Der operationelle Einsatz von NOAA AVHRR Fernerkundungsdaten, dargestellt am Beispiel des hydrogeographischen Wandels im Bereich der Etoscha Pfanne und benachbarter hydrologischer Systeme im Norden Namibias unter besonderer Berücksichtigung von Flutungsereignissen

Abstract

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1. PROLOG: 1. 1. Motivation : Die Anregung zu dieser Arbeit ergab sich während eines dreimonatigen Praktikumsaufenthaltes am Etosha Ecological Institute (EEl) in Okaukuejo / Namibia. Dieser erfolgte nach bereits einjähriger Mitarbeit am Forschungsprojekt 'Etoscha/ Namibia' von August bis Oktober 1993 (BUCH et at. in press). Die Etoscha Pfanne ist ein faszinierender Naturraum, eine 4. 590 km2 grosse, vegetationslose, ebene, flach eingesenkte Hohlform inmitten einer Savannenlandschaft. Sie liegt eingebettet in einem der grössten und wildreichsten Nationalparks des Kontinents. Die Etoscha Pfanne ist seit 100 Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Forschung und Spekulation, jedoch sind bis dato mehrere landschaftsökologisch relevante Themen nicht bekannt bzw. nicht untersucht worden. Dies lag und liegt an der sehr schwierigen Zuganglichkeit der Pfanne. Die vorliegenden Forschungsergebnisse stammen zum allergrössten Teil von den Pfannenrändern. Seit 1992 ist in Okaukuejo eine NOAA Satellitenempfangsstation installiert, die es möglich macht, kostengünstig und der Fragestellung angepasst, Fernerkundungsdaten zu empfangen und zu verarbeiten

1. 2. Problemstellung und Zielsetzung der Untersuchungen: Die Geographie, die sich mit den Erscheinungen der Erdoberfläche, ihren wechselseitigen Verbindungen und deren Veränderungen beschäftigt, benutzt schon seit langem dazu die Interpretation von Fernerkundungsdaten. Ausgehend von den Arbeiten von Carl TROLL (1939, 1943) wurde das Luftbild zum Mittel des landschaftsökologischen Forschungsansatzes

Die Übersicht ist durch den Einsatz von Fernerkundungssatelliten sowohl räumlich als auch spektral in neue Dimensionen vorgestossen, die mit den photographischen Aufnahmen nicht möglich waren. Die Möglichkeiten der Synthese wurden durch die Entwicklung von Geoinformationssystemen auf eine neuartige Basis gestellt. Ebenfalls fand ein Übergang van der blossen Beschreibung eines Zustandes (Inventoring) zur fortlaufenden Überwachung einer Entwicklung (Monitoring) statt (ALBERTZ 1991: 159)

1. 2. 1. Der methodische Aspekt -Operationaler Einsatz von Fernerkundungssystemen in geowissenschaftlichen Studien: Die rasch voranschreitende Entwicklung im EDV-Sektor innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte führte dazu, dass auch bei geowissenschaftlichen Studien in Entwicklungslandem irnrner öfter Methoden der Fernerkundung zum Einsatz komrnen (BELWARD & VALENZUELA 1991, CSAPLOVICS 1992, GROTEN 1991, KOHL 1992, VOGT 1992). Hierbei fällt oft der Begriff des Umweltmonitoring (engl. 'to admonish' = to give a warning advice). Monitoring beinhaltet neben der einfachen Anwendung multitemporaler Fernerkundungsmethoden den kontinuierlichen Prozess van Problemerkennung, Quantifizierung und der Identifizierung van Problemlosungsansatzen. Die starke technologische Entwicklung auf dem Gebiet von Fernerkundung und Geoinformationssystemen betont den Einsatz digitaler Bildverarbeitungmethoden zu Lasten visueller Luft- und Satellitenbildinterpretationen

Hierbei ist jedoch oft ein Spannungsfeld zwischen 'Feld- und Schreibtischmenschen' einerseits und 'Computermenschen' andererseits zu beobachten. Es gilt beide Interessen zusammenzufuhren, d. h. ein sinnvoller Einsatz von Fernerkundungsmethoden fuhrt zu räumlicher Ausdehnung der Feldbefunde, es kann eine Umweltüberwachung im Sinne van Monitoring erfolgen (z. B. als Landnutzungsplanungsinstrument, als Frühwarnsystem oder zum Weidemanagement). Jedoch kann dies nur unter Zuhilfenahme von fundierten landschaftsökologischen und sozioökonomischen Grundkenntnissen erfolgen

Der Einsatz dieses Wissenstandes in Entwicklungsländern ist Gegenstand vieler Entwicklungshilfeprojekte. Jedoch treten dort oft nicht zu unterschätzende zusätzliche Probleme logistischer und infrastruktureller Art auf. Um die mittlerweile komplexe Methodik vor Ort zu operationalisieren, muss zwischen technisch Möglichem und den finanziellen und nicht zuletzt personellen Limitationen abgewägt werden. Um eine sinnvolle Nutzung der Satellitenfernerkundung im oben genannten Sinne gewährleisten zu können, sind folgende Punkte wichtig (GROTEN 1991:42) : (a). Sind die Kosten fur die Datenanschaffilng, die Datenverarbeitung und Interpretation bezahlbar ? (b) Ist die Methode einsetzbar (Infrastruktur, Geld und Ausbildung spezialisierter Arbeitskräfte, technischer Unterhalt) ? (c) Ist die Methode effizient, kann die Fernerkundung ihre Versprechen unter speziellen Geländebedingungen einhalten? (d) Sind Fernerkundungsdaten bestehenden, konventionellen Methoden vorzuziehen?

Ohne zeitlich schnell und finanziell günstig verfügbare Satellitendaten ist der Einsatz von Fernerkundungs- / GIS-Systemen stark eingeschränkt. Somit kommen fur ein kontinuierliches Monitoring eigentlich nur NOAA AVHHR-Daten in Frage, da diese im Vergleich zu anderen Satellitendaten (SPOT, LANDSAT) sehr günstig sind. Die räumliche Auflösung ist zwar gering, jedoch ist eine hohe zeitliche Auflösung gewährleistet. Durch die Installierung von Satellitenempfangsstationen in regionalen Fernerkundungszentren in Afrika ist ein 'real-time'-Empfang moglich. Neben NOAA, FAO, USAID und anderen intemationalen Organisationen erfolgen auch auf anderen Ebenen Bemühungen, Satellitenfernerkundungssysteme zu installieren (OTTIC~O 1993). m vorliegenden Fall ist die Geberorganisation das britische Natural Resources Institute. Durch den direkten Empfang des NOAA Satelliten ist man bezüglich der Datenverfügbarkeit unabhängig von Dritten (BRADFORD UNIVERSITY RESEARCH Lill 1991, 1993, BRADFORD UNIVERSITY RESEARCH L ill et at. 1991)

Beim Einsatz von Fernerkundungssystemen sollen verwertbare Ergebnisse, und nicht nur schone, bunte, oft informationsarme Bilder entstehen. Urn dies zu erreichen, ist es nötig, den technisch und methodisch komplexen Bereich der digitalen Bildverarbeitung, Fernerkundung und GIS, samt seiner praktischen Umsetzung mittels Soft- und Hardware, handhabbar zu halten

Dies beinhaltet eine Ausbildung des Personals vor Ort auf diesen Sektoren und den Einsatz von möglichst einfachen Verarbeitungsmethoden. Letzteres muss deshalb nicht zwangsläufig mit schlechteren Resultaten einhergehen. Um einen operationalen Einsatz vor Ort gewährleisten zu konnen, ist es empfehlenswert, einfache Verarbeitungssysteme auf PC-Basis einzusetzen. Die Vorteile einer solchen Vorgehensweise sind ein überschaubarer personeller Aufwand (1-3 Personen), kostengünstige Anschaffung und Unterhalt des Systems, relativ einfache Wartung der Hardware und schnelle Einarbeitung in die verwendete Software. Nachfolgend soIl die Konfiguration am Etosha Ecological Institute skizziert werden. Das gesamte System läuft auf der Basis von handelsüblichen PC's. Es sind drei Computer im Einsatz. Einer dient zum Datenempfang, die beiden anderen zur Datenverarbeitung. Ein Digitalisierbrett und mehrere Farbtintenstrahldrucker dienen als Ein- und Ausgabegerate. Das Kernmodul ist das BURL NOAA Receiving and Processing System, welches den Satellitenempfang und die geometrischen und radiometrischen Vorverarbeitungsschritte gewährleistet. Als Verarbeitungssoftware kommen das Bildverarbeitungssystem IDA und das Geographische Informationsystem IDRISI zum Einsatz (CARTWRIGHT 1991, EASTMAN 1987, EASTMAN 1992, 1993a, 1993b, USAID FEWS 1992). Zudem sind handelsübliche Textverarbeitungs-, Statistik- und Datenbankprogramme verfügbar

Die in dieser Arbeit angewandte Methodik basiert. auf den Möglichkeiten dieser Software. Es kann nicht Ziel dieser Arbeit sein, eine aufwendige Datenanalyse mit Methoden durchzufuhren, die vor Ort nicht verfügbar sind. Falls auf den Einsatz bestimmter Methoden verzichtet wurde, so liegt dass an der Nicht-Verfügbarkeit vor Ort in Etoscha. Eine Ausnahme bildet die Präsentation der Ergebnisse durch das handelsübliche Graphikprogramm CORELDraw! und CORELPhotoPaint!, welches am EEI noch nicht operational eingesetzt wird. Zwar werden in finanzstarkeren Entwicklungshilfeprojekten andere Techniken eingesetzt (ARC/INFO usw.), jedoch benutzen auch die Initiatoren dieser Projekte (FAO, USAID) die selbigen Komponenten (v. a IDA und IDRISI)