Lehrerinfos zum Kit 6: Europa - ein hochentwickelter Kontinent
Bodennutzungskarten aus Satellitendaten ableiten;
Landnutzungsklassifikation

Das Themenset Nr. 6 ist einer näheren Untersuchung Europas gewidmet. Dabei geht es insbesondere um die Auseinandersetzung mit den großen städtischen Ballungszentren, die vom Reichtum und der Dynamik dieses Kontinents zeugen. Gegenstand des Themensets ist in erster Linie Westeuropa, speziell  auch das Ballungszentrum London bzw. Rotterdam

Es bietet folgende Möglichkeiten:

• Erkennen der großen Siedlungsagglomerationen und Wirtschaftszentren Europas;
• Untersuchung von städtischen Siedlungsräumen;
• Unterrichtsideen: Europäische Typenlandschaften, Industrieräume, Verstädterung und Versorgungsprobleme (z.B. mit Gas und Öl), räumliche Verteilung der Wirtschaftssektoren.

Die großen Wirtschaftszonen Europas

In Europa leben ca. 12 % der Weltbevölkerung auf ca. 7 % der Landflächen. Nach Ost- und Südasien steht Europa somit hinsichtlich der Bevölkerungsdichte weltweit an dritter Stelle. Der kleinste Kontinent (bei dem es sich um einen Teil Eurasiens handelt) kann auf eine lange Tradition in Städtebau und Handel zurückblicken.

Mit einer durchschnittlichen Bevölkerungsdichte von 100 Einwohnern pro km2 (ohne den europäischen Teil Russlands – wird dieser mit eingerechnet, sind es 80 Einwohner pro km2) – doppelt so hoch wie der weltweite Durchschnitt – gehört Europa zu den dichtestbesiedelten Regionen der Welt. Die Bevölkerung ist jedoch recht ungleichmäßig verteilt, was sowohl auf geografische Faktoren (die Bergregionen und das Inland Skandinaviens sind weniger dicht besiedelt als die Ebenen, Flusstäler und Küstengebiete) als auch auf historische Faktoren (die großen Täler waren von jeher wichtige Handels- und Verbindungswege zwischen den Städten) zurückzuführen ist.

Das Zentrum Europas liegt in der Ansammlung und Vernetzung der Großstädte zwischen Birmingham und Genua sowie zwischen Paris und München. Hier konzentriert sich die geballte wirtschaftliche, finanzielle und demografische Kraft Westeuropas und der Europäischen Union. Städte, Handel, Demokratie und heutzutage auch der Wirtschaftsliberalismus sind die wichtigsten Stützpfeiler einer starken europäischen Identität. Europa erwirtschaftet ein Drittel des weltweiten Wohlstandes (inklusive Russland), bildet zusammen mit den USA und Ostasien eines der drei großen Zentren der Weltwirtschaft und ist ein reicher, hoch entwickelter Kontinent. Unter den 20 Ländern mit dem weltweit höchsten HDI (Human Development Index – Index der zivilisatorischen Entwicklung) befinden sich 15 europäische Staaten; unter den 20 besten Gesundheitssystemen (laut WHO) sind 17 europäisch.

Diese Leistungen sind das Ergebnis einer langen sozialen Entwicklung, die für den Rest der Welt trotz der nach wie vor bestehenden Ungleichheiten zwischen west- und osteuropäischen Ländern unbestreitbar als Entwicklungsmodell Vorbildcharakter hat. Der europäische Aufbau und dessen Erfolge (Erweiterung, Einheitswährung, Binnenhandel) stärken die Bedeutung eines Kontinents, der trotz gewisser interner Schwierigkeiten von wirtschaftlichem Wohlstand, sozialem Fortschritt und Völkerfrieden geprägt ist.

Deckblatt

Aufnahme Deckblatt: Der europäische Kontinent (Envisat / MERIS)

Auf diesem während des Frühlings aufgenommenen Satellitenbildmosaik sind die nördlichen Gebiete und Bergregionen noch mit Schnee bedeckt.

Eine Bildkarte von Europa aus Daten des ERS-Radar-Satelliten.

Mittelteil

Bild Nr. 1: Karte der Wirtschaftszonen Europas

Diese Karte Europas stimmt im Maßstab mit den beiden daneben dargestellten Satellitenbildern überein, die Europa bei Nacht sowie den Grad der Stickstoffdioxidverschmutzung der Atmosphäre zeigen. Auf diese Weise können die Informationen der verschiedenen Bilder in einen direkten Zusammenhang gebracht werden.

Bilder Nr. 2, 3: London (Spot-5 – 2003)

Groß-London hat 7,4 Millionen Einwohner und gehört zu den dichtest besiedelten Gebieten Europas. Einer von acht Briten lebt in dieser Region.

Die abgebildeten Aufnahmen zeigen nur das Zentrum des Ballungsgebietes.

Bild Nr. 4: Europa bei Nacht (NASA / DLR)

Dieses Bild der nächtlichen Beleuchtung ist ein Hinweis auf den Stromverbrauch in den urbanen Gebieten. Das Bild wurde aus Sensordaten im sichtbaren Licht erstellt, die in wolkenlosen Nächten ohne helles Mondlicht entstanden sind. Es zeigen sich in erster Linie Verkehrsflächen mit künstlicher Beleuchtung. Es wurde von der NASA mit DMSP- und MODIS-Satellitendaten erstellt und vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bearbeitet. Die Aufnahme sollte mit der Karte der großen europäischen Wirtschaftszonen und dem Bild der NO2-Verschmutzung in Europa verglichen werden.

Die Stromerzeugung der Europäischen Union lag im Jahre 2004 bei 2 950 TWh. Die weltweite Stromerzeugung betrug 17 450 TWh (Anmerkung: 1 Terawattstunde (TWh) = Tausend Milliarden Watt/Stunde oder 1 Milliarde KWh).

Der Stromverbrauch pro Einwohner und Jahr lag 2004 bei 6 565 KWh in Europa und bei 546 KWh in Afrika. Schätzungen der UNO zufolge hatten im Jahr 2004 knapp zwei Milliarden Menschen keinen Zugang zu Strom (Quelle: IEA).

Bild Nr. 6: Die europäischen NO2-Emissionen (Envisat / SCIAMACHY)

Diese Aufnahme des Instituts für Umweltphysik (IUP) in Heidelberg wurde anhand von Messungen des Instruments SCIAMACHY erstellt, die sich über einen Zeitraum von 18 Monaten erstreckten. Dieses Instrument zeichnet das Spektrum des durch die Atmosphäre fallenden Sonnenlichts auf. Die in der Atmosphäre vorhandenen Gase wirken sich in unterschiedlicher Weise auf das Lichtspektrum aus, was ihren Nachweis und ihre Quantifizierung ermöglicht.

Diese Karte zeigt, wie die menschlichen Aktivitäten die Luftqualität verändern. Stickstoffdioxid (NO2) ist ein hauptsächlich vom Menschen erzeugtes Gas, das in hohen Konzentrationen zu schweren Gesundheitsschäden führt. Der Anteil von NO2 über Großstädten mit hoher Luftverschmutzung wie London kann bis zu 100 Teilchen pro Milliarde Luftpartikel (ppm) betragen. Die zur Verfügung stehenden Messungen der Luftverschmutzung am Boden sind relativ begrenzt. Eine effiziente, flächendeckende und globale Überwachung ist nur mit Sensoren im Weltraum möglich (zusätzliche Informationen zu dieser Karte sind im Themenset Nr. 3 „Die Weltbevölkerung“ enthalten).

Bild Nr. 7: Der Rotterdamer Hafen (Spot-5 – 1999)

Spot-5 hat keinen Sensor für das blaue Licht. Deshalb kann aus Spot-5-Daten kein Echtfarbenbild RGB=(Rot, Grün, Blau) erstellt werden. Man muss sich mit dem Falschfarbenbild RGB=(NIR, Rot, Grün) behelfen. Hierbei zeigt „RGB“ die Ausgabeform am Bildschirm an und (NIR, Rot, Grün) die Datenquellen für das Farbkomposit. Das Nahe Infrarot (NIR) ist zwar vom menschlichen Auge nicht wahrzunehmen, es liefert aber die wichtigste Information über die Vitalität von Pflanzen, mehr als uns das Blattgrün zeigt. Das Farbkomposit RGB=(Rot, NIR, Grün) hat sich leider bisher nicht durchgesetzt, obwohl es als Grünversion den gleichen Informationsgehalt wie die Rotversion hat und intuitiv leichter zu interpretieren ist. Es sind ja nur die Anzeige-Kanäle Rot und Grün vertauscht.

Die Rotversion hat in der Wissenschaft aber auch historische Gründe. Die ersten Versuche noch vor dem Satellitenzeitalter, Vegetation und Vegetationsschäden über das Nahe Infrarot vom Flugzeug aus zu dokumentieren, nutzten eine wesentliche physikalische Eigenschaft des NIR: NIR geht ungehindert durch die Glasoptik der Kameras (wie auch durch das Glasprisma bei der Lichtzerlegung im Versuch von William Herschel von 1800, der das NIR entdeckte). Das übrige Infrarot braucht eine Kunststoffoptik, weil es Glas nicht durchdringt. Für die Flugüberwachung von Vegetationsflächen musste nur ein für das NIR empfindliche Filmmaterial in die Kamera eingelegt werden. Diese Filme haben eine 3-Schichten-Emulsion, die auf Grün, Rot und NIR reagiert. Nach dem Entwickeln entsteht die Rotversion von Vegetation, so wie sie Spot-5 in den gezeigten Satellitenbildern von Rotterdam oder von Sevilla ermöglicht.

Seite 5 - Europa verfügt über weitläufige Landwirtschaftsflächen

Bilder Nr. 10, 11: Landwirtschaftsgebiet nördlich von Sevilla (Spot-5 – 2003)

Diese beiden Aufnahmen eines Landwirtschaftsgebietes nördlich von Sevilla zeigen zwei mögliche Bildbearbeitungsmethoden. Das erste Bild gibt die Vegetation entsprechend der menschlichen Wahrnehmung wieder, auch wenn die Gewässer grau statt blau erscheinen, als ob eine Wolkendecke die Reflexion der blauen Atmosphäre im Wasser verhindern würde. Das zweite Bild ist die sog. Rotversion RGB=(NIR, Rot, Grün) zum gleichen Bildausschnitt. Hier erscheint zwar der Fluss blau, auch wenn er durch das reflektierte grüne Licht dargestellt wird.

Seite 6 – Die Funktionen von Erderkundungssatelliten

Bilder Nr. 13, 14: Bebauung der Stadt Erfurt (ESA)

Satelliten stellen präzise Daten für die Bodennutzungsklassifizierung bereit. Bei dem hier angeführten Beispiel handelt es sich um eine von der ESA im Auftrag der Stadt Erfurt durchgeführte Studie.

Man unterscheidet methodisch zwischen unüberwachter und überwachter Klassifikation. In beiden Fällen ist eine thematische Karte das Ergebnis.

Bei der unüberwachten Klassifikation werden Lichtmesswert-Kombinationen einzelner Bildpunkte nach sog. Clustern (Gruppen) sortiert. Ähnliche Bildpunkte liegen häufig in Nachbarschaft, so dass sich nachträglich die einzelnen Cluster als Gebiete inhaltlich beschreiben lassen.  Weit gestreute Wohngebiete reflektieren das Sonnenlicht auf andere Weise als eine dichte städtische Bebauung. Weideflächen, Mähwiesen, Moorflächen, Ackerflächen, Waldgebiete haben jeweils ihren typischen multispektralen „Fussabdruck“, dies nutzt die Klassifikation über Satellitendaten. Die Satellitensensoren können ihre Messwerte aber nicht in einen inhaltlichen Zusammenhang bringen, das muss der Bearbeiter nachträglich aus seiner Erfahrung erledigen.

Bei der überwachten Klassifikation beginnt der Bearbeiter mit der Erkundung von größeren Trainingsgebieten, die seinem Forschungsauftrag entsprechen. Die „Inhalte“ der Trainingsgebiete ergeben später die Bezeichnungen für die Legende der Ergebniskarte. Im zweiten Arbeitsschritt bestimmt der Bearbeiter die Lage der Bildpunkte in den Trainingsgebieten und lässt schließlich Software nach „ähnlichen“ Bildpunkten suchen. Ähnlich bedeutet hierbei, dass die Punkte in möglichst vielen Messwerten übereinstimmen. Den Grad der Übereinstimmung legt der Bearbeiter fest.

Da die Erdbeobachtung durch Satelliten regelmäßig erfolgt, können zudem zeitliche Veränderungen in der Bodennutzung untersucht werden.

Unterrichtsideen

Level 1, Jgst. 5 und 6:

- zum Kit
- zum Thema Europa
- zum Thema Luftverschmutzung
- zum Thema Landnutzungsklassifikation

Level 2, Jgst. 7 mit 9:

- zum Kit
- zum Thema Europa
- zum Thema Luftverschmutzung
- zum Thema Landnutzungsklassifikation

Level 3, Jgst. 10 mit 12:

- zum Kit
- zum Thema Europa
- zum Thema Luftverschmutzung
- zum Thema Landnutzungsklassifikation