Abschätzung der Möglichkeiten des Einsatzes Optischer Fernerkundungsdaten bei der Bestimmung von Wassertiefen und deren Genauigkeit

Kurzfassung

Erste Untersuchungen zeigen, dass aktive Methoden der Fernerkundung (Radar- und Laserbasierte Messungen) sowie weitere satellitengestützte Methoden, wie das Messen des marinen Gravitationsfeldes, sich nur bedingt zur Tiefenbestimmung von Gewässern eignen (Monteys et al. 2015; Niemeyer et al. 2015). Stattdessen wird in der Satelliten-Bathymetrie mit passiven Methoden gearbeitet. Hier dient die reflektierte elektromagnetische Strahlung der Sonne als Grundlage. So gelang es einer Forschungsgruppe um Klonowski (2011), für ein Riff vor der Australischen Küste eine Messgenauigkeit mit einer maximalen Abweichung von ±20 cm für Gewässertiefen von bis zu 20 m zu erzielen. Monteys et al. (2015) konnten mit Hilfe von Satellitendaten die Wassertiefe einer irischen Bucht innerhalb eines 95 prozentigen Vertrauensintervalls von ±1 m exakt bestimmen. Die folgende Arbeit soll einen Beitrag zur wissenschaftlichen Debatte leisten, deren Ziel die Prüfung des Potentials der Methoden der Fernerkundung zur Bestimmung von Wassertiefen ist. Der Vorteil der Fernerkundung ist die Erfassung von räumlich großen Gebieten in kurzer zeitlicher Abfolge. Keine andere derzeit eingesetzte Messtechnik erfüllt diesen Leistungsaspekt ähnlich gut. Die übliche Form der Tiefenbestimmung, die Auswertung von elektroakustischen Signalen mit einem Sonar-Gerät, ist zwar exakt aber sehr zeit- und kostenintensiv. Das erschwert eine regelmäßige und großräumige Untersuchung. So steht zum Beispiel für das untersuchte Gebiet dieser Arbeit der Datensatz des Bundesamts für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) lediglich mit Daten, die 25 Jahre alt sind, zur Verfügung. Sollte es daher möglich sein, mit flugzeug- oder satellitengestützten Messungen Informationen über die Tiefe von Gewässern zu erlangen, wäre das ein wertvoller Beitrag für viele wissenschaftliche Aufgabenstellungen. Diese Arbeit ist aber nicht nur entlang des dargestellten technischen Interesses und des Potenzials konzipiert worden. Sie resultiert auch aus einer Motivation, die den ökologischen Hintergrund dieses Themenkomplexes betrifft. Die Methode der Fernerkundung soll dem Verständnis eines der wichtigsten Ökosysteme der Erde dienen: denen der Weltmeere und der Seen. Für die Ökologie der Meere spielen die Küstenregionen eine herausragende Rolle. Zum einen sind sie als Schnittstelle zwischen Land und Meer überaus wichtig. Hier werden im Wesentlichen die Wasser-, Carbon-, Nitrat- und Phosphorzyklen der Meere angetrieben (Devred et al. 2013). Zum anderen ist der küstennahe Meeresboden von großer 6 Bedeutung, da dort, neben dichten Seegrasgebieten und wurzelnden Großpflanzen, viele tierische Organismen ihren Lebensraum finden (Wohnraum, Schutz, Laichplatz, Nahrung). Die Untersuchung und das Pflegen des Seegrases im Speziellen ist aus Gründen des Klimaschutzes sehr wichtig, da das Seegras eines der weltweit bedeutendsten Primärproduzenten ist (Tischler 1990). Der Faktor Wassertiefe ist ein Parameter mit großem Einfluss auf die Küstengebiete. Anschaulich wird dies allein durch die Tatsache, dass die zur Verfügung stehende Sonnenenergie abhängig von der Tiefe des Wassers ist. In diesem Kontext also über eine flächendeckende und zeitlich gut aufgelöste Informationsbasis der Wassertiefen zu verfügen, ist eine wesentliche Voraussetzung, um viele Prozesse besser verstehen zu können. Zu den schon genannten Umständen in Bezug auf die Ökologie kommt hinzu, dass zwei Drittel der Menschheit in Küstenregionen lebt (Devred et al. 2013). Ihre Nahrungsverfügbarkeit sowie die Gesundheit werden durch den ökologischen Zustand der Meere stark beeinflusst. Gleichzeitig ist die Land-Wasser-Schnittstelle sehr verwundbar. Das Schlagwort Klimawandel mit all seinen Implikationen macht dies deutlich. Mit dem globalen Anstieg des Meeresspiegels wird sich die gesamte formgebende Dynamik der Küsten verändern. Weitere Gründe, die für ein besseres Verständnis der Küstengebiete sprechen.