Feuermonitoring

Überwachen von Bränden, vorwiegend von Vegetationsbränden (Wald- und Flurbränden, Buschfeuern) sowie von Kohlefeuern (z.B. China) besonders mit Hilfe von Verfahren der Fernerkundung. Unter Einbeziehung von z.B. Vulkaneruptionen in die Gruppe solcher Ereignisse spricht man auch von Hochtemperaturereignissen (HTE). Mit dem Kleinsatelliten BIRD betreibt das DLR seit 2001 ein weltweit einzigartiges System als Technologie-Demonstrator zur Erkennung, Georeferenzierung und geophysikalischen Charakterisierung von HTE bezüglich Ausdehnung, Temperatur, Energie. Mit gleicher wissenschaftlicher Instrumentierung erprobte das DLR auch ein flugzeuggetragenes System (Advanced BIRD Airborne Simulator, ABAS) erfolgreich zur Beobachtung von Waldbränden.

Natürlich auftretende Vegetationsbrände sind ein wesentlicher Prozess, der terrestrische Systeme mit der Atmosphäre und dem Klima verbindet, und sie sind ein wesentlicher Bestandteil der ökologischen Sukzession, der Pflanzenkeimung und der Bodenverbesserung. Neben diesen positiven Aspekten emittieren sie auch große Mengen an Kohlenstoff in die Atmosphäre, zusammen mit Aerosolen und anderen Partikeln, die die Gesundheit beeinträchtigen, die Sicht einschränken und zum globalen Klimawandel beitragen können.

ZKI Fire Monitoring System

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bietet seit 2022 einen neuen Service an, mit dem die Entwicklungen von Brandereignissen tagesaktuell und im zeitlichen Verlauf beobachtet werden können. Die Satellitendaten werden automatisch ausgewertet und in eine Karte übertragen. Das ZKI Fire Monitoring System steht ab sofort zur Verfügung und ist kostenfrei nutzbar.

Die Daten stammen von den beiden Sentinel-3 Satelliten, die mit unterschiedlichen Instrumenten zur Beobachtung der Land- und Ozeanoberflächen ausgestattet sind. Das Satelliten-Duo gehört zum europäischen Copernicus-Programm. Über ihre optischen Systeme erfassen die Sentinel-3 Satelliten die Erdoberfläche mit einer Bodenauflösung von etwa 300 Metern. Die Sentinel-3 Satelliten überqueren auf ihren polaren Umlaufbahnen in etwa 800 Kilometern Höhe Europa jeden Tag. Auch mit den amerikanischen Satelliten Aqua und Terra (Flughöhe rund 700 Kilometer) können Waldbrände mehrmals am Tag beobachtet werden. Sie senden täglich ihre Daten, sobald sie die DLR-Empfangsstationen in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) oder Oberpfaffenhofen (Bayern) überfliegen. Die Ergebnisse sind schon etwa 20 Minuten nach dem Satellitenüberflug verfügbar.

Um die Qualität der Aussagen zu verbessern, werden die Daten über mehrere Tage hinweg kontinuierlich verfeinert. Das heißt, die Daten werden nachträglich noch einmal abgeglichen, neu berechnet und überprüft. Das läuft ebenfalls automatisch. Die Nachprozessierung ist wichtig, weil Satelliten mit optischen Instrumenten – anders als etwa Radarsatelliten – nicht durch eine Wolkendecke schauen können.

Die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben alle Brände in Europa seit 2016 analysiert. Die Karten zeigen, dass viele Brände – vor allem in Süd- und Osteuropa – nicht im Wald, sondern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorkommen. Im vergangenen Jahr wurden zum Beispiel Brände mit einer Größenordnung von 3,7 Millionen Hektar erkannt. Davon handelte es sich bei rund 1 Million Hektar um Waldbrände. 2017 war das Jahr mit den stärksten Bränden im Beobachtungszeitraum: 5,2 Millionen Hektar standen in Flammen, davon entfielen 1,3 Millionen Hektar auf Wälder.

Vegetationsbrände in den USA

Nach Angaben des US-Landwirtschaftsministeriums haben Anzahl, Schwere und Gesamtgröße von Vegetationsbränden (wildfires) zugenommen, was auf Faktoren wie anhaltende Trockenheit, die Anhäufung von Brennstoffen, frühere Brandbekämpfungsstrategien, invasive Arten, die auf bestimmte Baumarten abzielen, und die Ausbreitung von Wohngebieten in ehemals natürliche Gebiete zurückzuführen ist. Laut dem Jahresbericht 2021 des National Interagency Coordination Center (NICC), das die Mobilisierung von Ressourcen für Waldbrände und andere Vorfälle in den USA koordiniert, wurden im Jahr 2021 in den gesamten USA 58.985 Vegetationsbrände gemeldet, die eine Fläche von 7.125.643 Hektar verbrannten. Der NICC-Bericht stellt fest, dass im Jahr 2021 fast 6.000 Gebäude durch Vegetationsbrände zerstört wurden, darunter 3.577 Wohnhäuser, 2.225 kleinere Gebäude und 237 gewerbliche oder gemischte Wohngebäude.

Daten, die von Sensoren an Bord von Satelliten in der Umlaufbahn, an Bord von Flugzeugen oder am Boden gesammelt werden, liefern eine Fülle von Daten, mit denen sich die Bedingungen vor einem Brand beurteilen, die Bewegung eines Waldbrandes nahezu in Echtzeit verfolgen und die Umweltauswirkungen eines historischen Brandes bewerten lassen. Die NASA stellt zahlreiche Datensätze, Werkzeuge und andere Ressourcen zur Verfügung, die für die Untersuchung, Verfolgung und Bewertung von Waldbränden genutzt werden können und die im Rahmen der NASA-Richtlinie für offene Daten uneingeschränkt zur Verfügung stehen.

Die NASA bietet auch Einblicke in Brände und thermische Anomalien, die täglich auf der ganzen Welt auftreten. Die in Worldview verfügbaren satellitengestützten Branddaten und -bilder stammen vom MODIS-Instrument an Bord der Satelliten Terra und Aqua sowie vom VIIRS-Instrument an Bord der gemeinsamen NASA/NOAA-Satelliten Suomi NPP und NOAA-20. Terra überfliegt den Äquator um ca. 10:30 Uhr (Tag) und 10:30 Uhr (Nacht) Ortszeit, NOAA-20 überfliegt den Äquator um ca. 12:40 Uhr (Tag) und 12:40 Uhr (Nacht) Ortszeit, und Aqua und Suomi NPP überfliegen den Äquator um ca. 1:30 Uhr (Tag) und 1:30 Uhr (Nacht) Ortszeit. Die Feuerinformationen sind in Worldview etwa 3 Stunden nach dem Überflug des Satelliten verfügbar.

Die von den Satelliten gesammelten Daten nutzen einen Algorithmus, der die starke Emission von Strahlung im mittleren Infrarot von Bränden und thermischen Anomalien ausnutzt - diese Brände und thermischen Anomalien werden hier als orange (MODIS) oder rote (VIIRS) Punkte dargestellt. Die Punkte stellen das Zentrum eines Pixels dar, in dem ein oder mehrere Brände aufgetreten sind. Für das MODIS-Instrument stellt der Punkt das Zentrum eines 1km-Pixels dar, für das VIIRS-Instrument das Zentrum eines 375m-Pixels.

Weitere Informationen:

• Global fire monitoring (Copernicus)
• The Global Fire Monitoring Center (GFMC)
• 2005 Fire Patterns Across Africa
• Global Wildfire Information System (GWIS) - Startseite
• Remote Sensing Products (ISDR)
• Greece suffers more fires in 2007 than in last decade, satellites reveal (ESA)
• Fire Alarms from Orbit (NASA)
• Global Fires (NASA)
• Wildfires Data Pathfinder (NASA EarthData)
• OBSERVER: Copernicus services enable civil authorities to anticipate the spread of wildfires and to assess air pollution from forest blazes (Copernicus 2019)
• Southern Europe battles inreases in major wildfires (Eumetsat 2022)
• Satellite Detections of Fire (NASA WorldView)
• Zählen von Waldbränden auf der ganzen Welt (ESA 2023)