Ableitung der Bodenfeuchte aus SIR-C Daten am Beispiel NW-Australiens

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Radarerkundung

2.1 Real Aperture Radar (RAR)

2.2 Synthetic Apertur Radar (SAR)

2.2.1 Aufnahmegeometrie

2.2.2 Streuung von Mikrowellen

2.2.3 Die Radargleichung

2.2.4 Parameter, welche die Rückstreuungsenergie (Pr) beeinflussen

2.2.4.1 Systemparameter

2.2.4.1.1 Wellenlänge

2.2.4.1.2 Polarisation

2.2.4.1.3 Beobachtungswinkel

2.2.4.1.4 Blickrichtung & Objektorientierung

2.2.4.1.5 Auflösung

2.2.4.2 Objektparameter

2.2.4.2.1 Oberflächenrauhigkeit

2.2.4.2.1.1 Markoskalige Rauhigkeit

2.2.4.2.1.3 Mikroskalige Rauhigkeit

2.2.4.2.2 Dielektrizitätskonstante

2.2.5 Speckle

2.2.6 Interpretation von Radardaten

2.2.7 Interferometrie

3. Die SIR-C/X-SAR Mission

4. Ableitung der Bodenfeuchte aus Radardaten

4.1 Die Bedeutung der Bodenfeuchte

4.2 Messung der Bodenfeuchte

4.3 Methoden zur Ableitung der Bodenfeuchte aus Radardaten

4.3.1 Das Modell von Oh, Sarabandi & Ulaby (1992)

4.3.2 Das Modell von Chen, Yen und Huang 1995

5. Die Untersuchungsgebiete

5.1 Nicholson

5.2 Wolf Creek

6. Vorverarbeitung der SIR-C Daten

6.1 Datengrundlage

6.2 Multilook Prozessierung

6.3 Filter

6.4 Vegetationskorrektur

7. Ergebnisse

7.1 Bestimmung der Bodenfeuchte des Untersuchungsgebietes Nicholson

7.1.1 Ableitung der Bodenfeuchte nach Oh, Sarabandi & Ulaby (1992)

7.1.2 Ableitung der Bodenfeuchte nach Chen, Yen & Huang (1995)

7.1.3 Hauptkomponentenanalyse

7.1.4 Diskussion der Ergebnisse

7.2 Bestimmung der Bodenfeuchte des Untersuchungsgebietes Wolf Creek

7.2.1 Ableitung der Bodenfeuchte nach Oh, Sarabandi & Ulaby (1992)

7.2.2 Ableitung der Bodenfeuchte nach Chen, Yen & Huang (1995)

7.2.3 Hauptkomponentenanalyse

7.2.4 Diskussion der Ergebnisse

8. Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse

9. Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Diplomarbeit verfolgt das primäre Ziel, die Bodenfeuchte in den Untersuchungsgebieten Nicholson und Wolf Creek (Nord-West-Australien) unter Verwendung von vollpolarimetrischen SIR-C-Radardaten abzuleiten und zu evaluieren. Hierbei stehen die methodische Aufbereitung der SAR-Daten sowie die Anwendung empirischer und semi-empirischer Modelle im Mittelpunkt der Untersuchung.

• Methodische Aufarbeitung und Vorverarbeitung von SIR-C-Radardaten
• Anwendung und Vergleich der Inversionsmodelle nach Oh et al. (1992) und Chen et al. (1995)
• Analyse der bodenphysikalischen Parameter wie Oberflächenrauhigkeit und Dielektrizitätskonstante
• Statistische Auswertung mittels Hauptkomponentenanalyse zur Identifikation dominanter Streumechanismen
• Bewertung der Anwendbarkeit dieser Modelle unter unterschiedlichen klimatischen und vegetationsbedingten Rahmenbedingungen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Relevanz der Bodenfeuchte im Wasserkreislauf ein und erläutert die Zielsetzung sowie die methodische Vorgehensweise der Arbeit zur Ableitung dieser aus SIR-C-Daten.

2. Radarerkundung: Es werden die physikalischen Grundlagen der Radarsysteme (RAR und SAR) sowie die wesentlichen Einflussfaktoren wie Frequenz, Polarisation und Oberflächenbeschaffenheit auf die Rückstreuung beschrieben.

3. Die SIR-C/X-SAR Mission: Dieses Kapitel liefert eine detaillierte Beschreibung der Shuttle Imaging Radar-Mission, ihrer technischen Spezifikationen und der wissenschaftlichen Bedeutung der gewonnenen Daten.

4. Ableitung der Bodenfeuchte aus Radardaten: Hier werden die theoretischen Modelle von Oh et al. (1992) und Chen et al. (1995) vorgestellt, die zur quantitativen Bestimmung der Bodenfeuchte aus Radar-Rückstreukoeffizienten dienen.

5. Die Untersuchungsgebiete: Das Kapitel charakterisiert die Testgebiete Nicholson und Wolf Creek im Nord-Westen Australiens hinsichtlich ihrer klimatischen Bedingungen, Vegetation und Bodentypen.

6. Vorverarbeitung der SIR-C Daten: Die notwendigen Schritte wie Datenselektion, Multilook-Prozessierung und Filterung zur Vorbereitung der Rohdaten für die spätere Modellierung werden erläutert.

7. Ergebnisse: Die abgeleiteten Bodenfeuchtekarten beider Gebiete werden präsentiert und mittels statistischer Analysen (u.a. Hauptkomponentenanalyse) diskutiert und bewertet.

8. Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse: Das Kapitel resümiert die Eignung der angewandten Modelle und gibt eine kritische Einschätzung der erzielten Resultate.

9. Ausblick: Hier werden Anforderungen an zukünftige Forschungsarbeiten und das Potenzial neuer SAR-Satellitensysteme für ökologische Fragestellungen formuliert.

Schlüsselwörter

Bodenfeuchte, SIR-C, SAR, Fernerkundung, Radarerkundung, Rückstreuung, Bodenfeuchtemodell, Polarisation, Oberflächenrauhigkeit, Dielektrizitätskonstante, Hauptkomponentenanalyse, Nord-West-Australien, Mikrowellen, Vegetationskorrektur, Fernerkundungsdaten

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Die Arbeit befasst sich mit der Nutzung von radarfernerkundlichen Daten, speziell der SIR-C-Mission, zur Bestimmung der Bodenfeuchte in ariden Gebieten Australiens.

Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?

Die Schwerpunkte liegen auf der Radarphysik, der Modellierung von Bodenoberflächeneigenschaften und der Interpretation von vollpolarimetrischen SAR-Daten für hydrologische Fragestellungen.

Was ist die primäre Forschungsfrage?

Wie gut lassen sich mittels existierender semi-empirischer Modelle (Oh et al., Chen et al.) aus luftgestützten SIR-C-Radardaten flächendeckende Aussagen über die Bodenfeuchte in unterschiedlichen australischen Klimazonen treffen?

Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?

Es kommen Inversionsmodelle zum Einsatz, die Rückstreukoeffizienten in Bodenfeuchtewerte übersetzen, ergänzt durch eine statistische Hauptkomponentenanalyse zur Trennung von Oberflächen- und Volumenstreuung.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Neben den theoretischen Grundlagen der Radartechnik werden die Vorverarbeitungsschritte der Daten, die detaillierte Beschreibung der Testgebiete sowie die Anwendung und Validierung der Modelle auf die ausgewählten Szenen detailliert dokumentiert.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?

Bodenfeuchte, SAR, Radarerkundung, Rückstreuung, Modellierung, Polarisation, Hauptkomponentenanalyse und Fernerkundung.

Warum ist eine vegetationsspezifische Korrektur in den Testgebieten problematisch?

Aufgrund fehlender aktueller Felddaten und der komplexen Interaktion zwischen Vegetation (insbesondere bei Sklerophyll-Savannen) und Radarsignal lässt sich der Einfluss des Bewuchses nur schwer isolieren, was die Genauigkeit der Bodenfeuchteschätzung beeinträchtigt.

Wie bewertet der Autor den Einsatz des Chen-Modells im Vergleich zum Oh-Modell?

Das Chen-Modell wird zwar als tendenziell geeigneter für die Differenzierung trockener und feuchterer Bereiche angesehen, beide Modelle liefern jedoch in den untersuchten Testgebieten teils unrealistische absolute Bodenfeuchtewerte, was primär auf den hohen Skelettanteil der Böden zurückgeführt wird.