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• Mit umfassenden Flug-, Boden- und Satellitenmessungen bei München lieferten interdisziplinäre Forschungsteams wichtige Daten zur Vorbereitung der Umweltmissionen ROSE-L und CHIME.

• Das DLR koordinierte dabei die viermonatige Messkampagne CROPEX25 im Auftrag der ESA.

• Die Ergebnisse helfen, die Analyseverfahren für landwirtschaftliche Erdbeobachtungsdaten zu entwickeln, und sie leisten einen wichtigen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit und Nachhaltigkeit.

• Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Umweltbeobachtung
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Wie gesund ist unser Boden? Und wie lassen sich Veränderungen frühzeitig erkennen? Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen diese Fragen im Frühjahr und Sommer 2025 über der Region Puch nahe München intensiv untersucht. Im Rahmen der Messkampagne CROPEX25 wurden landwirtschaftliche Flächen über einen gesamten Vegetationszyklus hinweg regelmäßig mit Forschungsflugzeugen überflogen sowie am Boden vermessen - mit modernsten Sensoren, Radar- und Kamerasystemen. CROPEX25 ist Teil der Vorbereitung für die europäischen Copernicus-Erdbeobachtungsmissionen ROSE-L und CHIME. Ziel ist es, die Landwirtschaft künftig aus dem All noch besser unterstützen zu können, etwa durch die globale Erfassung von Bodenfeuchte, Biomasse oder Vegetationsbedeckung.

Koordiniert wurde die Kampagne vom DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Beteiligt waren auch die Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München sowie das Helmholtz-Zentrum für Geowissenschaften (GFZ). Parallel und ergänzend dazu erstellte das DLR Earth Observation Center (EOC) Hyperspektral-Aufnahmen mit seinem Kamerasystem HySpex und wöchentliche Drohnen- sowie spektrale Boden- und Atmosphärenmessungen.

Satellitendaten von morgen - heute schon getestet

Im Mittelpunkt der CROPEX25-Messungen stand das hochleistungsfähige flugzeuggestützte Radarsystem F-SAR des DLR-Instituts für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, mit dem die Forschenden wiederholt alle sechs Tage Überflüge des Testgebiets durchführten. Dies entspricht den zukünftig geplanten Überflügen des ROSE-L-Satelliten, dessen Start für Anfang 2029 geplant ist. F-SAR nahm dabei einen weltweit einmaligen Datensatz in vier verschiedenen Frequenzbereichen (X-, C-, S- und L-Band) auf. Insgesamt führte das Radarteam 23 Messflüge durch. An speziellen Tagen fanden die Flüge jeweils morgens, mittags und abends statt, um mögliche tägliche Veränderungen des Bodens und der Pflanzen festzuhalten.

Die Datenerfassung erfolgte mit innovativen bildgebenden Verfahren wie Polarimetrie, Interferometrie und Tomographie. Dazu flogen die erfahrenen Testpiloten des DLR die vorgegebenen Pfade metergenau ab, unterstützt durch das im F-SAR integrierte satellitengestützte Navigationssystem. Parallel zu jedem Flug sammelte ein Team der LMU Bodenmessdaten mit Boden- und Vegetationsparametern, wie etwa Bodenfeuchte, Oberflächenrauigkeit, Pflanzen-Wassergehalt und Pflanzen-Biomasse. Für die Radarmessflüge kam das DLR-Forschungsflugzeug Dornier Do228-212 zum Einsatz, das von der DLR-Einrichtung Flugexperimente in Oberpfaffenhofen betrieben wird und speziell für den Einsatz modifiziert wurde.

Tiefe Einblicke durch vielfältige Daten

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GFZ sammelten zusätzlich Bodenproben, um deren organische und mineralische Zusammensetzung zu analysieren. In einem Weizenfeld kam außerdem ein spezielles Scatterometer der ESA zum Einsatz, das Veränderungen in der Pflanzenstruktur automatisiert kontinuierlich erfasst. Darüber hinaus wurden auch multi- und hyperspektrale Sensoren des DLR Earth Observation Center (EOC) eingesetzt. Das DLR-Forschungsflugzeug Cessna 208B Grand Caravan mit dem DLR-Kamerasystem HySpex lieferte dabei wichtige Vergleichsdaten zu existierenden Satelliten wie Sentinel-2, EnMAP, DESIS oder PRISMA. Anhand der Hyperspektral-Aufnahmen von HySpex können die Forschenden wichtige biophysikalische Parameter ableiten, insbesondere die oberirdische Biomasse, den Anteil der Vegetationsdecke und die Bodenfeuchtigkeit. Mit den neuen Daten entwickeln die Erdbeobachtungsspezialisten des DLR auch Auswertungsmethoden für die kommende Satellitenmission CHIME weiter.

Als Testgebiet für die Messungen diente die landwirtschaftlich geprägte Region rund um Puch, nahe München. Sie besteht aus wenigen Dörfern mit einigen Waldstücken und mehr als 80 Prozent landwirtschaftlicher Fläche. Auf den Testflächen wurden 15 Felder ausgewählt, die verschiedene Kulturarten repräsentieren. So stellten die Forschungsteams sicher, dass sie umfassende Messdaten sammeln können. Die meisten Felder gehören den Bayerischen Staatsgütern, einem Betrieb des Freistaats Bayern, die die Datenerhebungen genehmigt haben.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit als Schlüssel

Die CROPEX25-Kampagne zeigt, wie wichtig interdisziplinäre Kooperation in der Umweltforschung ist. Die beteiligten Teams kombinierten ihre Daten zu einem detaillierten Bild des Pflanzen- und Bodenzustands. Gemeinsam entwickelten sie neue Analyseverfahren, die künftig helfen sollen, Umweltrisiken frühzeitig zu erkennen und nachhaltige Landwirtschaft zu fördern. In den neuen, umfassenden Datensätzen spiegelt sich die enge und interdisziplinäre Zusammenarbeit der Forschungsteams wider.

Mit Blick auf den globalen Wandel sind dringend hochleistungsfähige Satellitensysteme gefragt, die den Zustand von landwirtschaftlichen Feldern dokumentieren und Informationen über den Zustand der Pflanzen liefern können. Mit dem erfolgreichen Abschluss der Messkampagne hat das DLR einen entscheidenden Beitrag zur Vorbereitung der nächsten Generation von Umweltsatelliten geleistet - und damit einen weiteren Schritt in Richtung präziser, globaler Erdbeobachtung gemacht.

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Über die Mission ROSE-L
Das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus wird mit der Mission ROSE-L (Radar Observation System for Europe in L-band) kritische Umweltveränderungen erfassen. Der Satellit soll 2029 starten und mit seinen Radardaten die Überwachung von europäischen Georisiken wie auch Oberflächenbewegungen erheblich verbessern. ROSE-L unterstützt verbesserte Kartierungen für die Waldbewirtschaftung, liefert wichtige Informationen für die Landwirtschaft und die Lebensmittelsicherheit. Dank der Messungen im langwelligen L-Band kann die Mission künftig unter anderem die Bedeckung der Landoberfläche global klassifizieren, den Feuchtigkeitsgehalt in Böden ermitteln sowie Bodensenkungen detektieren. ROSE-L liefert auch Daten über den Meeresgebieten und trägt zur Überwachung der Arktis bei, indem es neue Informationen über Meereis, Eisberge, Gletscher und Eiskappen liefert.
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Bildunterschriften der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildungen der Originalpublikation:

• Die im Rahmen der CROPEX25-Kampagne aufgenommenen polarimetrischen Radardaten (hier im X-Band mit drei Zentimeter Wellenlänge) erlauben eine Einfärbung der Bilder entsprechend ihrer physikalischen Eigenschaften. Blau deutet auf Oberflächenstreuung hin, zum Beispiel auf einem frisch ausgesäten Acker. Rot zeigt Zweifachstreuung an, zum Beispiel an Häuserwänden und der Erdoberfläche, und in Grün erscheinen Bereiche mit Mehrfachstreuung innerhalb eines Volumens, zum Beispiel einem Getreidefeld oder dem Kronenbereich eines Waldes. Bild: 1/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

• Entwicklung der Vegetation im Verlauf von mehreren Wochen
Das Radarbild der bayerischen Testregion Puch zeigt die Entwicklung der Vegetation von April bis Juli 2025 in etwa zweiwöchigem Abstand (von links nach rechts): Jeder Bildteil zeigt eine Radaraufnahme der gleichen Region im Verlauf der Messkampagne im X-Band. Deutlich sind die Veränderungen der Farben auf den Feldern im Verlauf der Zeit zu erkennen. Dies ist ein eindeutiges Signal, dass sich der Zustand des Bodens und die Vegetation durch Bodenbedeckung und Pflanzenwachstum verändert haben. Bild: 2/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

• Das Forschungsflugzeug Dornier Do228-212 D-CFFU mit eingebautem F-SAR-System. Das Radarsystem selbst ist in der Kabine eingebaut, die Antennen für die verschiedenen Wellenlängen (hier im X-, C-, S- und L-Band) sind an einem Antennenträger auf der rechten Seite des Rumpfs montiert. Bild: 7/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)