Monitoring des Effekts von Sanddämmen auf die Wasserverfügbarkeit in semi-ariden Regionen anhand von Satellitenbild-Zeitreihenanalysen

01.08.2023

Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat bereits heute enorme Auswirkungen auf die globalen, regionalen und lokalen Dynamiken des Wasserkreislaufs und es ist zu erwarten, dass diese Auswirkungen in naher Zukunft bereits extremer werden (Pörtner et al. 2022). Schon jetzt ist in semi-ariden Regionen der Erde zu beobachten, dass Flusssysteme durch längere Trockenphasen und stärkere Verdunstungsraten weniger nutzbares Wasser führen, was direkte negative Folgen für Ökosysteme hat sowie die natürlichen Lebensgrundlagen der Bevölkerung bedroht (Kalele et al. 2021).
Derzeit leben rund 1.5 Milliarden Menschen in semi-ariden Gebieten und es ist mit einer Zunahme durch Verschiebungen von Klimazonen zu rechnen. Um deren Ernährungssicherheit zu gewährleisten und der drohenden Wasserknappheit entgegenzuwirken, sind Maßnahmen auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Maßstäben notwendig. Eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Methode ist die Konstruktion von Staumauern entlang des Fließquerschnitts von saisonal-wasserführenden Flüssen. Diese fungieren als natürliche Barrieren und füllen sich innerhalb weniger Jahre mit Sediment, in welchem sich das Wasser sammelt und vor Verdunstung und zu schnellem Abfluss geschützt ist. Zusätzlich steigt der Grundwasserspiegel flussaufwärts und durch die Filterwirkung des Sands wird das Wasser gereinigt. Im Sedimentkörper gespeichert wird es für Menschen einfach zugänglich und trägt zur Stärkung der lokalen Resilienz gegenüber den Gefahren des Klimawandels und zu lebenswerteren Umweltbedingungen bei (Quilis et al. 2009, s. Abbildung im Anhang „Funktionsprinzip eines Sanddamms“)
Jedoch sind diese sogenannten Sanddämme trotz ihres hohen Potenzials zur Steigerung der Wasserverfügbarkeit bisher wenig verbreitet, was an ihrer geringen Bekanntheit, aber auch an mangelnder wissenschaftlicher Aufarbeitung ihrer Effektivität liegt (Ryan & Elsner 2016).
Methoden der bildgebenden Fernerkundung sind dazu imstande, Veränderungen auf der Erdoberfläche über lange Zeiträume zu identifizieren und zu quantifizieren. Allerdings ist das Wasser in episodischen Flusssystemen aufgrund seiner Flüchtigkeit und der Wiederkehrrate von operationellen Satellitenmissionen nicht in traditionellen Ansätzen der Erdbeobachtung abbildbar. Seine Präsenz und Auswirkungen auf den Wasserkreislauf können nur durch Ersatzvariablen wie die Zunahme der natürlichen Vegetation (klassifiziert oder als Index), die Ausbreitung landwirtschaftlicher Nutzungsformen oder den Ausbau von Verkehrs- und Versorgungsinfrastrukturen als Zeichen nachgewiesen werden. Um statistisch belastbare Informationen zu erhalten, müssen diese Veränderungen entlang engmaschiger Zeitreihen beobachtet werden.
Das vorgestellte Projekt zielt darauf ab, die Wirkung von Sanddämmen in ausgewählten Regionen Afrikas durch Zeitreihenanalysen von Satellitenbildern qualitativ und quantitativ zu ermitteln. Es führt auf diese Weise die Expertise beider Antragsteller auf innovative Weise zusammen: Fernerkundung zur Unterstützung humanitärer Arbeit, satellitengestütztes Umweltmonitoring sowie semantische Erdbeobachtungs-Datenwürfel (engl. Earth Observation Data Cube, im Folgenden EO Data Cube genannt) und Zeitreihenanalysen.