Crop Growth Monitoring by Hyperspectral and Microwave Remote Sensing

Methoden und Techniken der Fernerkundung fungieren als wichtige Hilfsmittel im regionalen Umweltmanagement. Um diese zu optimieren, untersucht die folgende Arbeit sowohl die Verwendung als auch Synergien verschiedener Sensoren aus unterschiedlichen Wellenlangenbereichen. Der Fokus liegt auf der Modellentwicklung zur Ableitung von Pflanzenparametern aus fernerkundlichen Bestandsmessungen sowie auf deren Bewertung. Zu den verwendeten komplementaren Fernerkundungssystemen zahlen die Sensoren EO-1 Hyperion und ALI, Envisat ASAR sowie TerraSAR-X. Fur die optischen Hyper- und Multispektralsysteme werden die Reflexion verschiedener Spektralbereiche sowie die Performanz der daraus abgeleiteten Vegetationsindizes untersucht und bewertet. Im Hinblick auf die verwendeten Radarsysteme konzentriert sich die Untersuchung auf Parameter wie Wellenlange, Einfallswinkel, Radarruckstreuung und Polarisation. Die Eigenschaften verschiedener Parameterkombinationen werden hierbei dargestellt und der komplementare Beitrag der Radarfernerkundung zur Wachstumsuberwachung bewertet. Hierzu wurden zwei Testgebiete, eines fur Winterweizen in der Nordchinesischen Tiefebene und eines fur Reis im Nordosten Chinas ausgewahlt. In beiden Gebieten wurden wahrend der Wachstumsperioden umfangreiche Feldmessungen von Bestandsparametern wahrend der Satellitenuberfluge oder zeitnah dazu durchgefuhrt. Mit Hilfe von linearen Regressionsmodellen zwischen Satellitendaten und Biomasse wird die Sensitivitat hyperspektraler Reflexion und Radarruckstreuung im Hinblick auf das Wachstum des Winterweizens untersucht. Fur die optischen Daten werden drei verschiedene Modelvarianten untersucht: traditionelle Vegetationsindices berechnet aus Multispektraldaten, traditionelle Vegetationsindices berechnet aus Hyperspektraldaten sowie die Berechnung von Normalised Ratio Indices (NRI) basierend auf allen moglichen 2-Band Kombinationen im Spektralbereich zwischen 400 und 2500 nm. Weiterhin wird die gemessene Biomasse mit der gleichpolarisierten (VV) C-Band Ruckstreuung des Envisat ASAR Sensors linear in Beziehung gesetzt. Um den komplementaren Informationsgehalt von Hyperspektral und Radardaten zu nutzen, werden optische und Radardaten fur die Parameterableitung kombiniert eingesetzt. Das Hauptziel fur das Reisanbaugebiet im Nordosten Chinas ist das Verstandnis uber die koharente Dualpolarimetrische X-Band Ruckstreuung zu verschiedenen phanologischen Wachstumsstadien. Hierfur werden die gleichpolarisierte TerraSAR-X Ruckstreuung (HH und VV) sowie abgeleitete polarimetrische Parameter untersucht und mit verschiedenen Ebenen im Bestand in Beziehung gesetzt. Weiterhin wird der Einfluss der Variation von Einfallswinkel und Auflosung auf die Bestandsparameterableitung quantifiziert. Neben der Signatur von HH und VV ermoglichen vor allem die polarimetrischen Parameter Phasendifferenz, Ratio, Koherenz und Entropy-Alpha die Bestimmung bestimmter Wachstumsstadien. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die komplementaren Fernerkundungssysteme Optik und Radar die Ableitung von Pflanzenparametern und die Bestimmung von Heterogenitaten in den Bestanden ermoglichen. Die Synergien diesbezuglich mussen auch in Zukunft weiter untersucht werden, da neue und immer variablere Fernerkundungssysteme zur Verfugung stehen werden und das Umweltmanagement weiter verbessern konnen.