Projekt des Monats

Raum-Zeit-Visualisierung dynamischer Umweltphänomena

Projektteam Raum-Zeit-Dynamik (von links nach rechts) Die Studierenden Joshua Azvedo und Ina Seiwert sowie Prof. Dr. Peter Fischer-Stabel (Foto: Jannik Scheer)

Umweltbezogene wie sozialwissenschaftliche Daten haben in der Regel einen ausgeprägten Orts- und Zeitbezug. Demzufolge enthalten Umweltdaten nur durch Kenntnis von Örtlichkeit und Zeitpunkt ihrer Erfassung einen Informationsgehalt.

Parallel zur Intensivierung der Umweltdatenerhebung entwickelten sich in jüngster Zeit zudem auch neue Konzepte, welche die Raum-Zeit-Dynamik in Umweltdaten modellieren, analysieren und ansprechend visualisieren lassen. Ziel des vorgestellten Projekts ist es, aktuelle Entwicklungen auf diesem Gebiet aufzugreifen, und an ausgewählten Beispielen einzusetzen.

Fallstudie 1: Hochfrequente raum-zeitliche Variation am Beispiel von Atmosphärendaten des Copernicus Programms

Der Copernicus-Atmosphärenüberwachungsdienst liefert als ein Teilprojekt im Copernicus Programm von Europäischer Union (EU) und der European Space Agency (ESA) kontinuierlich Daten und Informationen über die Zusammensetzung unserer Atmosphäre. Tägliche Informationen über die globale Beschaffenheit der Atmosphäre durch Monitoring und Vorhersage von Bestandteilen wie z.B. Treibhausgasen (Kohlendioxid und Methan) werden von diesem Dienst ebenso geliefert wie Informationen zu Ozon-Konzentrationen und Aerosolen.

Aufgrund der zeitlichen und räumlichen Variabilität solcher Atmosphärendaten sind diese für eine Betrachtung von hochdynamischen Raum-Zeit-Visualisierungen prädestiniert. Hierbei werden sogenannte Raum-Zeit-Datenwürfel erstellt, welche die Visualisierungssoftware schliesslich auswertet.

NetCDF (Network Common Data Form) ist dabei eine geeignete Datenstruktur, mit der mehrdimensionale wissenschaftliche Variablen wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Windgeschwindigkeit und Windrichtung oder die oben genannten Atmosphärendaten strukturiert abgelegt werden können.

Projektbezogene Visualisierungsbeispiele bezgl. hochfrequenter Änderungen von Raum-Zeit-Relationen können unter anderem folgender Webseite entnommen werden: https://www.umwelt-campus.de/umweltinformationssysteme/systembeispiele/projekt-klimawandel

Fallstudie 2: Dekadenüberspannende Raum-Zeit-Analysen

Neben Parametern und Prozessen, die sich hochfrequent in Raum und Zeit ändern, finden in unserer Umwelt an vielen Stellen Veränderungen statt, die sich quasi schleichend über einen längeren Zeitraum erstrecken und durch Zeitreihenanalysen, welche mehrere Dekaden umfassen, in ihrer Bedeutung und zum Teil dramatischen Ausprägung sichtbar gemacht werden können.

Mit Blick auf den Klimawandel und die Klimawandelfolgen, sowie auf die Biodiversität ist dabei die Vernichtung und Degradation des Primärwaldes in den Tropen als eines der herausragenden Probleme bekannt. Während sich der Blick in den Medien dabei häufig auf die Situation des Tieflandregenwaldes des Amazonasbeckens fokussiert, finden auch in Zentralafrika bzw. Süd-Ost-Asien kontinuierlich Entwaldungsprozesse statt. In diesem Zusammenhang sind die noch existierenden Primärwaldvorkommen, deren Bestand in SE-Asien seit geraumer Zeit bedroht ist, von prominenter Bedeutung.

Mittels Auswertung von Multispektraldaten der Erdbeobachtung aus verschiedenen – zum Teil historischen- Programmen und Missionen (Programme Corona, Landsat, Sentinel-2) und unter Hinzuziehung historischer Kartenwerke wird im Rahmen der Projektarbeit der Entwaldungsprozess im Grenzgebiet von Thailand, Laos und Kambodscha dokumentiert und visualisiert. Nachfolgende Übersichtskarte zeigt die Lage des Untersuchungsgebietes.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema können der Webseite zum Projekt Ewald (Fernerkundungsbasierte Erfassung der Primärwalddegeneration in Süd-Ost-Asien) entnommen werden. (https://www.umwelt-campus.de/iss/projekte/laufende-projekte/ewald )