Fernerkundung von Chlorophyllfluoreszenz mit Kleindrohnen (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs)

• Antragstellerin: Dr. Juliane Bendig
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289370018

Dieses Projekt dient der Verbesserung unseres Verständnisses für die pflanzliche Photosynthese mit Hilfe von innovativer Fernerkundungstechnik. Es wird eine Kleindrohne, Unmanned Aerial Vehicle (UAV), eingesetzt um die solar induzierte Chlorophyllfluoreszenz (SIF) von Pflanzen zu messen. Mit der SIF lässt sich die Photosynthese Aktivität von Pflanzen messen, die durch Stress z.B. Krankheit, verringert wird. Durch Messung der SIF lassen sich Stresszustände detektieren, bevor diese durch bloße Betrachtung im Pflanzenbestand sichtbar sind. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für die Erforschung ganzer Ökosysteme und eine ressourcenschonende und ertragreichere Landwirtschaft.In diesem Forschungsvorhaben soll ein Feldspektrometer, welches an einem UAV befestigt ist, das SIF-Signal messen. Ein Feldspektrometer misst die Stärke des von einer Oberfläche reflektierten Lichts. Mit dem Feldspektrometer können sehr nah aneinander liegende Wellenlängenbereiche differenziert werden, eine Voraussetzung zur Messung der SIF. Ein Problem ist, dass das SIF-Signal nur 2% der Gesamtreflexion ausmacht und Störeffekte das Signal überlagern können. Das erste Ziel ist das SIF-Signal mit Leuchtdioden die Licht im selben Wellenlängenbereich wie die SIF ausstrahlen zu kalibrieren und zu validieren.Zusätzlich werden Effekte untersucht die das Signal beeinflussen: die Sonneneinstrahlung, die Beschaffenheit des Blattwerks, der vertikale Aufbau der Pflanzen und die Flughöhe. Zur Untersuchung der räumlichen Verteilung dieser Effekte sollen viele punktuelle Messungen mit dem drohnengetragenen Feldspektrometer in einem Gebiet aufgenommen werden. Daraus lässt sich eine räumlich explizite Fluoreszenzfläche interpolieren. Anhand dieser Fläche lässt sich die räumliche Veränderung des Signals, z.B. in Abhängigkeit zur Pflanzenstruktur, untersuchen.Das Signal ändert sich mit der Betrachtung einer Landschaft oder eines einzeln Feldes. Entsprechend dem Betrachtungsmaßstab werden der Sensor und seine Trägerplattform angepasst z.B. hand- oder traktorgetragenem Systeme, Flugzeuge und Satelliten. Kleindrohnen bis 5 kg Gesamtgewicht schließen die Lücke zwischen Beobachtungen am Boden und aus großer Höhe, indem sie in bis zu einigen 100 m fliegen und flexibel, effizient und kostengünstig räumliche Daten aufnehmen können.Der Vergleich des Feldspektrometers mit einem etablierten System für Messungen am Boden (LIFT Sensor) ist ein weiteres Ziel dieses Forschungsvorhabens, welches der verbesserten Interpretierbarkeit des SIF-Signals dient. Die Erkenntnisse aus diesem Vergleich, kombiniert mit der Untersuchung des Signals in unterschiedlichen Flughöhen, lassen sich als Basis für die Vorbereitung von Satellitenmissionen nutzen z.B. der europäischen FLEX Mission. Letztlich werden die in diesem vorgeschlagenen DFG Projekt erfassten Daten dazu beitragen, das SIF-Signal in unterschiedlichen Betrachtungsebenen besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Dr. Arko Lucieer