Umweltbeobachtung am Beispiel von Copernicus Satellitendaten im Wassergütemessnetz Hamburg: Ein Vergleich von Chlorophylldaten

Abstract

Das Wassergütemessnetz in Hamburg untersucht seit 1988 die Gewässergüte der Hamburger Gewässer. Durch stätige Entwicklung hat es sich immer weiterentwickelt. Durch eine Entwicklung der Europäischen Union in Kombination mit der Europäischen Weltraumorganisation entstand für das Wassergütemessnetz eine neue Möglichkeit zur Erfassung zusätzlicher Daten: die Fernerkundung. Die Europäischen Union in Kombination mit der Europäischen Weltraumorganisation startete ein Projekt für ein, durch Satelliten gestütztes, Messprogramm: das Copernicus-Programm. Dieses Programm liefert Umweltmessdaten für jeden frei und kostenlos. Dies möchte sich das Wassergütemessnetz in Hamburg zunutze machen. Chlorophyll wird als eine von vielen Messgrößen in vier Messstationen der Hamburger Gewässer im 10-Minutentakt, als auch mehrfach im Jahr durch Hafenmessfahrten erfasst. Die folgende Bachelorarbeit befasst sich mit einem Vergleich der In-Situ-Daten des Wassergütemessnetzes und den Datensätzen der Sentinel-2-Satelliten. Sie liefert erste Ergebnisse, ob die Chlorophyllmesswerte der Sentinels geeignet sind, um die Chlorophyllkonzentration des Alsterlaufs und natürliche Ereignisse, wie Algenblüten in den Seen des Hamburger Umlands, darzustellen. Die Ergebnisse des Vergleichs zeigen, dass sowohl Satelliten-, als auch In-Situ-Messungen Abweichungen unterliegen. Trotz dessen zeigt ein Vergleich der Messdaten einen nahezu linearen Zusammenhang. So haben 30 der 47 auf der Hafenmessfahrt am 4. Juli 2018 gemessenen Werte eine Abweichung von unter 30 % gegenüber den Satellitenmesswerten. Ebenfalls übereinstimmend sind die Ergebnisse des Vergleichs der Messungen der Messstationen des Wassergütemessnetzes mit den Satellitendaten. Auch dort herrscht bei vielen Messungen ein erkennbarer Zusammenhang. Allerdings zeigen auch einige Satellitenmesswerte eine sehr schlechte Übereinstimmung gegenüber den In-Situ-Messwerten. Um eine verbesserte Vergleichbarkeit gegenüber den In-Situ-Daten zu schaffen, will das Wassergütemessnetz in Zukunft an Verbesserungen bezüglich der Berechnung und Fehlerbehebung der Sentinel-2-Daten arbeiten.

The Wassergütemessnetz in Hamburg investigates the water quality of hamburgs waters since 1988. The European Union in combination with the European Space Agency has created a new way of collecting additional data for the Wassergütemessnetz: remote sensing. The European Union in combination with the European Space Agency launched a project for a satellite-based measurement program: the Copernicus Programme. This program provides environmental measured data for everyone at no charge. Consequently, the Wassergütemessnetz would like to take advantage of this. Chlorophyll is one of many measured variables in the water monitoring stations of Hamburg. It is measured in the monitoring stations in 10-minute-cycles as well as several times a year via port measure boat trips. The following bachelor thesis compares In-Situ-Data of the Wassergütemessnetz and data sets of the Sentinel-2-Satellites. The goal is to provide first insights about the Sentinel-2 measurements and if they are suitable to display chlorophyll concentrations and algae blooms in the river Elbe and in lakes in and around Hamburg. The results of the comparison show that satellite and in-situ measurements are subject to deviations. Despite this, the comparison of the measured data shows a nearly linear relationship. For example, 30 out of 47 measured values of the in-situ measurement, measured on the 4th July 2018 via port measure boat trip, have a deviation of less than 30% from the satellite measurements. In addition, the results of the comparison between the measurements of the stations of the Wassergütemessnetz with the satellite data had recognizable correlation in many measurements. However, some measurements also show a very poor correlation between the data sets, which is why the Wassergütemessnetz wants to work on improvements in the calculation and debugging of Sentinel 2 data in the future, to provide improved comparability with the original in-situ measurements of the Wassergütemessnetz.