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Forschungsschwerpunkte & Projekte

Landsat8_nordsee_wasserstrukturen_20140309

Satellitenbild von Wasserstrukturen in der Nordsee. -Bild: Hereon-

Forschungsschwerpunkte

Fernerkundungsverfahren
Envisat

Der Satellit Envisat in der Erdumlaufbahn. -Bild: ESA-

Die Farbe des Wassers, d.h. spektrale Reflektanz, wird maßgeblich von den Wasserinhaltsstoffen bestimmt. Abbildende Spektrometer an Bord von Satelliten messen diese Ozeanfarbe (Ocean Colour) aus dem All. In der Arbeitsgruppe Optische Ozeanographie werden Verfahren entwickelt, um biogeochemische und optische Eigenschaften des Wassers aus solchen Fernerkundungsdaten abzuleiten.
Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Küstengewässern, die optisch sehr komplex und mehrdeutig sind; neben dem Wasser und Phytoplankton gibt es außerdem noch Schwebstoffe und gelöste Farbstoffe, die vor allem aus Flüssen ins Meer eingetragen werden. Darüber hinaus beeinflusst die Atmosphäre das Farbsignal des Ozeans stark. Für die Satellitendatenauswertung kommen Künstliche Neuronale Netzwerke und andere Verfahren des Maschinellen Lernens zum Einsatz. Globale Satellitendaten werden nutzbar gemacht und zu Zeitreihen zusammengefügt. Anhand von Langzeitbeobachtungsdaten können räumliche und zeitliche Muster und Veränderungen von verschiedenen Algenblüten und biogeochemischen Parametern erkannt werden.

Bestimmung optischer Eigenschaften von Küstengewässern
Entwicklung von optischen Messverfahren

Projekte

PhytoDive

Mit Hilfe von Satelliten-Erdbeobachtungsdaten der Ocean Colour wird die Diversität von Phytoplankton und deren Produktivität untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf globalen Seegebieten und dem Übergang von offenem Ozean, den Schelfbereichen bis hin zu den Küsten, sowie den Randmeeren. Wichtige Phytoplankton-Gruppen, von denen einige Arten in Harmful Algae Blooms auftreten können, sollen lokal identifiziert und raumzeitlich beobachtet werden. Mit Hilfe von operationellen und klimatologischen Ocean Colour Daten sollen Anomalien und Veränderungen von Blüten und Spezies-Zusammensetzung untersucht werden. Abhängig von den Phytoplankton-Gruppen und regionalen Gegebenheiten sollen wichtige Kenngrößen für Klimastudien wie der Primärproduktion des Phytoplanktons und dem assoziierten Kohlenstoffkreislauf abgeschätzt werden.

Ocean Colour_CCI

Die ESA-Initiative zur Untersuchung des Klimawandels (Climate Change Initiative CCI) hat es sich zum Ziel gemacht, aus diversen Erdbeobachtungsdaten konsistente Langzeitserien von grundlegenden Klima-Parametern (Essential Climate Variables ECVs) zu erstellen. Das OC-CCI Projekt bezieht sich auf Ocean Colour, wobei globale Zeitreihen von der spektralen Reflektanz, der Chlorophyll-Konzentration und optischen Eigenschaften der Gewässer auf Grundlage von europäischen und amerikanischen Satellitendaten erstellt werden. Die Arbeitsgruppe am Hereon ist bereits seit 2010 in dem Projekt involviert.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage von OC_CCI.



Abgeschlossene Projekte

EnMAP

Die deutsche Satellitenmission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) beobachtet die Erdoberfläche hyperspektral im sichtbaren und infraroten Spektralbereich. Aus der Analyse der aufgezeichneten Daten lassen u.a. Aussagen über den Zustand von Seen, Küsten und Meeresgebieten treffen sowie deren Veränderungen erkennen. Zur wissenschaftliche Vorbereitung der EnMAP-Mission wurden unter anderem neue Methoden für die Auswertung von Hyperspektraldaten entwickelt. Die Abteilung Optische Ozeanographie war maßgeblich für die Vorbereitung und Entwicklung der Mess-, Aufzeichnungs- und Auswertungsverfahren für Küsten- und Binnengewässer verantwortlich.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage von EnMAP.

MyOcean II

„MyOcean II“ war ein durch die Europäische Union gefördertes Projekt, welches bis September 2014 lief. Hauptziel war der Betrieb eines Beobachtungs- und Vorhersagesystems für Meeresgewässer. Die Nutzer kamen und kommen aus den Bereichen Sicherheit im Seeverkehr, Meeresressourcen, Meeres-und Küstenumweltschutz sowie Klima- und Wettervorhersage.

Im Rahmen von MyOcean II wurden Daten durch zwei optische Messinstrumente (MODIS und VIIRS) an Bord eines Satelliten aufgezeichnet. Die Abteilung Optische Ozeanographie ist verantwortlich für die Entwicklung eines regionalen, für die Ostsee angepassten mathematischen Verfahrens zur Auswertung dieser aufgezeichneten Satellitendaten.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage von Copernicus.

coastcolour

Der Erdbeobachtungssatellit ENVISAT hat umfangreiche Daten über die Küstenzonen gewonnen. Dabei kam unter anderem das Messinstrument MERIS zum Einsatz. Im Jahr 2012 musste ENVISAT von der Europäischen Weltraumagentur ESA leider aufgegeben werden, nachdem der Satellit nicht mehr auf Befehle reagierte.

Die ESA hat das Projekt "coastcolour" gestartet, um die gewonnenen Daten weiter zu analysieren und auszuwerten. Damit soll deren Potenzial voll ausgeschöpft werden. Alle Daten von MERIS sollen auf der coastcolour-Webseite online zur Verfügung gestellt werden.
Im Projekt werden zudem verschiedene, global anwendbare mathematische Auswertungsverfahren von Daten für Küstengewässer entwickelt, überprüft und verglichen.

Die Abteilung Optische Ozeanographie leitet die wissenschaftliche Arbeiten zur Entwicklung und regionale Anpassung dieser Auswertungsverfahren.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage von coastcolour.

WIMO

Aufgrund des globalen Klimawandels sind verschiedene Auswirkungen zu beobachten: Temperaturanstieg, eine Veränderung der Meeresfauna, gefährliche Planktonblüten, ein Rückgang der Fischbestände oder Veränderungen der Küstenbeschaffenheit in der Nordsee. Auch die zunehmende Nutzung durch Schiffsverkehr und Offshore-Industrie haben weitreichende Folgen für das Ökosystem nach sich gezogen.

Um die Nutzung der Deutschen Bucht nachhaltig zu gestalten, wurde der Projektverbund WIMO (Wissenschaftliche Monitoringkonzepte für die Deutsche Bucht) ins Leben gerufen. Seine Aufgabe ist die Bestandsaufnahme des jetzigen Zustands der Deutschen Bucht.
Dazu identifiziert WIMO zunächst die maßgeblichen Messgrößen sowie deren Wechselwirkungen, um den Umweltzustand überhaupt beschreiben zu können. Es folgt die regelmäßige und genaue Beobachtung des Zustands der Deutschen Bucht.
Über diesen Zustand und die Qualitätsentwicklung der deutschen Meeresgebiete wird berichtet. Außerdem werden Entscheidungsträger wissenschaftlich fundiert beraten.
Zur Information der Öffentlichkeit werden Konzepte zur allgemeinverständlichen Informationsdarstellung entwickelt.

Das Helmholtz-Zentrum Hereon war mit mehreren Abteilungen an WIMO beteiligt.
Die Abteilung Optische Ozeanographie entwickelt für WIMO ein sog. WebGIS. Dieses wird ermöglichen, Daten von verschiedenen Messinstrumenten in unterschiedlichen Datenformaten, welche zudem verteilt auf diversen Internetservern liegen, zusammengefasst und verknüpft in einem Computerprogramm zu betrachten.

COSYNA

COSYNA (Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas) wird von der Abteilung 'Neue Technologien' des Instituts für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Hereon geleitet.

Die Abteilung Optische Ozeanographie bringt Daten aus Satellitenmessungen in COSYNA ein. Dazu müssen Auswertungs- und Darstellungsverfahren für diese Daten an die Erfordernisse von COSYNA angepasst werden. Außerdem werden die aus den Satellitendaten gewonnenen Ergebnisse überprüft, in dem sie mit Vor-Ort-Messungen verglichen werden.

Weitere Informationen finden Sie auf der Projektseite von COSYNA.

MaNIDA

MaNIDA (Marine Network for Integrated Data Access - Marine Netzwerk für integrierten Datenzugriff) ist eine Initiative des Helmholtz-Zentrums Hereon zur Entwicklung und Einrichtung eines gemeinsamen Datenportals für die gesamte deutsche Meeresforschung.

Beteiligt sind mehrere von Helmholtz-Zentren, Universitäten und anderen Institute. Die Federführung im Hereon liegt bei der Abteilung "Produktivität der Küsten".

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage von MaNIDA.


OC-BPC

Die EUMETSAT Studie „Ocean Colour Bright Pixel Correction” war von 2018 bis 2019 ein gemeinsames Projekt der Arbeitsgruppe am Hereon mit den französischen Partnern SOLVO und HYGEOS. Ziel war die Verbesserung der operationellen Atmosphärenkorrektur von Sentinel-3 OLCI Daten speziell für stark streuende – sehr helle – Küstengewässer.

C2X

Das Forschungsprojekt „Extreme Case-2 Waters“ C2X wurde von der ESA gefördert. Ziel war die Untersuchung und Verbesserung von Algorithmen für die Atmosphärenkorrektur und zur Ableitung von Wasserinhaltsstoffen in stark absorbierenden oder streuenden Gewässern. Diese sogenannten „Case-2“ Gewässer sind vor allem Küsten- oder Binnengewässer und gekennzeichnet durch besonders hohe Konzentrationen von Schwebstoffen oder Gelbstoff.