Neue Albedo-Bertung mit Hilfe eines Dronen-Pyranometers

Neue Albedo-Bertung mit Hilfe eines Dronen-PyranometersArtikelbild
Veröffentlicht: Dienstag, 23. Mai 2017 Von Charlotte Levy, PhD Student - Goodale & Fahey Labs, Cornell University und Martin LaChance, UAV Imaging Services – Das Verständnis des globalen Klimawandels ist ein komplexer Prozess, denn kleine Abweichungen in schwer messbaren Variablen können global betrachtet großen Auswirkungen haben. Die Albedo ist ein Maß für die Reflexionsfähigkeit einer Oberfläche. Wenn eine Oberfläche die Sonnenenergie reflektiert, anstatt sie als Wärme zu absorbieren, kann sie sowohl lokal als auch global zu beträchtlicher Ab

Sie kennen den Unterschied zwischen einer Sommerfahrt in einem weißen Auto und einem schwarzen Auto. An der Oberfläche reflektierte Energie hat keine Chance, den Innenraum des Autos zu erwärmen. Die Albedo kann auf verschiedenen Oberflächen sehr unterschiedlich sein (denken Sie an ein Schneefeld oder eine Waldlandschaft), was zu klimatisch signifikanten Unterschieden in der Strahlungsbilanz.

Verfügbare Albedo-Daten nur in geringer Auflösung

Studien über globale Muster der Albedo und der Landnutzung stützen sich bisher meist auf die Angaben von Breitband-Satelliten-Albedo-Messgeräten. Die am häufigsten verwendeten Albedo-Datensätze, die bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion (BRDF) von MODIS, die Nadir BRDF-Adjusted Reflectance (NBAR) und Albedo-Produkte (MCD43) haben jedoch eine räumliche Auflösungsgrenze von 500 m, trotz des erklärten Bedarfs der Ökologen an einem Produkt mit feinerer Auflösung..

Es gab viele Versuche, umfassendere Schätzungen der Albedo zu entwickeln, doch sie stoßen an ihre eigenen Grenzen. Feste Türme an Standorten im ganzen Land haben im Lauf der Zeit eine feinskalige Quantifizierung der Albedo ermöglicht, aber sie haben nur kleine Flächen und repräsentieren die Variation über größere Flächen vermutlich nur ungenau.
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Neues Verfahren der Albedo-Messung mit Hilfe von Dronen

Wir haben eine neuartige Methode zur Schätzung der Albedo entwickelt, anhand derer Messungen mit leichten, unbemannten Fluggeräten (UAVs) in niedriger Höhe, auch bekannt als Drohnen, flexibler und kostengünstiger durchgeführt werden können. UAVs gelten zunehmend als Kompromiss zwischen Satellitenschätzungen mit grober Auflösung und standortspezifischen Punktmessungen am Boden, da sich die Technologie weiterentwickelt hat und die Bundesvorschriften für den Einsatz gelockert wurden. Dank der jüngsten Anpassungen der FAA-Vorschriften ist die UAV-Technologie leichter umsetzbar denn je und bietet nun ein brauchbares Werkzeug für die Albedo-Schätzung.

Die Messausrüstung

Die Messungen der kurzwelligen Breitband-Albedo wurden mit Kipp & Zonen CMP6 und CMP3 Pyranometern durchgeführt. Die einfallende globale Kurzwellenstrahlung wurde mit dem CMP6 der an der Spitze eines 9 m hohen Teleskopmastes montiert ist gemessen und mit einem Kipp & Zonen METEON-Datenlogger aufgezeichnet. Der nach unten gerichtete CMP3 wurde an der Unterseite eines speziell angefertigten UAVs befestigt. Er wird durch eine motorisierte kardanische Aufhängung nivelliert, und die Daten werden von einem weiteren METEON®-Datenlogger aufgezeichnet..

The mast

Der Mast mit dem nach oben gerichteten Pyranometer CMP6 wurde am Startplatz der Drohne aufgestellt, etwa 200 m vom Endmesspunkt des nach unten gerichteten CMP3 entfernt, der von der Drohne in 120 m Höhe über dem Boden gehalten wird. Die Albedo wurde als das Verhältnis zwischen dem 30-sekündigen Mittelwert der Messungen der einfallenden und der reflektierten Strahlung durch die beiden Pyranometer berechnet.

Der Standort war eine Forschungsstätte im Heiberg Memorial Forest der State University of New York in der Nähe der Stadt Tully. Die Drohne machte am 27. Juli 2016 einige ca. 12-minütige Flüge. Bei fünf Flügen um die Mittagszeit (13:11 Uhr) befand sich die Drohne auf dem zugewiesenen Längen- und Breitengrad und in der definierten Höhe von 120 m. Werte aus Flügen mit störender Bewölkung, wobei dies sowohl auf Beobachtung der Verhältnisse vor Ort, als auch auf der Annahme basiert, dass die gesamte einfallende Sonneneinstrahlung unter dem gewählten Schwellenwert von 750 W/m2 lag, wurden entfernt.

Erster Drohnentest vielversprechend

Die Flüge zeigten, dass das auf Drohnen montierte Pyranometer in der Lage war, konsistente Messungen der reflektierten Sonnenstrahlung vorzunehmen. Die daraus resultierenden Albedo-Werte stimmten mit existierenden Aufzeichnungen für ähnliche Waldbestände überein. Soviel uns bekannt ist, wurden bisher keine erfolgreichen Albedo-Messungen durch Drohnen durchgeführt; dennoch bieten sie eine wichtige Möglichkeit, flexible Messungen über einen weite Flächen zu realisieren.

Türme sind in ihrem maximalen Sichtbereich begrenzt, erfordern eine umfangreiche Infrastruktur und sind auf einzelne geografische Punkte beschränkt. Drohnenmessungen dagegen, könnten eine detaillierte Charakterisierung der Albedo über eine breite Palette von Oberflächentypen ermöglichen. Sie könnten zur Validierung von Satellitenschätzungen oder zur Charakterisierung von Bedingungen, die sich durch Satellitenschätzungen nicht ausreichend erfassen lassen herangezogen werden, z.B. eine vorübergehende Schneebedeckung im Kronendach oder Albedounterschiede zwischen unterschiedlichen Pflanzenbeständen.

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