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LUBW Grafik des Monats: „Dunkle“ Seen als Herausforderung für die Fernerkundung

Im Rahmen des Projekts SAMOSEE-BW: Satellitenbasiertes Monitoring von Seen in Baden-Württemberg der Digitalisierungsstrategie des Landes Baden-Württemberg hat das Institut für Seenforschung (ISF) der LUBW Satellitendaten ausgewertet, um die Wasserqualität verschiedenster Seen in Baden-Württemberg zu bewerten. Damit soll es in Zukunft möglich sein, auch kleinere Seen regelmäßig zu überwachen und bei kritischen Entwicklungen rechtzeitig einzugreifen. Ein Wert, der die Gewässergüte eines Sees zeigt, ist das Vorkommen des Blattfarbstoffs Chlorophyll-a. Dieser ist für die Photosynthese von Pflanzen zuständig und zeigt an wie viele Algen und Phytoplankton in einem See vorhanden sind. Kommt besonders viel Chlorophyll-a vor, ist der See sehr nährstoffreich und es stehen viele Algen als Nahrung für die Lebewesen im Gewässer zur Verfügung.

Grafik zeigt: die Chlorophyll-a-Konzentration in vier unterschiedlichen Seen. Links ist jeweils die gemessene Konzentration mittels Satelliten zu sehen, rechts die anhand von Wasserproben aus dem See ermittelten Konzentration. Der Punkt zeigt dabei den Mittelwert der Daten an, die Balken die Spannweite der gemessenen Konzentrationen. Beschreibung der Daten im umgebenden Text.

Grafik zeigt: die Chlorophyll-a-Konzentration in vier unterschiedlichen Seen. Links ist jeweils die gemessene Konzentration mittels Satelliten zu sehen, rechts die anhand von Wasserproben aus dem See ermittelten Konzentration. Der Punkt zeigt dabei den Mittelwert der Daten an, die Balken die Spannweite der gemessenen Konzentrationen. Bildnachweis: LUBW

Chlorophyll-a aus der Luft erkennen

Mittels Multispektralsensoren wird die Farbe des Gewässers überprüft. Durch die Absorption des Lichts von Chlorophyll-a erscheint das Wasser im See grün.
Bereits im Vorgänger-Projekt WasMon-CT wurden die mittels Satelliten erfassten Daten mit Wasserproben verglichen, die Vor-Ort (in-situ) entnommen wurden. Der Vergleich der Daten für vier ausgewählte Seen zeigt die Grafik des Monats.

Der Unterschied zwischen „hellen“ und „dunklen“ Seen

Beim Vergleich der Daten aus der Satellitenfernerkundung und von Proben direkt aus dem Wasser ist erkennbar, dass sie beim Ehrlichsee Süd und Bergsee sehr ähnlich sind. Beim Titisee und der Schwarzenbachtalsperre ist jedoch ein Unterschied erkennbar. Das liegt daran, dass die Seen beide sehr dunkel sind. Durch die waldreiche Gegend und das Waldeinzugsgebiet, in denen die Seen liegen, sind sie besonders huminstoffreich. Huminstoffe sind langkettige organische Verbindungen, die bei der Zersetzung von tierischen und pflanzlichen Überresten entstehen und gelbbraun bis schwarz gefärbt sind.

Bei dunklen, huminstoffreichen Seen kommt es zur Absorption von Licht durch die Huminstoffe in Bereichen des optischen Spektrums, in denen auch Chlorophyll-a Licht absorbiert. Deswegen überlagern sich die Absorptionsspektren der beiden sehr unterschiedlichen Wasserinhaltsstoffe (Chlorophyll-a und Huminstoffe) und Chlorophyll-a kann nicht mehr direkt erkannt werden. Erst mit vor-Ort genommenen Proben können so die wirklichen Chlorophyll-a-Konzentration verlässlich ermittelt werden.

Verarbeitung der Daten angepasst an den See

Die Satellitendaten von „dunklen“ Seen können reprozessiert werden. Bei der Reprozessierung geht es darum, die Satellitenrohdaten mit veränderten, an die jeweiligen Seen angepassten Parametern (z.B. unter Berücksichtigung der spezifischen hohen Huminstoff-Konzentrationen) neu auszuwerten. Damit wird die Verarbeitung der Daten an einen Seetyp oder einen bestimmten See angeglichen, sodass die Chlorophyll-a-Konzentration genauer bestimmt werden kann.

In Baden-Württemberg gibt es rund 1600 Seen, wovon 28 größer als 50 Hektar, etwa 260 größer als zehn Hektar und rund 1300 größer als ein Hektar sind. Mit den Mitteln der satellitenbasierten Fernerkundung kann das ISF in Zukunft die Seen größer zehn Hektar überwachen und Informationen zur Gewässergüte ableiten und so vorhandene Vor-Ort Messprogramme ergänzen. Für kleinere Seen ist dies nur möglich, wenn die entsprechenden Voraussetzungen gegeben sind.

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Bildnachweis: TypoArt BS/shutterstock.com