Lexikon der Fernerkundung

Vegetationsbrände und Fernerkundung

Üblicherweise wird der Begriff 'Vegetationsbrand' als Oberbegriff für unkontrollierte Brände genutzt, die in der (wilden) Vegetation auftreten, oft in ländlichen Gebieten.

Begriff

Vegetationsbrände oder Wildfeuer (engl. wildfire) sind eine spezielle Art von Bränden (Schadfeuern). Der Begriff ist verschiedentlich differenzierbar. So kann man Vegetationsbrand als Oberbegriff verstehen für Flurbrände und Waldbrände. Wildfeuer bzw. Vegetationsbrände können in Wäldern, Grasland, Savannen und anderen Ökosystemen entstehen, und das schon seit Hunderten von Millionen Jahren. Sie sind nicht auf einen bestimmten Kontinent oder eine bestimmte Umgebung beschränkt.

Wildfeuer können in der Vegetation sowohl im als auch über dem Boden entstehen. Bodenbrände entzünden sich in der Regel in Böden mit viel organischem Material, das die Flammen nähren kann, z. B. Pflanzenwurzeln oder Torf (z.B. Indonesien). Bodenbrände können lange schwelen - sogar eine ganze Saison - bis die Bedingungen für ein Oberflächen- oder Kronenfeuer gegeben sind. Oberflächenbrände hingegen brennen in toter oder trockener Vegetation, die knapp über dem Boden liegt oder wächst. Ausgedörrtes Gras oder heruntergefallenes Laub begünstigen oft Flächenbrände. Kronenbrände brennen in den Blättern und Baumkronen von Bäumen und Sträuchern.

Monitoring

Terrestrische Feuerwachen sind nach wie vor wichtig, um Brände zu erkennen und die Einsatzkräfte zu leiten, haben aber große Einschränkungen, wie z. B. einen begrenzten Sichtradius. In den letzten Jahrzehnten wurden zunehmend modernere Hilfsmittel eingesetzt, wie z. B. Satelliten und Luftfahrzeuge (Flugzeuge, Hubschrauber, UAVs), die größere Gebiete beobachten und mehr Daten sammeln können als das menschliche Auge.Diese anspruchsvolleren Systeme verwenden GPS und am Flugzeug montierte Kameras für den infraroten und hochauflösenden sichtbaren Bereich, um Waldbrände zu entdecken und zu überwachen. Allerdings sind auch sie nicht ohne Nachteile.

Einige von ihnen wurden speziell und ausschließlich für die jeweilige Aufgabe entwickelt, andere tragen neben anderen Datenmessungen zur Überwachung von Bränden bei, und einige wurden nach dem Einsatz zur Beobachtung von Bränden eingesetzt. Eine der wichtigsten Messgrößen für Waldbrände ist die Strahlungsleistung des Feuers (Fire Radiative Power, FRP), wobei höhere FRPs auf intensivere Brände hinweisen.

Es werden hauptsächlich zwei Arten von Brandüberwachungssatelliten eingesetzt: Satelliten in einer polaren Umlaufbahn, die den gesamten Planeten mehrmals am Tag beobachten, und geostationäre Satelliten, die bestimmte, große Gebiete mit grober Auflösung beobachten. Jeder Satellit hat seine Grenzen, was die Erfassungsmöglichkeiten seiner Sensoren, die Auflösung seiner Bilder und - bei umlaufenden Satelliten - die Häufigkeit seines Überflugs über den Zielgebiet betrifft.

Um diese Einschränkungen auszugleichen, werden die Daten von einer Flotte von Satelliten miteinander abgeglichen, um die individuellen Einschränkungen zu berücksichtigen und eine möglichst genaue Brandüberwachung und -vorhersage zu gewährleisten. Für die Risikobewertung und Kartierung im Vorfeld von Bränden werden Daten über Niederschlag, Bodenfeuchte, Trockenheitsgrad, Topographie, Oberflächentemperaturen sowie Dichte und Ausdehnung der Vegetation erfasst. Für die Brandüberwachung in Echtzeit werden Daten über die Strahlungsleistung und die gesamte Brandfläche erfasst und in Kombination mit den Daten zur Risikobewertung vor einem Brand verwendet, um vorherzusagen, wie sich das Feuer in naher Zukunft verhalten wird. Bei der Kartierung nach einem Brand werden Daten über die gesamte verbrannte Fläche, die Schwere des Brandes und das Wiederaufwachsen der Vegetation erfasst.

Für die Brandüberwachung werden zahlreiche Instrumente eingesetzt. Bereits das Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR) auf dem seit 2012 inaktiven ENVISAT und das Along-Track Scanning Radiometer (ATSR) der europäischen ERS-1/-2 konnten die von Bränden ausgehende Infrarotstrahlung messen und so Brandherde mit einer Temperatur von über 39 °C identifizieren.

Später kamen weiterentwickelte Instrumente zum Einsatz wie MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer), VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) und CALIOP (Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarisation Instrument). MODIS befindet sich an Bord der NASA-Satelliten Terra und Aqua und nutzt elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und infraroten Bereich, um Temperaturspitzen am Boden aufzuspüren, bei denen die Temperatur an einem bestimmten Ort höher ist als die Hintergrundtemperatur in einem größeren Gebiet.

VIIRS befindet sich an Bord der NASA/NOAA-Satelliten SUOMI NPP und JPSS und funktioniert ähnlich wie MODIS, nur mit einer feineren räumlichen Auflösung von 375 Metern. Diese feinere Auflösung ermöglicht die Erkennung von kleineren Bränden. MODIS und VIIRS können Wärmesignaturen sowohl am Tag als auch in der Nacht erkennen. CALIOP befindet sich an Bord des CALIPSO-Satelliten (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation) und beobachtet die Höhe der Rauchfahne sowie die vertikale Verteilung von Aerosolen in der Atmosphäre. Das Instrument ist auf einzigartige Weise in der Lage, optisch dünne Rauchschichten mit einer feinen vertikalen Auflösung zu erkennen, so dass ausgedehnte Rauchfahnen ohne klare Grenzen beobachtet werden können. CALIOP-Daten können mit Modellen kombiniert werden, um Rauchflüsse ihren Ursprungsfeuern zuzuordnen und die Entwicklung der Injektionshöhe von Rauchfahnen im Laufe der Zeit zu beobachten, was Auswirkungen auf das Klima, die Luftqualität und die menschliche Gesundheit hat.

Beispiel-Produkte und Entwicklungen

Das Beispiel Gran Chaco

Der Gran Chaco, der sich über Argentinien, Paraguay, Bolivien und Teile Brasiliens erstreckt, ist das zweitgrößte bewaldete Biotop Südamerikas und das größte zusammenhängende Gebiet mit tropischem Trockenwald weltweit. Obwohl der Gran Chaco weniger bekannt ist als der benachbarte Amazonas-Regenwald, ist er dennoch ein bedeutender Hotspot der Entwaldung, was vor allem auf die Expansion der Landwirtschaft zurückzuführen ist.

Die Überlagerung von hochauflösenden Satellitenkarten der Landbedeckung und der Brandflächen von 1990 bis 2019 zeigt ein klares und wiederkehrendes Muster: Auf die Abholzung von Wäldern folgt häufig innerhalb von ein oder zwei Jahren ein Brand am selben Ort. Aufschlussreich ist, dass die Formen und Zeitpunkte mit erstaunlicher Präzision übereinstimmen, was auf menschlichen Einfluss schließen lässt.

Diese Langzeitdatensätze wurden von Forschungsteams entwickelt, die an der ESA-Initiative zum Klimawandel mitwirken, die Beobachtungen von mehreren Satellitenmissionen zusammenführt, darunter Copernicus Sentinel-1, Sentinel-2 und die Landsat-Satellitenserie der NASA. Die Aufzeichnungen, die eine Auflösung von 20-30 Metern haben, weisen ein hohes Maß an zeitlicher und räumlicher Konsistenz auf, so dass Veränderungen genau verfolgt werden können.

Durch die Umwandlung von Wald in Weide- oder Anbauflächen werden enorme Mengen an Kohlenstoff freigesetzt - vor allem, wenn dabei Brände entstehen. Diese neuen hochauflösenden Aufzeichnungen können also nicht nur zur Bekämpfung der illegalen Abholzung, des Eindringens in Schutzgebiete und der Ausbreitung von Bränden eingesetzt werden, sondern auch zur Unterstützung der nationalen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels.

Satellitenaufzeichnungen dokumentieren,
dass Feuer die Umwandlung des Gran Chaco vorantreibt Satellitenaufzeichnungen dokumentieren, dass Feuer die Umwandlung des Gran Chaco vorantreibt Quelle: ESA

Weitere Informationen:

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