#SuccessStory: Überflutungen in Italien - Österreichische Expertise im Copernicus-Notfalleinsatz
Anfang Mai 2023 forderten heftige Regenfälle in Norditalien erste Opfer. Um die Situation zu überwachen und auf nachfolgende Unwetter rasch reagieren zu können, wurden Satellitendaten verwendet. Hinter den Verarbeitungsprozessen dieser Daten stecken unter anderem jahrelang entwickelte, hochpräzise Algorithmen aus Österreich.
Nach den ersten verheerenden Unwettern in der Region Emilia-Romagna in Norditalien griff man auf Satellitendaten zurück, um auf mögliche weitere Regenfälle besser reagieren zu können. Mit Hilfe dieser Daten konnten überflutete Flächen detektiert und deren Überwachung ermöglicht werden. Nach Verarbeitung der Daten der Sentinel-Satelliten wurden durch das Copernicus Emergency Management Service (CEMS) Karten der betroffenen Gebiete erstellt. Ein wichtiges Element, das in den Daten Überflutungen entdeckt und die betroffenen Flächen dann auf den oben genannten Karten markiert, ist das Global Flood Monitoring (GFM). Es basiert auf drei verschiedenen, voneinander unabhängigen Algorithmen und wurde unter der Leitung des Earth Observation Data Center (EODC) in Wien entwickelt.
„Die Algorithmen wurden so konstruiert, dass sie die Eigenschaften der Sentinel-1-Satelliten bestmöglich nutzen, insbesondere deren hohe räumliche und zeitliche Auflösung“, erklärt Christian Briese, Geschäftsführer des EODC. Ein Pixel wird in den Daten als „überflutet“ markiert, wenn mindestens zwei Algorithmen dieses Pixel als „überflutet“ klassifizieren. „Dieser Mehrheitsbeschluss und das Zusammenspiel der unabhängigen Algorithmen verbessert die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Karten erheblich“, so Briese.
Markierung der überfluteten Flächen (blau) in Norditalien, durch die Global-Flood-Monitoring-Algorithmen – Status am 22.05.2023
Foto: TU Wien/ CEMS
Abgesehen von Informationen über das Ausmaß der Überschwemmungen, der betroffenen Landflächen und Bevölkerung, bietet GFM auch Metadaten der Satelliten an. Diese spielen bei der Verarbeitung der Daten eine wichtige Rolle und tragen zu einer höheren Zuverlässigkeit der Algorithmen bei. In weniger als acht Stunden nach Aufnahme der Satellitendaten können Karten erstellt werden. Das GFM steht ganzjährig, jeden Tag und zu jeder Stunde zur Verfügung. Dabei sind nationale und regionale Wasserbehörden, Katastrophenschutz, Versicherungsgesellschaften und das EU-Zentrum für die Koordination von Notfallmaßnahmen (ERCC) Hauptnutzer des GFMs.
Die Entwicklung einiger der im GFM beinhalteten Algorithmen wurde im Projekt „ACube4Floods“ maßgeblich vorangetrieben. In dem Projekt wurde eine übergreifende Methode zur Hochwasserüberwachung in Österreich entwickelt, die verschiedene (satellitenbezogene) Informationen zusammenführt. Die Detailgenauigkeit dieses Prozesses war in vergleichbaren Beispielen wesentlich besser als im CEMS, welches mit GFM Flutereignisse weltweit innerhalb weniger Stunden erfasst. „Darum haben wir eine Genauigkeitsanalyse der Ergebnisse auf Basis bekannter Hochwasserereignisse in Österreich durchgeführt. Zu unserer positiven Überraschung konnten auch zusätzlich noch Ereignisse identifiziert werden, die bis dahin nur in lokalen Medien beschrieben wurden“, schildert Bernhard Bauer-Marschallinger, Wissenschafter an der TU Wien.
Während des „ACube4Floods“-Projekts entwickelte Analyse zur Flut der Salzach, Salzburg, im Juli 2021. Oben: Überflutete Fläche unter Nutzung der Sentinel-1-Daten (hellblau) und unter Nutzung Sentinel-1- und Sentinel-2-Daten zusammen (dunkelblau). Unten: Staatliche Hochwasserrisikokarte für 300-jährliche Hochwasserereignisse (HQ300; Quelle: BML).
Foto: TU Wien
„ACube4Floods“ wurde im Rahmen einer Ausschreibung des Österreichischen Weltraumprogrammes ASAP von der FFG unterstützt. Ein Nachfolge-Projekt, das unter einer anderen FFG-Förderrunde laufen wird, steht bereits in den Startlöchern. „Während ACube4Floods sind wir auch auf ein paar Limitierungen gestoßen. Diese wollen wir natürlich im gerade angelaufenen Projekt S1Floods.AT überwinden“, zeigt sich Bauer-Marschallinger optimistisch und fügt hinzu: „Ohne die Förderung der FFG und der Unterstützung des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft würden wir diese Forschungen nicht umsetzen können.“
Copernicus
Das EU-Programm „Copernicus“ liefert Satelliten-basierte Erdbeobachtungsdaten und dient der Entwicklung europäischer Informationsdienste. Diese Dienste werden Nutzern (meist öffentliche Stellen) frei und offen zugänglich zur Verfügung stellt.
CEMS
Das „Copernicus‘ Emergency Management Service“ (CEMS) verwendet Daten der Sentinel-Satelliten und bietet einen Kartierungsdienst bei Naturkatastrophen, Notsituationen und anderen Krisen weltweit an. Dies erfolgt in allen Phasen eines Notfallmanagements: vor, während und nach einer Katastrophe, wie Überschwemmungen, Erdbeben, Stürme, Brände, technologische Katastrophen, vulkanische Eruptionen, Tsunamis. GFM ist ein Produkt und eine Dienstleistung des CEMS, wobei beide vom Joint Research Centre (JRC) der Europäischen Kommission verwaltet, technisch umgesetzt und weiterentwickelt werden. EODC ist der Auftragnehmer, zuständig für die Umsetzung der operativen Funktionen des GFM.