Zuerst sollen Sie den besonderen Nutzen von Satellitenbildern für die Schulerdkunde kennen lernen.


Quelle: http://www.ssec.wisc.edu/data/comp/latest_cmoll.gif

Als Geograph kennen Sie den Nutzen von Atlaskarten für die Schulerdkunde. Hier setzt unser Streifzug im Internet an: Wann ist ein Satellitenbild besser als die Atlaskarte?

aa) Wählen Sie http://satgeo.de /satgeo/methoden/anwendungen/s305.htm

Was bietet der Flug mit dem Satelliten Landsat 7 auf Kurs 193? Aufgabe: Entwickeln Sie damit Ihr persönliches Mindmap von Deutschland.

Der kurze Vorspann beleuchtet das Entstehen der benutzten "Quicklooks" zu originalen Satellitenbildern. Lesen Sie zuerst den "Einstieg" zu dieser Unterrichtseinheit. Klicken Sie dann auf einen Punkt im "Flugstreifen", an dem Sie die Donau vermuten. Legen Sie das nun bildschirmfüllende "Quicklook" auf Ihrer Festplatte ab (über rechten Mausklick ins Bild Kontextmenü: "Speichern unter ..."). Starten Sie PSP und öffnen Sie diese Bilddaten. Versuchen Sie das Bild so zu drehen, dass Norden oben ist (Menü "Bild" "Drehen"). Vergleichen Sie das Ergebnis mit einer geeigneten Atlaskarte. (Welche eignet sich am besten?) Beschriften Sie das eingenordete Satellitenbild mit den Namen von entdeckten Städten, Flüssen, Landschaften (Werkzeugleiste "A"). Kehren Sie nun zurück zu Ihrer letzten Internetseite
http://satgeo.de/satgeo/methoden/anwendungen/s305_26.htm
(Wechsel in der Task-Leiste: zu S305:...) Holen Sie sich das
originale Satellitenbild von Ingolstadt auf den Bildschirm. Dieses Bild ist bereits eingenordet. Das Bild wurde mit Hilfe von PSP aus Messdaten des infraroten und des sichtbaren Lichts erstellt. Jeder Bildpunkt hat in der Natur 30m x 30m Größe, man spricht von einer Auflösung von 30m. Einzelne Häuser, Bäume oder Wege sind damit nicht zu erkennen. Nur die übergeordneten Begriffe wie Wald, Moor, Ackerflächen, Siedlungsgebiete können erkundet werden. Studieren Sie die Farblegende und die Jahreszeit!

In der Atlaskarte erfolgt die Generalisierung durch den Kartographen, hier im Satellitenbild geschieht dies durch die Auflösung des Satelliten-Sensors und durch die gewählte Kombination der Lichtwellenlängen. Die beigefügten Flugfotos helfen die Farbwerte und die erkennbaren Strukturen des Satellitenbildes zu deuten. Zuletzt vergleichen Sie noch das hochaufgelöste Satellitenbild mit dem Quicklook, dessen Auflösung nur 240m beträgt. Sicherlich werden auch Sie erstaunt sein, wie viele Informationen in solch einem (kostenlosen) Quicklook enthalten sind.

Jetzt haben Sie sich Ihr persönliches topographisches Mindmap von der Umgebung von Ingolstadt entwickelt. Alles ist etwas aufwändig, dafür aber auch sehr nachhaltig.

ab) Satellitenbilder mit der Funktion einer "thematischen Karte" bringen den eigentlichen Mehrwert gegenüber der Atlaskarte. Beispiele von La Palma, eine der Kanarischen Inseln, sollen dies zeigen. Wählen Sie
http://satgeo.de/satgeo/methoden/anwendungen/lapalma/m1.htm
Die Millionen von Messdaten vom Satelliten Landsat 7 wurden aus 700 km Entfernung gewonnen und zu Bildern zusammengesetzt. Das erste Bild "Pan", für panchromatische Darstellung (= sichtbares Licht), zeigt einen Ausschnitt der Insel als übliches Schwarz-Weiß-Bild. Es lässt nur Strukturen gut erkennen. Dieses Bild entsteht so wie ein Schwarz-Weiß-Foto.

Das Bild RGB="(321)" ist etwas ganz anderes. Es entsteht aus der Kombination von drei Messreihen des sichtbaren Lichts, und zwar aus den Sensordaten des roten, grünen und blauen Lichts. Über eine Bildverarbeitungs-Software wird aus den drei Messreihen zur Intensität des reflektierten Lichts ein sog. Echtfarben-Komposit erstellt. Das Ergebnis ist meist etwas enttäuschend. Es lässt trotz des Echtfarbencharakters fast keine Aussagen über die Vegetation zu (gleiches gilt für die echten Farbfotos aus dem Space-Shuttle aus 270 km Höhe). Der Grund liegt darin, dass beim Blick von oben keine Unterscheidungsmerkmale verschiedener Pflanzen, wie z.B. die Wuchsform eines Baumes, erkennbar sind. Kombiniert man jedoch andere Lichtkomponenten (infrarotes Licht), die der Mensch nicht sehen kann, so lassen sich verschiedene Pflanzenarten auch von oben unterscheiden. Man erhält so z.B. eine thematische Karte zur Vegetationsverteilung. Das benutzte infrarote Licht wird zum Unterscheidungskriterium zwischen verschiedenen Pflanzenarten oder Gesteinsarten.

Benutzt man einen kompletten Datensatz aus Messwerten - beim Satelliten Landsat sind das 7 Spektralkanäle (Blau, Grün, Rot, nahes Infrarot, zwei mittlere Infrarotbereiche, thermisches Infrarot) - so lassen sich die Messwerte von je drei beliebigen Spektralkanälen zu einen Falschfarben-Komposit verknüpfen. Das gelingt mit PSP, ENVI-Freelook oder Satlupe. Je nach Kanalkombination lassen sich spezielle Aussagen als Karten darstellen. Betrachten Sie die Beispiele "341" und "543" auf der Website zu La Palma. Bei beiden Bildern wird die Jugendlichkeit von Pflanzenzellen in grüner Farbe dargestellt. Dazu wird das nahe infrarote Licht (Kanal 4) benutzt. Es kann den Zustand der pflanzlichen Biomasse darstellen, das sind z.B. Schädlingsbefall, Trockenheit, Blattoberflächen und spezifische Licht-Absorptionseigenschaften.

Einen wesentlich tieferen Zugang ermöglicht die sogenannte "überwachte Klassifikation" bei hochaufgelösten Bilddaten. Um dies zu realisieren müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein: 1. Es muss ein kompletter Datensatz aus Originaldaten zur Verfügung stehen. 2. Sie müssen die Software "Satlupe" auf dem Rechner haben (siehe Vorspann). 3. Sie brauchen die notwendige Ortskenntnis zum Bildausschnitt, entweder aus eigener Begehung oder aus sehr guten Beschreibungen mit Fotos.

Über Rechenalgorithmen sucht die Software "Satlupe" nach Bildpunkten mit ähnlicher spektraler Eigenschaft. Kennt man also einen kleinen Bildausschnitt genauer, so lassen sich (über Rechenverfahren) diese Bildinformationen auf einen sehr großen Landschaftsbereich übertragen. Wenige Mausklicks erzeugen eine Flächenkartierung. Wechseln Sie zu
http://satgeo.de/satgeo/methoden/anwendungen/lapalma/lapalma2.htm
und hier zu Punkt 4. Sie sehen in einer Bildkarte die Testgebiete markiert. Jedem Testgebiet wird eine Farbe zugeordnet, sie taucht in der späteren Karte und Legende wieder auf. Die durchgeführte Klassifizierung ist in der untersten Karte mit Legende dargestellt. Die Prozentwerte zeigen die quantitativen Flächenanteile jeder "Klasse". Die Anzahl der Pixel ergibt eine Flächenabschätzung: 1000 Bildpunkte (Pixel) sind etwa 1qkm.

Aufgabe: Schätzen Sie im letzten Beispiel von La Palma die Flächen des Bananenanbaus (ohne Folienkulturen) und die der ungenutzten Euphorbien-Vegetation im Bildausschnitt.

Stellen Sie sich nun bitte vor, wie groß Ihre Mitarbeiter-Mannschaft sein müsste, damit Sie ein solch großes Gebiet (14km x 14 km) an einem Tag zu gleichen Beobachtungsbedingungen kartieren lassen könnten. Überlegen Sie sich auch, wie schwierig es ist, allen beteiligten Personen die gleiche Schulung zukommen zu lassen, damit alle in der Natur das gleiche erkennen und gleich bewerten.

ac) Globale thematische Karten: Spezielle Satelliten-Messwerte wie z.B. Temperatur (SST, LST, Packeis), pflanzliche Biomasse (NDVI), Phytoplankton im Meer oder Ozon in der Stratosphäre werden im Internet als globale thematische Karten kostenfrei angeboten. Hochschulen und Forschungseinrichtungen produzieren aus den originalen Satellitenmessdaten regelmäßig diese abgeleiteten Datensätze in Form geographischer Karten, die alle paar Stunden auf den aktuellen Stand gebracht werden. Diese Karten mit flächendeckenden Messwerten ersetzen die Atlaskarte, sie sind naturnaher, aussagekräftiger und außerdem aktuell. Wählen Sie
http://www.ssec.wisc.edu/data/sst/latest_sst.gif und studieren Sie die Legende.
Dieses Beispiel zeigt die aktuelle Verteilung der Temperaturen in den oberen 6mm der Ozeane unserer Erde und die aktuelle Verteilung des Packeises. Eine kleine Anleitung mit Arbeitsaufgaben zu dieser Karte finden Sie unter

http://satgeo.de/satgeo/methoden/anwendungen/klibild5.htm

ad) Das Wetter von oben: Eine ganz andere Sicht auf die Erde ermöglichen die Wettersatelliten. Insbesondere die geostationären Satelliten wie Meteosat oder GOES zeigen durch ihren großen Abstand von der Erde (37 000 km) eine fast vollständige Erdhalbkugel auf einen Blick. Durch die TV-Wetterberichte ist dies keine Besonderheit mehr. Für den Unterricht ist es aber gerade deshalb ein wesentliches Element. Die sehr hohe Wiederholrate von 30 Minuten ermöglicht aktuelle Beobachtungen z.B. zum Wettergeschehen in der ITC in den Tropen fast wie eine Live-Webcam. Wählen Sie hierzu http://satgeo.de/satgeo/methoden/anwendungen/s124.htm

Aufgabe:

  • Welche Probleme ergeben sich bei der Kartendarstellung zu den hohen Breiten bei geostationären Satelliten?
  • Wie unterscheiden sich die Messwerte bei äquatornahen Gebieten von jenen der hohen Breiten?
  • Worin liegen die Vor- und Nachteile von (fast) polumlaufenden Wettersatelliten (NOAA, in ca. 800 km Höhe)?

ae) Höchstauflösende Satellitenbilder: Das reine Gegenstück zu den grobauflösenden Wettersatelliten sind die höchstauflösenden Spionagesatelliten. Von einem solchen russischen Satelliten gab es nach der Wende für Deutschland ein flächendeckendes Bildmosaik auf 16 CD-ROMs von Topware. Das Produkt hieß D-SAT1 und D-SAT2. Es ist heute vergriffen. Eine Nachkopie produzierte der Pearl-Verlag auf einer Doppel-DVD, vermutlich auch vergriffen. Wenn Sie sich die CD-ROMs besorgen können, so haben Sie für Ihre Schüler eine ideale Grundlage für Kartierungen im Gelände innerhalb Deutschlands. Wählen Sie http://satgeo.de/satgeo/beispiele/eule_b06.htm und überzeugen Sie sich von der Qualität solcher Produkte.

Das kommerziell genutzte Satellitensystem mit der höchsten Auflösung ist derzeit Ikonos. Bei besonderen Anlässen finden Sie unter http://www.spaceimaging.com/gallery/default.htm excellent aufbereitete Bildausschnitte dieses Satellitensystems mit einer Auflösung bis zu 1m.

Aufgabe: Was können Sie aus dem Angebot von Ikonos-Bildern als motivierenden Einstieg in ein Unterrichtsthema benutzen? Speichern Sie diese Materialien auf Ihrer Festplatte!

Zusammenfassung:
Wie Sie sehen, ist die Palette an Nutzungsmöglichkeiten von Satellitenbildern ebenso unerschöpflich wie bei einem guten Atlas.

Was aber ist nun am Satellitenbild besser als beim Atlas?

Die Realität mit künstlichen Augen sehen zu können (Sensoren des sichtbaren und des infraroten Lichts, Auswertungen von Radar-Echos), flächendeckende Messreihen im Kartenformat vergleichen zu können, der Zwang zur Generalisierung durch die meist geringe Auflösung und der meist aktuelle Bezug sind die gravierenden Besonderheiten der Satellitenbilder. Der Blick von oben verschafft zudem neue Sichtweisen durch neue Perspektiven. Damit verknüpft ist ein Zwang zum Transfer von Begriffen und Vorstellungen. Genau hinsehen zu müssen und nach Strukturen suchen zu müssen, schafft einen neuen Zugang zu Landschaften. Damit dies wirklich gelingt, müssen Aufgabenstellungen die notwendige Fragehaltung herbeiführen und etwas Zeit braucht das suchende Auge auch.

Wenn Sie nun nach einer Sammlung von für den Unterricht aufbereiteten Satellitenbildern suchen, dann müssen Sie diesem Link zu unserem Quicklook-Atlas folgen.