgeworfen werden. Aus den gewonnenen Daten wird die Höhe des Waldes errechnet und ein vertikales 3D-Profil erstellt. „Anhand dieser Kenngrößen können wir ableiten, wie viel Kohlenstoff in der Regenwald-Biomasse gebunden ist“, so Professor Irena Hajnsek, Projektleiterin der AfriSAR genannten Mission – SAR steht für Synthetic Aperture Radar, wie die verwendete Radartechnik genannt wird.

Piloten müssen Sauerstoffmasken tragen

Für die Piloten ist die Mission eine echte Herausforderung. Sie müssen in einer Höhe von gut 6000 m fliegen, in der das Gehirn nicht mehr zuverlässig mit Sauerstoff versorgt wird – die DO 228-212 hat keine Druckkabine. „Das Tragen einer Sauerstoffmaske ist deshalb Pflicht“, sagt Oliver Brieger, Leiter des DLR-Forschungsflugbetriebs. Dazu kommt das in Gabun höchst wechselhafte Wetter.

Die zweimotorige Turbopropeller-Maschine DO 228-212 eignet sich durch ihre rechteckige Kabine und die großen Öffnungen im Boden besonders gut zur Installation von speziellen Kamera- und Radarsystemen.

Die zweimotorige Turbopropeller-Maschine DO 228-212 eignet sich durch ihre rechteckige Kabine und die großen Öffnungen im Boden besonders gut zur Installation von speziellen Kamera- und Radarsystemen.

Foto: DLR

Oft gibt es hochreichende Wolken mit Turbulenzen, heftige Gewitter vor allem am Abend und Dunst mit schlechter Sicht. Die Radarstrahlen dringen zwar ungehindert durch. Wenn es den Piloten jedoch nicht gelingt, das Flugzeug ruhig zu halten und vom geplanten Kurs nicht mehr als zwei Meter abzuweichen ist die Messung unbrauchbar. Denn nach Abschluss der Mission entsteht aus den Radardaten mehrerer paralleler Flugpfade ein tomographischer Datensatz, aus dem sich später das 3D-Modell des Waldes ableiten lässt.

Die Ergebnisse dienen der von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA für 2020 geplanten Satellitenmission Biomass als Referenzdaten. Biomass wird die Menge an Biomasse weltweit vermessen, ebenso Veränderungen durch Zerstörungen, die Stürme anrichten, und durch Brandrodungen.

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