Radar- und optische Fernerkundung zur Analyse von "Geohazards"

Das Ziel unserer Forschungsarbeiten ist die Nutzbarmachung von optischen und Radardaten für die fernerkundliche Analyse von Geohazards und ihren Folgen für den Lebensraum des Menschen. Dabei konzentrieren wir uns auf Erdbeben, Massenbewegungen, Gletscherdynamik, Permafrost und anthropogen bedingte Oberflächendeformationen. Methodischer Schwerpunkt ist die Entwicklung von automatischen Verfahren für das Monitoring und die Veränderungsdetektion zur Analyse der genannten Prozesse, die  sowohl eine Integration von Multi-Sensor Daten (Optik und Radar) als auch die Analyse großer Datenmengen ermöglichen. Gegenwärtig konzentrieren sich unsere  Aktivitäten auf Arbeitsgebiete in Deutschland, im Mittleren Osten, in Zentralasien und in der Arktis.

Im Bereich Radarfernerkundung liegt der Forschungsschwerpunkt auf  der Gewinnung von hochauflösenden und hochgenauen Deformationsmessungen der Erdoberfläche, die mit verschiedenen durch Geohazards verursachten Prozessen in Zusammenhang stehen. Dafür kommen Verfahren der differentiellen Radarinterferometrie (D-InSAR) zum Einsatz. Die dabei gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage für die weiterführende Interpretation und Analyse der beteiligten Geoprozesse. In der optischen Fernerkundung beschäftigen wir uns hauptsächlich mit der Entwicklung von automatischen Verfahren zur Veränderungsdetektion auf der Basis von Multi-Sensor Zeitreihendaten und der darauf aufbauenden Ableitung von Prozessinformationen.  Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die synergetische Nutzung von optischen und Radardaten.

Im Rahmen der fernerkundlichen Analyse von Geohazards konzentrieren wir uns auf folgende Prozesse:

Erdbeben

Eines der Hauptziele unserer Forschung ist die Ableitung von Deformationsfeldern, die mit verschiedenen Prozessen des Erdbebenzyklus in Zusammenhang stehen. Zu diesem Zweck kombinieren wir SAR-Daten, die in unterschiedlichen Orbits, Frequenzen und Modi aufgezeichnet wurden. Zur weiterführenden Analyse dieser Ergebnisse kommen geophysikalische Modelle und Inversionstechniken zum Einsatz, um die Quellparameter der tief im Erdinneren die Deformationen verursachenden Prozesse besser zu verstehen.

Hangrutschungen

Gravitative Massenbewegungen treten oft in Kombination mit anderen Naturgefahren (z. B. Erdbeben, Überflutungen) auf und führen weltweit zu zahlreichen Todesopfern und Sachschäden. Eine objektive und dynamische Gefährdungseinschätzung erfordert eine fundierte raumzeitliche Kenntnis des Auftretens von Hangrutschungen. Wir nutzen Zeitreihen von optischen Satellitendaten als Grundlage für die automatische Detektion von Massenbewegungen, die zum einen auf die Rekonstruktion bereits stattgefundener Ereignisse und zum anderen auf das Monitoring von gegenwärtig ablaufenden Prozessen ausgerichtet ist. Ausserdem werden hochauflösende Radardaten in Kombination mit optischen Daten ausgewertet, um Hangdeformationen zu detektieren, die mit der Aktivierung von Massenbewegungen in Zusammenhang stehen.  

Gletscherdynamik

Langfristige Änderungen der Temperatur und des Niederschlags haben direkte Auswirkungen auf die Massenbilanz eines Gletschers. Daher können Veränderungen in der Kinematik von Gletschern als ein Indikator für Klimaveränderungen angesehen werden.  Fernerkundliche Messungen liefern einmalige Möglichkeiten für Erfassung und Monitoring der Kinematik von Gletschern in einem Detailliertheitsgrad, der bisher so mit direkten geländebasierten Messungen nicht erreicht werden kann. Die von uns durchgeführten fernerkundlichen Untersuchungen leisten auch einen Beitrag zu einem besseren Verständnis von Geltscherseeausbrüchen (GLOF), die ein hohes Gefährdungspotential darstellen.  

Link zur Projektseite: NatRiskChange

Permafrost

Fernerkundliche Messungen ermöglichen mit ihrer großräumigen Abdeckungen und hohen räumlichen Auflösung ein genaues Monitoring von jahreszeitlich bedingten und langfristigen Änderungen, die durch in der aktiven Schicht des Permafrostes auftretende Auftau- und Gefrierprozesse hervorgerufen werden. Diese Informationen können in Kombination mit in-situ Beobachtungen genutzt werden, um die im aktiven Bereich des Permafrosts ablaufenden Prozesse und ihre Einflussfaktoren besser zu verstehen.

Anthropogene Oberflächendeformationen

Oberflächendeformationen, die in Siedlungsräumen und landwirtschaftlich genutzten Gebieten auftreten, erfordern eine besondere Aufmerksamkeit, da sie direkte Auswirkungen auf die Infrastruktur und die Sicherheit der Menschen haben. Fernerkundliche Messungen unterstützen die Charakterisierung von oberflächenbezogenen Gefährdungen, die mit anthropogenen Aktivitäten, wie z. B. Bergbau, Grundwasserentnahme und unterirdischer Verbringung von Flüssigkeiten und Gasen einhergehen. Damit kann Fernerkundung die Beobachtung und Reduzierung solcher unerwünschten Folgen unterstützen. 

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