Lexikon der Fernerkundung

Copernicus

Copernicus ist seit Dezember 2012 der neue Name des Erdbeobachtungsprogramms der Europäischen Kommission, zuvor unter dem engl. Akronym GMES (Global Monitoring for Environment and Security, dt. Globale Umwelt- und Sicherheitsüberwachung) geführt.

Der neue Name soll dazu beitragen, überall und auf allen sozio-ökonomischen Ebenen das Copernicus-Programm stärker ins allgemeine Bewusstsein zu rücken – und dadurch letztlich auch Möglichkeiten für Wachstum und Beschäftigung schaffen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den regionalen und lokalen Akteuren, unabhängig davon, ob es sich um Behörden, private Unternehmen oder Bürger handelt.

Mit der Namensänderung von GMES zu Copernicus würdigt die Kommission einen großen europäischen Wissenschaftler und Naturbeobachter: Nikolaus Kopernikus. Seine Theorie des heliozentrischen Weltbilds gilt als wichtigster Vorläufer der modernen Wissenschaft. Er stieß für die Menschheit das Tor zum unendlichen Universum auf, nachdem dieses zuvor als ein Raum verstanden worden war, in dessen Mittelpunkt die Erde lag, um die sich Sonne und Planeten bewegten – Kopernikus schuf damit eine Welt ohne Grenzen. Die Menschheit zog aus seinem Verständnis einen großen Nutzen, da auf diese Weise der Funken wissenschaftlichen Forschens entzündet wurde, der es uns schließlich ermöglicht hat, die Welt, in der wir leben, besser zu verstehen.

Ziel und Entwicklung des Copernicus-Programms

Das Ziel des Copernicus-Programms ist es, eine europäische Komponente der globalen Erdbeobachtung zu schaffen, die grenzüberschreitend politische Entscheidungsprozesse der EU und ihrer Mitgliedstaaten unterstützt. So soll Copernicus durch den Aufbau einer modernen und leistungsfähigen Infrastruktur für Erdbeobachtung und Dienstleistungen der Geoinformation unter anderem:

Das politische Mandat für die Copernicus-Initiative wurde im Juni 2001 auf dem EU-Gipfel von Göteborg und mit der Entschließung des Rates erteilt, "bis 2008 eine operative und autonome europäische Kapazität aufzubauen". Mit Copernicus schafft die Europäische Union in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und den nationalen Systemen eine eigenständige, europäische Kapazität zur operationellen Bereitstellung globaler Erdbeobachtungsinformationen.

Mit der Zustimmung des Europäischen Parlaments zum Finanzrahmen des Programms für die Jahre 2014-2020 im Juli 2013 kann Copernicus durch die Bereitstellung von 3.786 Millionen Euro umgesetzt werden. Rechtliche Grundlage ist die EU-Verordnung Nr. 377/2014 zur Einrichtung des Programms Copernicus vom 3. April 2014.

The UK is back

Mit Wirkung vom 1. Januar 2024 wurde das Vereinigte Königreich zu einem mit „Horizont Europa“ assoziierten Land. Seine Forschenden werden zu denselben Bedingungen wie Forschende aus anderen assoziierten Ländern an diesem Forschungs- und Innovationsprogramm der EU teilnehmen können und Zugang zu Mitteln aus „Horizont Europa“ haben.

Heute wurde der letzte Schritt abgeschlossen – der Sonderausschuss EU-Vereinigtes Königreich für die Teilnahme an Programmen der Union hat die politische Einigung über die Assoziierung des Vereinigten Königreichs mit „Horizont Europa“ und der Copernicus-Komponente des Weltraumprogramms angenommen.

Die Assoziierung des Vereinigten Königreichs mit „Horizont Europa“ wird die Beziehungen zwischen der EU und dem Vereinigten Königreich im Bereich Forschung und Innovation vertiefen und Forschungsgemeinschaften zusammenbringen, um globale Herausforderungen wie Klimawandel, digitaler Wandel und Gesundheit zu bewältigen.

Das vom Ausschuss angenommene Assoziierungsprotokoll ist integraler Bestandteil des Handels- und Kooperationsabkommens zwischen der EU und dem Vereinigten Königreich. Das Vereinigte Königreich wird für seine Teilnahme an „Horizont Europa“ durchschnittlich rund 2,43 Mrd. EUR pro Jahr und rund 154 Mio. EUR für die Teilnahme an Copernicus zum EU-Haushalt beitragen.

Unter dem Dach von Copernicus werden europaweit Geoinformationen der Mitgliedstaaten gebündelt. Bestehende Informationslücken werden hierbei gezielt geschlossen.

Die Notwendigkeit von Copernicus

Politik, Öffentlichkeit, Verwaltung, Wirtschaft und Forschung sind in hohem Maße auf umfassende und aktuelle Informationen über den Zustand der Umwelt angewiesen. In Deutschland werden leistungsfähige Messnetze betrieben, um meteorologische, hydrologische oder geodätische Parameter ständig und in hoher Qualität zu erfassen. Für die Daseinsvorsorge haben diese Daten eine besondere Relevanz. Aber auch Messungen der Luftqualität, wie Ozon- und Feinstaubkonzentrationen, der Pegelstände an Flüssen, der Schneehöhen oder des Wellengangs spielen alltäglich eine wichtige Rolle. Bei der Erzeugung global einheitlicher, aktueller Datensätze sind satellitengestützte Erdbeobachtungssysteme ebenfalls von besonderer Bedeutung. In Deutschland ist das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur BMVI für Copernicus verantwortlich.

Ein zunehmender Bedarf an Umweltinformationen resultiert auch aus internationalen Verpflichtungen wie der Europäischen Gesetzgebung, der Klimarahmenkonvention (UNFCCC) oder dem Kyoto-Protokoll.

Copernicus-Komponenten Was ist Copernicus? - Die Copernicus-Komponenten in schematischer Darstellung

Copernicus ist das Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union, das sich mit unserem Planeten und seiner Umwelt zum größtmöglichen Nutzen aller europäischen Bürger befasst. Es bietet Informationsdienste auf der Grundlage von satellitengestützter Erdbeobachtung und In-situ-Daten (Nicht-Weltraumdaten) an.

Das Programm wird von der Europäischen Kommission koordiniert und verwaltet. Es wird in Partnerschaft mit den Mitgliedstaaten, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT), dem Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF), den EU-Agenturen und Mercator Océan umgesetzt.

Quelle: ESA

Die Weltraumkomponente von Copernicus:

Umweltveränderungen sind nicht an nationale Grenzen gebunden. Die für eine globale Umweltüberwachung notwendige umfassende und einheitliche Datengrundlage im globalen Maßstab ist ohne Satellitensysteme nicht denkbar. Der Anspruch, einen unabhängigen Zugang zu globalen Erdbeobachtungsdaten zu schaffen, charakterisiert daher die herausragende Bedeutung der satellitengestützten Erdbeobachtung von Copernicus.

Das Herzstück der Copernicus-Weltraumkomponente sind fünf eigens für Copernicus entwickelte Satellitenmissionen, die ESA Sentinels. Weitere, sog. beitragende Missionen (Contributing Missions), vor allem aus nationalen Raumfahrtprogrammen, kommerzielle europäische Missionen sowie die meteorologischen Missionen der European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) erfassen wichtige Daten für die Copernicus-Dienste.

Die beitragenden Missionen sind und bleiben ein Kernbestandteil der Copernicus Weltraumkomponente. Die ESA verhandelt mit deren Eigentümern den benötigten Datenzugriff und Nutzungslizenzen. Dies geschieht im Rahmen des Copernicus „Data Warehouse“. Auch die Daten der beitragenden Missionen werden über das Datenportal der ESA bereitgestellt. Je nach Datenprodukt sind sie für verschiedene Nutzergruppen lizensiert – teilweise auch für nationale Einrichtungen oder die Öffentlichkeit.

Über das Data Warehouse stehen den Copernicus Diensten die Daten von derzeit über 30 einzelnen Missionen zur Verfügung. Auch die deutschen Missionen TerraSAR-X und RapidEye sind im Data Warehouse einbezogen. Beitragende Missionen werden langfristig ein wichtiger Teil der Weltraumkomponente bleiben. Denn die Sentinels werden bewusst so ausgelegt, dass sie die europäischen nationalen und kommerziellen Missionen ergänzen – nicht ersetzen.

Die Sentinel-Missionen der ESA sind das Ergebnis einer Bedarfsanalyse vor dem Hintergrund bestehender Missionen und dem Bedarf der Copernicus-Kerndienste:

Nach Abschluss der Systementwicklung ist die Europäische Kommission für die Sicherstellung des langfristigen Betriebs der Weltraumkomponente verantwortlich. Sie erfährt hierbei Unterstützung durch die europäischen Mitgliedstaaten. Vier Wächer-Satelliten werden eine Weiterentwicklung erfahren (Sentinel-1NG, -2NG, -3NG und -6NG), dazu kommen sechs neue Wächtermissionen.

Die ESA hat im November 2020 neue Verträge für die nächsten drei geplanten Copernicus-Satelliten unterzeichnet. Gemeinsam mit Partnern aus den ESA-Mitgliedsländern werden Thales Alenia Space in Frankreich und Italien sowie Airbus in Spanien die Missionen CHIME, CIMR und LSTM entwerfen. Mehrere deutsche Unternehmen sind maßgeblich an der Entwicklung der wissenschaftlichen Instrumente beteiligt.

Jede dieser Satellitenmissionen wird dazu beitragen, dringende ökologische Herausforderungen zu bewältigen. Dazu gehören eine nachhaltige Landwirtschaft und daraus resultierend Ernährungssicherheit, die Überwachung der polaren Eiskappen um eine integrierte EU-Politik für die Arktis zu entwickeln oder die kontinuierliche Erfassung von Daten zu den Auswirkungen des Klimawandels.

Weitere Entwicklung

Die ESA entwickelt im Auftrag der EU sechs Copernicus Sentinel Expansion Missionen. Diese hochprioritären Missionen werden sich mit der EU-Politik und den Lücken im Bedarf der Copernicus-Nutzer befassen und die derzeitigen Fähigkeiten des Copernicus-Programms - des weltweit größten Lieferanten von Erdbeobachtungsdaten - erweitern.

Die Entwicklung und der Betrieb der neuen Sentinel-Satelliten werden, vorbehaltlich der Verfügbarkeit von Haushaltsmitteln, gemeinsam von der Europäischen Kommission und der ESA finanziert.

Copernicus Sentinel Expansion Missions Copernicus Sentinel Expansion Missions Quelle: ESA

Service für Daten- und Informationszugang - DIAS

Um den Zugang zu den Daten zu erleichtern und zu standardisieren, hat die Europäische Kommission die Einrichtung von fünf Cloud-basierten Plattformen finanziert, die einen zentralen Zugang zu Copernicus-Daten und -Informationen sowie zu Verarbeitungswerkzeugen bieten. Diese Plattformen werden als DIAS (Data and Information Access Services) bezeichnet.

Die fünf DIAS-Online-Plattformen ermöglichen es den Nutzern, Copernicus-Daten und -Informationen zu entdecken, zu bearbeiten, zu verarbeiten und herunterzuladen. Alle DIAS-Plattformen bieten Zugang zu Copernicus-Sentinel-Daten sowie zu den Informationsprodukten der sechs operativen Dienste von Copernicus, zusammen mit cloudbasierten Tools (Open Source und/oder auf Pay-per-Use-Basis).

Jede der fünf konkurrierenden Plattformen bietet auch Zugang zu zusätzlichen kommerziellen Satellitendaten oder weltraumunabhängigen Datensätzen sowie Premium-Angebote in Bezug auf Unterstützung oder Priorität. Dank eines einzigen Zugangspunkts für die gesamten Copernicus-Daten und -Informationen ermöglicht DIAS den Nutzern, ihre eigenen Anwendungen in der Cloud zu entwickeln und zu hosten, ohne dass sie umfangreiche Dateien von mehreren Zugangspunkten herunterladen und lokal verarbeiten müssen.

Unter folgendem Link findet man eine Übersicht über herkömmliche Datenzugriffsknoten: Conventional Data Access Hubs

Ergänzende Daten aus dem All

Ergänzt werden die Sentinel-Daten, insbesondere in der frühen Phasen von Copernicus, durch beitragende Missionen der ESA, den Mitgliedsstaaten, EUMETSAT und anderen europäischen und internationalen Institutionen. Einige dieser Missionen stellen ihre Daten generell kostenfrei zur Verfügung; Datensätze anderer Missionen werden speziell für das Copernicus-Programm – primär für die Copernicus Kerndienste, FP7, bzw. Horizon2020-Forschungsprojekte und öffentliche Verwaltungen – hinzugekauft und von der ESA über das ESA Data Warehouse zur Verfügung gestellt:

Copernicus Contributing Missions Copernicus-Komponenten Quelle: ESA

Die In-situ-Komponente von Copernicus:

Alle nicht aus dem Weltraum gewonnenen Daten fallen im Copernicus-Programm unter den Begriff In-situ-Daten. Sie werden von den einzelnen Mitgliedsstaaten erhoben und in einigen Fällen untereinander koordiniert. Für die Nutzung dieser Daten werden spezielle Lizenzen und Schnittstellen vereinbart. Die In-situ-Komponente wird im Auftrag der Europäischen Kommission durch die Europäische Umweltagentur (EEA) koordiniert. In-situ-Daten stammen von meteorologischen Sensoren, Wetterballonen, Seebojen und Flusspegelsonden, oder von Befliegungen mit Fernerkundungsinstrumenten. Auch digitale topographische Karten und Höhenmodelle, Orthophoto-Mosaike, Schutzgebietskataster, das Straßennetz sowie thematische Karten (Wald, Siedlungsstruktur, Gewässernetz etc.) und statistische Karten (Bevölkerungsverteilung etc.) werden zu den In-situ-Daten gerechnet.

Die In-situ-Komponente steht vor der Herausforderung, die Bedürfnisse und Datenlücken im Zusammenhang mit dem Zugang zu den europäischen In-Situ-Beobachtungsdaten für das Copernicus-Programm zu analysieren und daraus qualitätsgeprüfte Daten in einer einheitlichen und für alle Nutzerkreise komfortablen Dateninfrastruktur zur Verfügung zu stellen. Koordiniert werden die Arbeiten von der Europäischen Umweltagentur (EEA). Ziel ist es, die Anforderungen durch die Copernicus-Dienste zu katalogisieren und Rahmenbedingungen und Pilotvereinbarungen zu entwickeln, die den Zugang zu allen relevanten Daten rechtzeitig und nachhaltig gewährleisten können. Gemäß der europäischen INSPIRE-Richtlinie werden diese In-situ-Daten nach und nach mit der gemeinsamen europäischen Geodateninfrastruktur verknüpft.

In Deutschland kann man im Geoportal GDI-DE raumbezogene Daten (Geodaten) von Bund, Ländern und Kommunen suchen und nutzen. Eurostat und die EEA bieten zusätzliche, europaweite Daten kostenlos an. Beispiele hierfür sind die In-situ Datensätze des Digitalen Oberflächenmodells von Europa (EU-DEM) und des Projektes Lucas von Eurostat.

Zentrale Anlaufstelle für Informationen zu den Copernicus In-situ-Daten, den Nutzungsbestimmungen und den Zugangsmöglichkeiten ist die In-situ-Daten Website der Europäischen Kommission.

Copernicus und T-Systems

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) setzt auf T-Systems als Dienstleistungsanbieter für das Copernicus Data Space Ecosystem. Die Erdbeobachtungskomponente des EU-Weltraumprogramms wird in Partnerschaft mit der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt. Sie bietet Informationsdienste zum größtmöglichen Nutzen von Wissenschaft, Politik, Industrie und EU-Bürgern.

Die Copernicus Sentinel-Satelliten liefern kontinuierlich Daten zur Erdbeobachtung. Dazu gehören Daten von der gesamten Erdoberfläche sowie von der Erdatmosphäre. Mit entsprechenden Analysen liefern sie aktuelle Informationen über den Zustand der Erde. Die großen Datenmengen können somit für Trendanalysen in verschiedenen Bereichen wie zum Beispiel Wissenschaft, Wirtschaft und Politik genutzt werden. Sie dienen unter anderem als Grundlage, um extreme Wettersituationen, klimatische Bedingungen und die Auswirkungen von Naturkatastrophen besser einschätzen oder berichten zu können. Auch Landwirtschaft und Politik profitieren von der 24/7-Erdbeobachtung. Landwirte können sehen, wo und wann Wasser oder Dünger ausgebracht werden muss, um die Erträge zu optimieren. Sie können sehen wie es um die Beschaffenheit des Bodens bestellt ist oder ob die Gefahr eines Insektenbefalls besteht. Die Politik hat eine konkrete Datenbasis, um beispielsweise Agrarsubventionen passend zu verteilen.

Das Copernicus Data Space Ecosystem ist eine der größte öffentlichen Plattformen für Erdbeobachtungsdaten der Welt. Und sie wird in den nächsten Jahren von derzeit 34 auf mehr als 80 Petabyte anwachsen. Das wird die größte Datensammlung sein, die T-Systems in seinen Rechenzentren verwaltet.

Copernicus in Deutschland

Die Federführung für das Copernicus-Programm innerhalb der Bundesregierung liegt im BMDV. Es koordiniert die Abstimmung der Bedarfe und vertritt die Bundesregierung zu programmatischen Themen gegenüber der EU-Kommission und der ESA. Das BMDV verantwortet auch die deutsche Beteiligung am Copernicus-Weltraumprogramm der ESA.

Ebenso fördert das BMDV die erfolgreiche Nutzung der Copernicus-Daten und -Informationsdienste auf nationaler Ebene. Es führt den Nutzerdialog und die übergreifend, unterstützt die Entwicklung neuer Anwendungen und stellt mit CODE-DE (Copernicus Data Access and Exploitation Platform Deutschland) einen zentralen Zugangsweg zu den Daten und Diensten von Copernicus für Nutzerinnen und Nutzer von Behörden in Deutschland zur Verfügung. CODE-DE bietet zugleich die Möglichkeit zur Prozessierung der Daten auf der Plattform. Gleichzeitig vernetzt CODE-DE viele unterschiedliche Nutzende der Fernerkundungs-Szene.Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR ist vom BMDV mit der Unterstützung von Copernicus beauftragt.

Zur effektiven Nutzeransprache ist ein nationales Netzwerk thematischer Fachexpertinnen und -experten etabliert, dessen Kern die nationalen Copernicus-Fachkoordinationen sind. Diese sind in verschiedenen Fachbehörden in Deutschland angesiedelt und fungieren als Kontakt- und Beratungsstellen zu den sechs Copernicus-Kerndiensten. Fachexpertinnen und -experten an weiteren Behörden ergänzen das Netzwerk zu ausgewählten Themen wie Binnengewässer, Landwirtschaft oder Georessourcen. Das BMDV unterstützt die Koordinationsarbeit im Fachnetzwerk, zu der auch die BfG gehört.

Copernicus-Dienste

Den Kern von Copernicus bilden Informationsdienste, die Erdbeobachtungsinformationen analysieren, aufbereiten und politischen Entscheidungsträgern sowie europäischen, nationalen, regionalen und lokalen Nutzern zur Verfügung stellen. Für die Copernicus-Dienste hat die Bundesregierung fachliche Koordinatoren benannt: die sogenannten Fachkoordinatoren. Ihre Aufgaben sind vielfältig. Sie begleiten die Copernicus-Dienste fachlich und unterstützen die Bundesregierung bei der Entwicklung dieser Dienste. Sie informieren und beraten Nutzer in Deutschland (einschließlich Behörden auf Landes-, ggf. auch kommunalen Verwaltungsebenen, sowie kommerzielle Nutzer) über die Copernicus-Dienste und deren Anwendungsmöglichkeiten, und sie vertreten die Bundesrepublik Deutschland im Copernicus-Nutzerforum der EU.

Copernicus-Kerndienste:

Bei den Informationsdiensten wird zwischen Kerndiensten und abgeleiteten ("Downstream") Diensten unterschieden.

Nationale Fernerkundungsdienste:

Internationale Fernerkundungsdienste:

Weitere Informationen:

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