Copernicus leuchtet Grün

Hintergrund und Zielsetzung

Das Projekt „Copernicus leuchtet Grün (CopGrün)“ zielt als Verbundvorhaben mehrerer Landesumweltämter gemeinsam mit Partnern aus der Forschung und Entwicklung darauf ab, fernerkundungsbasierte Dienste für das behördliche Monitoring von Grünland in Deutschland zu entwickeln und bereitzustellen.

Dauergrünland beherbergt mehr als die Hälfte aller in Deutschland vorkommenden Tier- und Pflanzenarten. Überdies erbringt Dauergrünland eine Vielzahl an Ökosystemleistungen wie z. B. die Verbesserung der Wasserspeicherkapazität und des Bodenerosionsschutzes, es fungiert als Nähr- und Schadstoffpuffer zum Schutz von Gewässern sowie als Kohlenstoffspeicher durch die Humusanreicherung im Oberboden. Zunehmender Flächenverlust durch Siedlungsbau, Umbruch in Ackerland sowie anhaltende Intensivierung der Landwirtschaft üben jedoch einen hohen Nutzungsdruck auf den Erhalt und die Leistungen von Grünland aus. Um die Ressource Grünland langfristig zu schützen wurden zahlreiche umwelt- und naturschutz-, sowie agrar- und klimapolitische Maßnahmen auf kommunaler und nationaler Ebene implementiert. Ein wesentlicher Teil der Umsetzung und Dokumentation dieser Maßnahmen liegt dabei in den Händen der Landesumweltämter.

Ein regelmäßiges und langfristiges Monitoring dieser Maßnahmen und die Bewertung Ihrer Wirkungen auf den Zustand des Grünlands ist flächendeckend nur mit Unterstützung von Fernerkundungsdaten möglich. Die erfolgreiche Nutzung auf behördlicher Ebene erfordert aber die Entwicklung und Bereitstellung maßgeschneiderter Dienste und niederschwelligen Schnittstellen, um eine breite Nutzerschaft auf Ebene der Landesumweltämter zu erreichen.

In diesem Kontext haben die Verbundpartner des Projekts CopGrün den Auftrag, Dienste auf Basis von Satellitendaten zu entwickeln, die die gesamte Grünland-Kulisse entlang eines Feuchtegradienten von Mooren, Braunseggensümpfen und feuchten Heiden, über gemähtes oder beweidetes Feuchtgrünland und Grünland mittlerer Standorte, bis hin zu Trocken- und Magerrasen sowie trockenen Heiden bedienen können. Neben der Identifikation und Erhaltungszustandsbewertung von geschütztem Grünland zur Unterstützung der Berichtspflichten der Landesumweltämter umfasst dieser Auftrag ebenso die Charakterisierung von naturschutzfachlich geringwertigem Grünland unter landwirtschaftlicher Nutzung.

Insgesamt werden in Teilprojekten (TP) vier übergreifende natur- und klimaschutzfachliche Themen adressiert, die durch Fernerkundungs-Dienste abgedeckt werden sollen:

• TP1: Offenland-FFH-Lebensraumtypen (LRT) an Sonderstandorten - Verbreitung und Veränderung feucht-nasser und trockener LRT
• TP2: Wiese, Weide oder Mischtyp? - Bestandsaufnahme und Charakterisierung von Wirtschaftsgrünland
• TP3: Gemähtes Grünland in Deutschland und Erhaltungszustandsbewertung von gemähtem Grünland der LRT 6510/6520 (Mähwiesen) in FFH-Gebieten
• TP4: Vegetation, Nutzung und Feuchte organischer Böden – Verbesserung der Grundlagen für eine Bewertung von Klimaschutzmaßnahmen

Vorgehensweise

Im Rahmen des Teilprojekts „Vegetation, Nutzung und Feuchte organischer Böden – Verbesserung der Grundlagen für eine Bewertung von Klimaschutzmaßnahmen“ (TP4) werden am Thünen-Institut die folgenden Ziele verfolgt:

1. Etablierung von flächendeckenden, satellitenbasierten Indikatoren als Grundlage für die Bewertung von Agarumwelt- und Klimaschutzmaßnahmen auf Moor- und weiteren organischen Böden im Kontext behördlicher Monitoringaufgaben.
2. Test und Entwicklung von Satelliten-basierten Methoden (Diensten) zur Charakterisierung des hydrologischen Zustands von Moorböden über ein Kontinuum von intensiv landwirtschaftlich genutztem Grünland auf Moor- und weiteren organischen Böden bis hin zu naturnahen Biotop- und Lebensraumtypen der Moore.

Hierzu werden Indikatoren entwickelt, die den hydrologischen Zustand von organischen Böden unter Grünlandnutzung (Moorwasserstand und dessen Dynamik) charakterisieren können. Diese lassen sich in drei Gruppen einteilen:

• Nutzungsintensität (z. B. wie häufig wird eine Fläche gemäht?)
• Feuchte / Vernässung (in welchem Umfang steht oberflächlich oder oberflächennah Wasser auf der Fläche?)
• Vegetationsstruktur (Wie ist die Vegetationszusammensetzung ungenutzter oder extensiv genutzter Standorte?)

Daten und Methoden

Die Daten der Sentinel-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus (Sentinel-1 / -2) bilden mit ihrer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung die Datengrundlage für dieses Projekt. Die hohe Wiederholrate der einzelnen Sentinel-Satelliten und deren Kombination zu einer dichten Zeitreihe ermöglichen die flächendeckende Beobachtung der Dauergrünlandflächen im Abstand von wenigen Tagen. Zeitliche und räumliche Muster der Vegetationsstruktur, Nutzungsintensität sowie des hydrologischen Zustands werden mit Hilfe von Methoden der multivariaten Statistik und des maschinellen Lernens abgebildet und analysiert.

Unsere Forschungsfragen

Lassen sich anhand der Sentinel-Satellitenzeitreihen die Vegetationsstruktur und ihre Variabilität als Proxy für die Wasserstandsdynamik abbilden/ableiten?

Wie können optische und Radarsatellitendaten (Sentinel-1 / -2) am besten kombiniert werden, um die Nutzungsintensität im Grünland zu erfassen?

Wie können die radarbasierten Verfahren verbessert werden, um den Wasserstand/ die Bodenfeuchte flächendeckend genauer zu erfassen?