Allwetter-Check für Wälder und Felder

Wien - Wie gesund sind unsere Wälder? Wie gut wachsen unsere Nutzpflanzen? Und wie verändern sich Ökosysteme im Zuge des Klimawandels? Antworten auf diese Fragen liefert der Blick aus dem All. Doch genau dieser Blick ist oft getrübt – durch dichte Wolken, vor allem in tropischen Regionen. Ein Forschungsteam der BOKU University arbeitet deshalb an einer Lösung, die auch dann funktioniert, wenn optische Satelliten nichts mehr sehen. Im Projekt IGNOS untersuchen die Forschenden eine innovative Technologie, wie diese Datenlücken mithilfe einer innovativen Satellitentechnologie geschlossen werden können.

Wenn Wolken kein Hindernis mehr sind


Bisher liefern optische Satelliten – etwa die europäischen Sentinel-2 -Satelliten des Copernicus-Programms – wertvolle Bilder von Feldern, Wäldern und Wiesen. Doch wo häufig Wolken hängen, entstehen Lücken in den Daten. Genau hier setzt eine neue Methode an: die sogenannte GNSS-Reflektometrie (GNSS-R). Das Prinzip ist ebenso clever wie nachhaltig: GNSS-R nutzt die ohnehin ständig ausgesendeten Navigationssignale von Satellitensystemen wie GPS oder Galileo. Diese Radiosignale werden von der Erdoberfläche reflektiert. Spezielle Empfänger messen diese Reflexionen – und daraus lassen sich Rückschlüsse auf Eigenschaften von Boden und Vegetation ziehen. Der große Vorteil: Radiosignale durchdringen Wolken und funktionieren auch bei Niederschlag. So entstehen Messungen bei nahezu jedem Wetter.

Pflanzenwachstum allwettertauglich messen


Im Zentrum des Projekts steht eine wichtige Kennzahl der Vegetationsforschung: der Blattflächenindex (Leaf Area Index, LAI). Er beschreibt, wie viel Blattfläche Pflanzen auf einer bestimmten Bodenfläche entwickeln – und liefert damit entscheidende Hinweise auf Wachstum, Produktivität und den Austausch von Wasser, Energie und Kohlenstoff zwischen Vegetation und Atmosphäre.

„Gerade in tropischen Regionen, wo optische Satellitenbilder durch dichte Wolken stark eingeschränkt sind, besteht ein dringender Bedarf an konsistenten Beobachtungen“, erklärt Projektleiter Francesco Vuolo vom Institut für Geomatik der BOKU University. „GNSS- R bietet die Möglichkeit, Vegetationsinformationen kontinuierlich zu erfassen und bestehende Datensätze sinnvoll zu ergänzen.“ Das Team untersucht, wie sich GNSS-R-Signale mit den Daten von Sentinel-2 kombinieren lassen – mit dem Ziel, künftig robuste und flächendeckende Informationen zum Blattflächenindex zu gewinnen. Und das ohne zusätzliche, aufwendige Sensoren im All.

Nachhaltig und ressourcenschonend


Ein weiterer Pluspunkt der Technologie: Sie ist besonders effizient. GNSS-R greift auf bereits existierende Navigationssignale zurück und benötigt lediglich kompakte, energiearme Empfänger. Dadurch lassen sich große Gebiete mit vergleichsweise geringem Ressourcenaufwand beobachten – ein wichtiger Aspekt in Zeiten knapper Budgets und wachsender Umweltanforderungen.

Neue Satellitenmissionen wie HydroGNSS der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die Ende 2025 gestartet wurde, liefern zusätzliche Impulse. Sie wurden speziell entwickelt, um hydrologische Schlüsselgrößen – also etwa Bodenfeuchte – präzise zu erfassen. Auch bestehende Missionen wie CYGNSS stellen wertvolle GNSS-R-Daten bereit.


 „Verbesserte Informationen zum Blattflächenindex helfen uns, Klimafolgen besser abzuschätzen und Modelle zu Biomasse, Verdunstung und Kohlenstoffhaushalt zu verfeinern“, so Vuolo. „Das schafft eine solide Grundlage für nachhaltige Entscheidungen in Land- und Forstwirtschaft sowie im Ökosystemmanagement.“

Ein Schritt zur nächsten Generation der Erdbeobachtung


Das Projekt IGNOS wird von der BOKU University gemeinsam mit der Technischen Universität Wien durchgeführt und im Rahmen des Österreichischen Weltraumprogramms von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gefördert. Langfristig könnte die intelligente Kombination aus optischen, Radar- und GNSS-R-Daten eine nahezu wetterunabhängige, globale Überwachung der Vegetationsgesundheit ermöglichen. Ein wichtiger Schritt im Umgang mit den Herausforderungen des Klimawandels - und das bei jedem Wetter.

 IGNOS steht für Integrating GNSS-R and Optical Satellite Data for Vegetation Health Assessment und wird im Rahmen des Austrian Space Application Program von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gefördert.