DWC-Radar

Ausgangssituation / Motivation

Die Erfassung und Analyse des täglichen Wasserkreislaufs (daily water cycle, DWC) über Landflächen stellt eine der großen Herausforderungen in der Satelliten-Erdbeobachtung dar. Die dafür nötigen Messungen könnten durch den G-Class Satelliten geschaffen werden, welcher kürzlich als einer von drei Kandidaten für den Earth Explorer 10 (EE10) von der ESA ausgewählt wurde.

Der G-Class Satellit wird auf eine geosynchrone Erdumlaufbahn gebracht und ist mit einem C-Band Synthetic Aperture Radar (SAR) ausgestattet, welcher es erlaubt, Bodenfeuchte (Soil Moisture, SM) und Regenfall (RF) zu bestimmen. SM und RF sind als hydrologische Schlüsselvariablen besonders wichtige Parameter in der Abschätzung von Umweltrisiken wie Überflutungen, Hangrutschungen, Pflanzenkrankheiten, Dürren, sowie in der Wettermodellierung und im Agrarmanagement.

SM kann aus SAR Daten anhand eines Radar-Rückstreuungsmodells abgeleitet werden, welches die Interaktionen der Mikrowellen mit dem Boden und der Vegetation beschreibt. RF kann dann, in einem zweiten Schritt, aus den gewonnenen SM Daten durch die Invertierung eines Bodenwassermodells bestimmt werden. Dieser Ansatz wurde bereits durch Forschungen bestätigt und ist in operationellen Services bereits in Verwendung (für SM), oder steht vor einer baldigen Einführung (für RF).

Die Analyse des DWC ist jedoch bislang nicht möglich, da die verwendeten Messungen von Satelliten in polaren Orbits stammen, welche einen Ort bestenfalls 1-2 pro Tag überfliegen. RF kann derart bereits geschätzt werden, die Schätzungen sind jedoch mit Ungenauigkeiten behaftet und es sind lokale Kalibrierungsdaten notwendig.

Die Modellkalibrierung sowie die Signalqualität könnten durch die Verwendung mehrerer SM-Messungen pro Tag/Ort deutlich verbessert werden. Diese können entweder von einer Konstellation von Satelliten in polaren Orbits gemessen werden, oder besser, durch einen geostationären Satelliten wie G-Class mit seiner vorgesehenen Abtastrate von 1-3 Stunden.

Inhalte und Zielsetzungen

Als Beitrag zu der G-Class Phase 0 hat sich das DWC-Radar Projekt zum Ziel gesetzt, die erstmalige Verfügbarkeit von fünf Europäischen C-Band Radarsatelliten (drei Metop ASCAT und zwei Sentinel-1 Satelliten) zu nutzen, um einen neuartigen, fusionierten Rückstreudatensatz zu generieren.

Methodische Vorgehensweise

Basierend darauf werden Algorithmen und Datensätzen zur Bestimmung von SM und RF entwickelt und verglichen, um Vor- und Nachteile der innovativen G-Class Technologie zu beleuchten.

Die gewonnenen Datensätze werden des Weiteren für drei Anwendungen der C-Glass Mission getestet, nämlich Bewässerungskartierung, Flutprognose, sowie Risikoanalyse zu Hangrutschungen.

Die Arbeiten fokussieren sich auf Mittelmeer-Anrainerstaaten, die dem Klimawandel besonders ausgesetzt und auch Zielgebiet von C-Glass sind.

Erwartete Ergebnisse

Die im Projekt gewonnenen Resultate, Source Codes und Datensätze werden samt Visualisierung öffentlich zugänglich gemacht. Durch die Analyse der technologischen und wissenschaftlichen Anforderungen der C-Glass Mission, der Abfassung zweier Algorithm Theoretical Baseline Documents (ATBDs) für SM und RF, sowie durch die enge Zusammenarbeit mit dem wissenschaftlichen G-Class Team trägt das DWC-Radar Projekt direkt und umfassend zu ESAs EE10-Phase0-Aktivitäten bei.

Projektleitung

Technische Universität Wien - Department für Geodäsie und Geoinformation

Projektpartner:innen

• Earth Observation Data Centre for Water Resources Monitoring GmbH
• Research Institute for Geo-Hydrological Protection (CNR)

Technische Universität Wien
Department für Geodäsie und Geoinformation
Univ.Prof. Wolfgang Wagner
Wiedner Hauptstraße 8-10/E120.1
A-1040 Wien