Forscher sagen, dass die Aufmerksamkeit auf Fehler die Fernüberwachung von Seen verbessern kann

Wenn Seen eutroph werden, kann sich das Gleichgewicht schnell von gesund zu potenziell umweltschädlich ändern. In diesem Zustand beschleunigt ein Überfluss an Nährstoffen das Algenwachstum, die dann die Wasseroberfläche überfüllen und das Licht daran hindern, die Organismen darunter zu erreichen.

Ohne Licht können sie keinen Sauerstoff produzieren und das Leben im Wasser beginnt auszusterben. Glücklicherweise können Forscher Binnenseen mit Fernerkundungstechnologien auf Eutrophierung überwachen. Diese Technologien könnten jedoch angepasst werden, um genauere Bewertungen zu ermöglichen, sagen Forscher aus China.

Das Team veröffentlichte seine Bewertung der Technologien sowie empfohlene Verbesserungsvorschläge am 3. September im Zeitschrift für Fernerkundung.

Zu den aktuellen Technologien gehören Fernerkundungsinstrumente, die Merkmale der Planetenoberfläche erfassen (räumliche Auflösung) und dieselben Merkmale mehrfach erfassen können (zeitliche Auflösung). Je detaillierter die Abbildung ist und je häufiger sie wiederholt wird, desto höher ist die Auflösung. Allerdings gibt es zwischen den Auflösungen Kompromisse – je höher die räumliche Auflösung, desto niedriger ist tendenziell die zeitliche Auflösung und umgekehrt.

„Die Kompromisse zwischen der räumlichen und zeitlichen Auflösung der Fernerkundungsinstrumente begrenzen ihre Fähigkeit, den eutrophen Zustand von Binnenseen zu überwachen“, sagte Co-Autor Linwei Yu, außerordentlicher Professor an der China University of Geosciences.

„Die räumlich-zeitliche Fusion (STF) bietet eine kostengünstige Möglichkeit, durch die Kombination von Informationen mehrerer Sensoren Fernerkundungsdaten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erzeugen, und wird häufig für die Feinüberwachung der Erdoberflächendynamik eingesetzt.“

Das Problem, so die Forscher, liege jedoch darin, dass die Verarbeitungs- und Modellierungsfehler der kombinierten Überwachung die Qualität der Bilder beeinträchtigen könnten – insbesondere bei der Aufnahme reflektierender Oberflächen wie Seen, die ein relativ niedriges Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) aufweisen. Dieses Verhältnis bezieht sich auf den Unterschied bei relevanten Informationen und anderen Details.

„Diese Studie stellt vorläufig eine umfassende Bewertung dar, um das Potenzial und die Grenzen der Anwendung von STF-Techniken zur Überwachung der Chlorophyll-a-Konzentration (Chla) in eutrophen Binnenseen zu verstehen“, sagte der Co-Autor Huanfeng Shen, Professor an der Universität Wuhan, und erläuterte, dass Chla ein Indikator für den Zustand der Eutrophierung sei.

„Die Erkenntnisse werden dazu beitragen, Leitlinien für die Gestaltung eines STF-Rahmens zur Überwachung der aquatischen Umwelt von Binnengewässern mit Fernerkundungsdaten bereitzustellen.“

Die Forscher stellten fest, dass STF-Methoden den hochdynamischen Zustand eutropher Binnenseen effektiv erfassen, dass jedoch diejenigen, die die Bilder auswerten, „besonders auf Fehlerquellen achten“ sollten.

„Unter den Einflussfaktoren haben die atmosphärische Korrektur und geometrische Fehler große Auswirkungen auf die Fusionsergebnisse“, sagte Yu. „Wir empfehlen eine funktionierende Pipeline, damit die Fusionsbilder mit realen Beobachtungen integriert werden können, um zeitlich dichte Chla-Datensätze zu erzeugen.“

Den Forschern zufolge vermittelt der in ihrer Studie detailliert beschriebene Arbeitsablauf ein umfassendes Verständnis des Potenzials und der Unsicherheiten, die mit der Verwendung von STF-Methoden für aquatische Anwendungen verbunden sind.

„Mit diesem Verständnis ist es möglich, die zeitlich dichte Chla-Konzentration in eutrophen Binnenseen durch die Kombination von Multisensorbeobachtungen abzuschätzen“, sagte Shen. „In zukünftigen Studien besteht das Ziel darin, Daten von Sensoren unterschiedlicher Auflösung zu integrieren und Chla-Datensätze mit sowohl hoher räumlicher als auch zeitlicher Auflösung der Seen über einen großen Maßstab zu generieren.“