Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

18 KAPITEL 1. EINFÜHRUNG
§ 38 Die erste Frage ist die entscheidende; hier ist etwas Brainstorming hilfreich. Wenn
wir Feuer nachweisen wollen, brauchen wir uns nur unsere Vorstellung von Feuer zu vergegenwärtigen:
der offenbare Aspekt von Feuer sind Flammen, d.h. veränderliche, rötlich-gelbe
Leuchterscheinungen und Wärme. Oder in physikalischer Terminologie: ein Feuer emittiert
Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und Wärme, d.h. elektromagnetische
Strahlung im thermischen Infrarot.
§ 39 Und die zum Nachweis geeigneten Instrumente (Pkt. 2)? Zum Nachweis der Emission
im sichtbaren Bereich reicht es, eine einfache Kamera zu verwenden, die im sichtbaren Bereich
des Spektrums beobachtet und damit die zum Feuer gehörenden Flammen nachweist.
Allerdings: Feuer ist auch mit Rauchentwicklung verbunden, d.h. unsere Kamera kann das
Feuer wahrscheinlich gar nicht sehen, da es unter einer Rauchwolke den Blicken entzogen
ist. Also müssten wir beim Nachweis eines Feuers im sichtbaren Bereich des Spektrums die
Abbildungen auf Flammen und/oder Rauch untersuchen.
§ 40 Wo wir gerade bei Rauchwolken sind: was macht ein derartiges Instrument eigentlich
bei einem Wolken bedeckten Himmel? Dann sieht ein Instrument im sichtbaren Bereich des
elektromagnetischen Spektrums nur die Oberkante der Wolken, alles darunter entzieht sich
seinen Blicken – und der Wald könnte großflächig in Flammen stehen bevor eine Wolkenlücke
einmal einen Blick auf das Feuer oder den Rauch gewährt. Und bei einem teilweise bedeckten
Himmel ist unter Umständen die Unterscheidung zwischen Wolken und Rauch nicht ganz
einfach.
§ 41 Unser Waldbrandnachweiser muss also um etwas ergänzt (oder durch etwas ersetzt)
werden, dass auch bei Wolkenbedeckung Informationen vom Erdboden aufnehmen und auswerten
kann. Wolkenbedeckung kann von Mikrowellenstrahlung durchdrungen werden, auch
im thermischen Infrarot kann man, zumindest teilweise, durch die Wolken sehen. Und ein Sensor
im thermischen Infrarot kann auch einen Aspekt eines Waldbrandes nachweisen, nämlich
die Wärmeentwicklung – auch dann, wenn das eigentliche Feuer bereits unter einer Rauchwolke
verschwindet. 10
§ 42 Unsere Wunschinstrumentierung könnte daher ein Sensor im thermischen Infrarot sein,
eventuell ergänzt (für Schönwetter) um einen Sensor im sichtbaren Licht, da im sichtbaren
die Informationen für einen menschlichen Dateninterpreter natürlich einfacher auszuwerten
sind. Damit hätten wir auch den in Abb. 1.14 verwendeten Datensatz.
§ 43 Bevor wir uns (gemäß Pkt. 3) an eine Spezifikation der Instrumente machen, müssen
wir unser Konzept noch überprüfen: zwar würde diese Instrumentkombination die zu untersuchenden
Phänomene nachweisen – aber wie oft würde sie einen Fehlalarm auslösen? Unser
Infrarotsensor reagiert auf thermische Emission – das ist nicht zwingend ein Waldbrand,
auch ein Hochofenabstich, eine startende Rakete, ein Nutz- oder Schadfeuer, das Abfackeln
von Erdgas an einer Ölbohrstelle, ein Leck in einer Ölpipeline u.v.a.m. sind mit Wärme und
damit einem Signal im thermischen Infrarot verbunden. 11 Damit der Satellit nicht immer
zu Waldbrandalarm gibt, müssen wir ein Verfahren entwickeln, Waldbrand von den anderen
Wärmequellen zu unterscheiden. Bei gutem Wetter kann dabei sicherlich die Kamera
im sichtbaren Bereich helfen: das spricht dafür, beide Instrumente zu fliegen und nicht nur
den Sensor im thermischen IR alleine. Zusätzlich können wir dem Satelliten eine Karte mit
10 Die roten Punkte in Abb. 1.14 sind übrigens nicht das Feuer im optischen Bereich (letztere sind in den
sichtbaren Kanälen nur recht schlecht zu identifizieren) sondern im thermischen Infrarot. Die Abbildung ist
also keine direkte Aufnahme sondern eine Kombination von mehreren Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängenbereichen.
Das ist ein Standardverfahren in der Erdfernerkundung; selbst verschiedene Bereiche des
sichtbaren Spektrums werden analog zu den Schichten eines Farbfilms einzeln aufgenommen und später geeignet
kombiniert. Auf diese Weise werden auch die Falschfarbenaufnahmen erzeugt – auch der im sichtbaren
Teil des Spektrums aufgenommene Anteil von Abb. 1.14 ist nicht in den wahren Farben wieder gegeben.
11 Das Problem ist Kalten Kriegern wohl bekannt: startende Interkontinentalraketen lassen sich am einfachsten
durch die thermische Emission nachweisen – mit einer riesigen Rate an Fahelalarmen durch andere
Signale im IR.
2. Juli 2008 c○ M.-B. Kallenrode