Earth Observation

Gebäude und Straßen nehmen die Wärme der Sonne auf und geben sie stärker ab als Wiesen und Wälder. Wo viel Beton und wenig Grün ist, wird die Stadt zu einer Insel, die wärmer ist als ihre Umgebung, tagsüber und nachts, in jeder Jahreszeit.

Die gespeicherte Wärme entweicht langsam, deshalb spürt man die Insel stärker nach Sonnenuntergang. Es zählen auch die Form der Straßen, die den Wind aufhält, und die Wärme von Verkehr und Klimaanlagen. Inseln gibt es auch innerhalb derselben Stadt: Ein Viertel aus Beton ist wärmer als eines mit Bäumen.

Der Satellit misst nicht die Luft. Er misst die Temperatur der Oberfläche, also die Wärme, die Dächer, Asphalt, Wiesen und Baumkronen nach oben abstrahlen. Sie heißt LST, land surface temperature.

Die beiden Temperaturen können sehr weit auseinanderliegen: An einem Sommertag werden ein Dach oder der Asphalt in der Sonne 28 bis 50 °C wärmer als die Luft, während Flächen im Schatten oder nasse Flächen nah an der Lufttemperatur bleiben. Nachts nähern sich die beiden an. Deshalb werden die Satellitendaten mit denen der Bodensensoren zusammengeführt.

Copernicus ist das Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union, zusammen mit der ESA: Seine Daten sind kostenlos und frei zugänglich. Die Sentinel-3-Satelliten tragen SLSTR, ein Radiometer, das die Temperatur der Land- und Meeresoberfläche misst, mit zwei Blickwinkeln, um den Effekt der Atmosphäre zu korrigieren.

Die Grenze ist die Auflösung: Ein Wärmepixel von Sentinel-3 ist einen Kilometer groß. Das reicht gut, um eine Stadt mit dem Umland zu vergleichen und Tag und Nacht zu verfolgen; um ein Viertel vom anderen zu unterscheiden, braucht es die Thermalkanäle von Landsat, mit 100 Metern. Im Projekt haben wir Daten der Sentinel- und Landsat-Missionen verwendet.

Das Team ist im März 2025 entstanden. Zuerst die Theorie, mit wöchentlichen Treffen: Datenanalyse, Machine Learning und Deep Learning, bis hin zu Foundation Models für die Erdbeobachtung. Dann die ersten Übungen in Python mit Daten von OpenStreetMap, zum Beispiel die Gebäude am nächsten an den Wasserläufen im Stadtviertel Marassi.

Dann die professionellen Werkzeuge, die GIS-Systeme und Google Earth Engine, und das Projekt zu den Wärmeinseln von Genua: eine Plattform, um die heißesten Zonen zu finden, zu verfolgen und zu zeigen, indem die Oberflächentemperatur zwischen den Stadtzonen verglichen wird. Der nächste geplante Schritt waren Modelle, um die Wärme vorherzusagen und Maßnahmen zu simulieren, wie mehr Grün und Materialien, die die Sonne reflektieren.