Der globale Wandel hat viele Gesichter: Erdbeobachtungssatelliten vermessen täglich, wie Gletscher schrumpfen und Städte boomen, wie sich die Vegetation verändert und der Mensch in Naturräume vordringt. Anhand von Satellitenbildern gewinnt Sarah Asam wertvolle Einblicke in diese Prozesse. Die promovierte Geographin erforscht langfristige Vorgänge auf der Erdoberfläche im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD). Das DFD ist ein Institut des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). In Oberpfaffenhofen bei München wertet Sarah Asam die Daten nationaler und internationaler Satellitenmissionen aus.
Wie sieht die Globalisierung von oben aus?
Mit Satelliten können wir natürliche und durch den Menschen verursachte Veränderungen der Erde beobachten. Wir untersuchen und quantifizieren die Dynamik der Landoberfläche. Das ist viel mehr als Klimawandel! Dazu gehören auch Zersiedelung, Umweltverschmutzung, Naturkatastrophen und der Verlust von Biodiversität.
Welche Phänomene untersuchen Sie?
Ich konzentriere mich auf Agrarökosysteme und Phänologie, also die wiederkehrende jahreszeitliche Entwicklung der Natur. Dabei vergleiche ich historische mit aktuellen Erdbeobachtungsdaten, um Entwicklungen messbar zu machen. So kann ich zum Beispiel erfassen, wie sich Waldbestände, Dürren, Biomasse oder Anbauperioden über die Jahre verändern. Auf Satellitenbildern analysiere ich unter anderem die Dichte, Masse, Fläche und Wachstumsphasen von Vegetation. Daraus lassen sich wichtige Schlussfolgerungen für ein nachhaltiges Land- und Wassermanagement ableiten.
Woran arbeiten Sie zurzeit?
Seit Anfang des Jahres leite ich das Projekt TIMELINE. Schleichende Veränderungen in unserer Umwelt werden erst sichtbar, wenn man Aufnahmen aus mehreren Jahrzehnten vergleicht. Anhand von Satellitendatenzeitreihen arbeite ich Muster heraus und versuche festzustellen, ob es sich um langfristige Trends oder möglicherweise nur um zeitlich begrenzte Schwankungen handelt. An TIMELINE arbeiten rund 15 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedlicher Fachbereiche aus allen sieben Abteilungen des DFD. Das garantiert einen spannenden Austausch, gut aufeinander abgestimmte Prozessorentwicklungen und eine effiziente Datenauswertung.
Worauf stützen Sie Ihre Analysen?
Ich nutze Aufnahmen des Sensors AVHRR. Er bildet als einziger Satellit seit 1979 täglich die ganze Erde ab. Das ist außergewöhnlich, denn die meisten Satelliten fliegen erst seit höchstens 15 Jahren. Älteres Material ist also rar, und die Zeitreihen sind ein wahrer Schatz für mich. Meine Forschung konzentriere ich wegen der Datenmengen – wir kommen in den Petabyte-Bereich – auf Europa und Nordafrika. Deswegen ist die Unterstützung der Systemingenieure im Projektteam so wichtig.
Welche Informationen liefern die Satellitenaufnahmen?
Sie geben die Erdoberfläche mit einer räumlichen Auflösung von etwa einem Kilometer wieder: Ein Quadratkilometer auf der Erde ist ein Punkt auf dem Satellitenbild – der Starnberger See ist gut zu sehen. Der Sensor erfasst visuelle und thermale Informationen, also Farben und Temperaturen. Ich untersuche beispielsweise, wann die Vegetation an einem bestimmten Standort anfängt zu wachsen. Durch den Klimawandel kommt es zu phänologischen Verschiebungen. Ich kann dazu über viele Jahre differenzierte Aussagen treffen.
Wie analysieren Sie das Rohmaterial?
Sobald aus den Satellitenbildern einzelne Karten entstanden sind, lege ich diese am Computer für die Zeitspanne übereinander, die ich untersuchen möchte. Dann definiere ich einen bestimmten Bildpunkt, um ihn durch alle Karten durchzustechen. Für diesen Punkt bleibt auf jeder Karte genau ein Wert übrig. Um die einzelnen Zahlenwerte in der Reihe zu vergleichen, nutze ich einfache statistische Methoden, aber auch komplexe Verfahren des maschinellen Lernens. Bis ich eine Karte auswerten kann, sind allerdings viele Arbeitsschritte nötig. Ich arbeite zum Beispiel eng mit den Atmosphärenwissenschaftlern im Institut zusammen, die Wolkeninformationen aus den Daten extrahieren. Dynamiken auf der Landoberfläche kann ich nur auf Karten ohne Wolken beziffern.
Was können Ihre Erkenntnisse leisten?
Unsere Ergebnisse dienen dazu, die Umwelt zu schützen, Ressourcen verantwortungsvoll zu nutzen und Risiken aufzuzeigen. Phänomene wie die stark schwankende Schneebedeckung, zeitlich verschobene Anbauperioden und der Anstieg der Oberflächentemperatur, die im globalen Wandel relevant werden, betrachten wir mit großer zeitlicher Tiefe. Dadurch können wir Behörden die Entscheidungsgrundlagen für sinnvollen Hochwasserschutz an die Hand geben oder Landwirte zur optimalen Bewirtschaftung beraten.
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