Titel des Projekts: Nutzung von Satellitendaten zur Überwachung des Zustands der Vegetation in unserem Gebiet

Mannschaft: HRSFC

Hills Road Sixth Form College   Cambridge   Vereinigtes Königreich   3 Alter des Schülers: 16-17 Jahre alt

Wie können wir vom Weltraum aus beobachtbare Farben nutzen, um wetterbedingte Veränderungen der Vegetation in unserem Gebiet in Cambridgeshire zu überwachen?

In den letzten Jahren kam es in unserer Region vermehrt zu Hitzewellen und ungewöhnlich heißem Sommerwetter, das in der rekordverdächtigen Hitzewelle im Juli letzten Jahres gipfelte [1]. Wir stellten fest, dass dies zu einer Schädigung der örtlichen Pflanzenwelt führte, indem das Gras vergilbte und die Bäume verwelkten und abstarben [2]. Wir befürchteten, dass dies zu einer Schädigung unserer lokalen Ökosysteme führen könnte, wenn sich dieser Trend fortsetzt. Wir wollten wissen, was man mit Hilfe von Satellitenbildern besser verstehen kann. Wir begannen dieses Projekt mit dem Ziel, die aus dem Weltraum beobachteten Muster und Veränderungen der Vegetation zu untersuchen und herauszufinden, welche Faktoren dafür verantwortlich sind.

Wir haben Daten von den Sentinel-2-Satelliten der ESA [3] verwendet. Dabei handelt es sich um ein Satellitenpaar, das mit einem Multispektralinstrument (MSI) ausgestattet ist, das die von der Erde reflektierte Strahlung in 13 Bändern misst. Verschiedene Wellenlängen weisen auf unterschiedliche Oberflächen wie Wasser, Wolken, Pflanzen oder städtische Gebiete hin. Mit dem Sentinel Hub EO Browser [4] haben wir Bilder aus den Jahren 2016 bis 2022 als Falschfarbenkomposit und als Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) analysiert.

Wir haben das in den EO-Browser integrierte Falschfarbenkomposit verwendet, das rote, grüne und infrarote Strahlung nutzt, um Pflanzendichte und -gesundheit hervorzuheben. Es zeigt städtische Gebiete in Grau, dichtes Pflanzenwachstum in Rot und spärliches Pflanzenwachstum in Grün [5]. Auf diese Weise konnten wir feststellen, wo die Pflanzen gesund wachsen und wo sie Probleme haben. Wir verwendeten auch den NDVI-Filter, der anhand des Chlorophylls in den Blättern zwischen verschiedenen Vegetationsarten unterscheidet. Niedrigere Werte stehen für Erde, Sträucher und Grasland, während höhere Werte für bewaldete Gebiete stehen [6]. In der Landwirtschaft sind Pflanzen mit einem niedrigeren NVDI-Wert im Allgemeinen weniger gesund.

Wir erstellten eine Reihe von Bildern mit Falschfarben und NDVI, um herauszufinden, welches Farbschema die Veränderungen der Vegetation in unserem Gebiet im Laufe der Zeit am besten wiedergeben würde. Wir verglichen Bildserien zu ähnlichen Zeitpunkten im Sommer eines jeden Jahres. Die Daten lagen so nah wie möglich beieinander, wobei wir die Wolkenbedeckung berücksichtigten. Wir entschieden uns für die Falschfarbenbilder, die einen deutlicheren Kontrast zwischen gesunder und ungesunder Vegetation zeigten.

Die Bilder haben einen Umfang von ca. 20 km, was ausreicht, um Cambridge, die umliegenden Dörfer und das Ackerland abzudecken. Die Bilder wurden jedes Jahr zwischen dem 17. und 24. August aufgenommen. Es standen nur Daten aus sechs Jahren zur Verfügung, so dass wir aus diesen Bildern allein keine vollständigen Schlussfolgerungen ziehen können. Wir konnten jedoch Jahre identifizieren, in denen die Vegetation sichtbar weniger gesund war, was mit einem allgemeinen Trend zu heißeren Sommern und besonderen Hitzewellen übereinstimmte. So erlebte das Vereinigte Königreich im Sommer 2022 drei kurze Hitzewellen mit einer Spitzentemperatur von 40,3 Grad Celsius - der höchsten jemals gemessenen Temperatur im Vereinigten Königreich [7]. Die Vegetation wirkt auf den Satellitenbildern sichtlich ungesund, was auf ein spärliches Pflanzenwachstum hindeutet. Dies ist besorgniserregend, da es in dem Gebiet viele Nutzpflanzen gibt, die durch extreme Wetterereignisse geschädigt werden, wie die Regierung im November 2022 erörterte [8].

Wir können daraus schließen, dass der durch den Klimawandel verursachte Temperaturanstieg erhebliche negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Vegetation, insbesondere der Nutzpflanzen, in unserem Gebiet hat. Unsere Untersuchung umfasst nicht genügend Daten, um endgültige langfristige Trends festzustellen, aber wir können Zusammenhänge zwischen hohen Temperaturen und Wachstumsschwierigkeiten der Pflanzen erkennen. In zukünftigen Untersuchungen wäre es gut, Daten aus mehr Jahren zu verwenden und die historische Vegetationsgesundheit mit Wetterdaten des Met Office, wie Niederschlag und Durchschnittstemperaturen, zu vergleichen, um weitere Korrelationen zwischen Klimawandel und Pflanzengesundheit zu untersuchen.

Wir hielten es für wichtig, unsere Ergebnisse mit unseren Mitschülern zu teilen, um das Bewusstsein für die Auswirkungen des Klimawandels in unserer Region zu schärfen. Wir erstellten ein Poster, um andere über unser Projekt zu informieren, das auf der Ökomesse unserer Schule präsentiert wurde. Wir hoffen, dass wir unsere Ergebnisse in Zukunft auch der Schülerzeitung und der Umweltgesellschaft vorstellen können.

Referenzen:
[1] https://www.bbc.co.uk/news/uk-england-cambridgeshire-62239990
[2] https://www.cambridgeindependent.co.uk/news/shocking-before-and-after-pictures-show-impact-of-driest-sum-9268984/
[3] https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2
[4] https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser
[5] https://earthobservatory.nasa.gov/features/FalseColor/page6.php
[6] https://eos.com/make-an-analysis/ndvi/
[7] https://www.metoffice.gov.uk/binaries/content/assets/metofficegovuk/pdf/weather/learn-about/uk-past-events/interesting/2022/2022_03_july_heatwave_v1.pdf
[8] https://committees.parliament.uk/committee/62/environmental-audit-committee/news/174264/to-what-extent-are-global-environmental-changes-affecting-our-food-security/

Projektposter als PDF herunterladen

ESA-Plakat für die Öko-Messe.pdf

Die Projekte werden von den Teams erstellt und sie übernehmen die volle Verantwortung für die gemeinsamen Daten.
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