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Fach Geographie Klasse Klasse 10 Klasse 5 Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Lerneinheit Material

Orbitale Brandwache

Orbitale Brandwache

Europa wird immer wieder von zahlreichen Katastrophen wie Dürren und Überschwemmungen heimgesucht. Diese Katastrophen stellen ein kombiniertes Risiko dar. Trockene Böden nehmen Wasser langsamer auf und bei starken Regenfällen kann das Wasser nicht in die Grundwasserspiegel fließen und könnte daher Überschwemmungen verursachen. Bei steigenden Temperaturen führen trockene Böden und Luft auch zu mehr Waldbränden. Durch die Verwendung von Daten des Satelliten Sentinel-2 auf der Dataspace Copernicus Browser Website können Risiken wie Waldbrände oder Überschwemmungen erkannt werden.

Brandflächen kartieren

Nutze den Dataspace Copernicus Browser und kennzeichne einen großflächigen Brand in Griechenland im Jahr 2023. Lokalisiere ihn und stelle die Brandfläche angemessen dar.

  • Schaue das Video und folge der Anleitung. (Anders als im Video beschrieb, kannst du den Browser direkt hier aufrufen. Klicke einfach auf “Karte einblenden” und du kannst loslegen!

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Anleitung zur Kartierung von Brandflächen im Copernicus Browser

Klicke einfach auf   um im Copernicus Browser die Satellitendaten zu suchen und zu bearbeiten. Mit einem Klick auf kommst du zurücck zu dieser Anleitung

Dataspace Copernicus Browser

Zoome zunächst auf Griechenland, unserem Untersuchungsraum für diese Übung. Zoome hinein, bis das orangene Feld verschwindet. Tust Du dies nicht, erscheint das Satellitenbild nicht. Lege nun das Datum für die Abfrage fest. Hinweis: Im Tweet des EU Civil Protection & Humanitarian Aid ist ein Datum angegeben. Klicke auf die Ebene „Benutzerdefiniert“. Unter dem ausgewählten Reiter Komposit, ziehe den Kreis B04 auf das rote Band „R“, B06 auf das grüne Band „G“ und B02 auf das blaue Band „B“. Nachdem das Komposit geladen ist, solltest du ein sogenanntes Falschfarben-Bild sehen, bei dem die Farben etwas unnatürlich aussehen. Mit dieser Kombination von verschiedenen Bändern des Satelliten heben sich verbrannte Flächen besser von der Umgebung ab.

Komposit-Kombination zur besseren Sichtbarkeit der verbrannten Fläche

Du kannst nun bereits sehr deutlich die verbrannte Fläche erkennen. Der Brand ist somit angemessen lokalisiert.

Da eine im Satellitenbild dargestellte Region räumlich schwer vorstellbar ist, wird im nächsten Schritt untersucht, wie groß die verbrannte Fläche ungefähr ist, um das Ausmaß des Brandes besser einschätzen zu können. Dafür wird die verbrannte Fläche angemessen dargestellt. In der oberen rechten Ecke befindet sich ein Button mit einem Fünfeck/Pentagon. Klicke darauf und anschließend auf das Stift-Symbol, um ein Polygon/eine Geometrie zu „zeichnen“. Sobald das Geometriewerkzeug ausgewählt ist, kannst du beginnen, das verbrannte Areal „abzuklicken“ und somit die Fläche zu bestimmen

Abklicken der verbrannten Fläche

Hast du zum Schluss auf die erste Markierung geklickt, ist die Geometrie fertig abgezeichnet. Es erscheint automatisch ein Label innerhalb des Werkzeuge-Reiters in der oberen rechten Ecke mit der genauen Berechnung der soeben abgeklickten Fläche. Die Brandfläche ist nun dargestellt.

Die fertige Geometrie um die Brandfläche

Du hast eine Brandfläche erfolgreich kartiert. Kannst du die Frage aus der Aufgabenstellung beantworten?

Im Kapitel 2 erfährst du wie man abgebrannte Flächen auch noch auf eine andere Art und Weise sichtbar machen kann. 

Normalized Burn Ratio (NBR)

Folge dem Video oder der Anleitung im Kapitel um eine eine den Brandindex ” Normalized Burn Ratio” aus dem Satellitenbild zu erzeugen. 

Die Normalized Burn Ratio anzeigen

Als zusätzliche Visualisierung wird häufig ein sogenanntes „Burn Ratio“ dargestellt, eine Verbrennungsrate in Graustufen. Mit dieser Visualisierung wird noch deutlicher, welche Bereiche tatsächlich abgebrannt sind. In Abbildung 7 ist der Unterschied zum Falschfarbenbild zu erkennen.

Vergleich zwischen Falschfarben-Komposit und Normalized Burn Ratio

Für diese Darstellung musst du lediglich auf der linken Seite von dem Reiter Komposit zu dem Reiter Index wechseln. Dort siehst du eine Gleichung, der „Normalisierte Brandindex“ oder „NBR-Formel“. Ziehe dazu lediglich das Band B8A auf das A und B04 auf das B. Nach erneutem Laden wird dir das Graustufenbild angezeigt.

Normalisierter Brandindex

Du hast nun gelernt, erfolgreich einen Brand zu lokalisieren, ihn auf verschiedene Art und Weise darzustellen und seine Größe zu berechnen! Brände sind aufgrund ihrer starken Auswirkungen über mehrere Wege gut zu beobachten. Allerdings sind auch bei diesem Beispiel Wolken des aktiven Brandes ein Hindernis, um das genaue Ausmaß zu erkennen. Satellitenbilder liefern daher mal deutlichere und mal etwas ungenaue Ergebnisse.

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Fach Geographie Klasse Klasse 10 Klasse 5 Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Lernvideos Material Physik

Elektromagnetisches Spektrum
– Vertiefung

Alle Informationen, die von erdbeobachtenden Satelliten gesammelt werden sind aus den Wellen des elektromagnetischen Spektrums abgeleitet. Grund genug, sich diese elektromagnetischen Wellen und ihre Eigenschaften einmal genauer anzuschauen.

Das elektromagnetische Spektrum -Vertiefung

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Fach Geographie Klasse Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material

Tsunami – wenn Wellen alles ändern

Naturkatastrophen gefährden Lebensräume: Siedlungen werden zerstört, landwirtschaftliche Flächen überflutet, Küstenlinien verändern sich. Besonders eindrucksvoll lässt sich dies anhand von Satellitenaufnahmen nachvollziehen. Indem die Schülerinnen und Schüler diese Bilder interpretieren, sind sie in der Lage, Risiken und Schäden für Natur und Menschen zu erkennen und zu bewerten. Zentrales Thema dieser Unterrichtseinheit ist der Tsunami des Jahres 2004 im Indischen Ozean. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit einem interaktiven Computer-Modul.

Klassen: 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 3 – 4 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: keine

Themen: Change Detection, Erdbeben, Klassifikation, Naturgefahren, Schadensermittlung, Tsunami

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Caroline Kraas, Kerstin Voß

Ziele: 

  • Die Bedeutung von Naturgefahren soll erkannt werden.
  • Die Raumwahrnehmung und -bewertung soll geschult werden.
  • Entstehungsmöglichkeiten und Ursachen von Tsunamis sollen beschrieben werden können.
  • Die Fernerkundung als Möglichkeit zur Schadensermittlung soll kennen gelernt werden.
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Fach Geographie Klasse Klasse 7 Klasse 8 Legacy Material

Oasen – von nah und fern erkundet

Die Schülerinnen und Schüler lernen die grundlegenden Modelle von Oasentypen kennen. Das zentrale Element der Lerneinheit stellt das Beispiel der Flussoase dar. Auf der Grundlage eines Satellitenbildes können die Schülerinnen und Schüler interaktiv eine thematische Karte erstellen. Diese Karte wird anschließend mit dem Modell der Flussoase verglichen, um so die Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit zu erfassen.

Klassen: 7, 8

Bearbeitungszeit: 1 – 2 Stunden

Niveau: einführend

Voraussetzungen: keine

Themen: Infrarot, Landnutzung/-bedeckung, Oasen, Thematische Karte

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Florian Thierfeldt, Kerstin Voß

Ziele: 

  • Die Schüler/Innen sollen die grundlegenden Modelle von Oasentypen beschreiben können.
  • Das Modell der Flussoase soll mittels Fernerkundung mit der Wirklichkeit verglichen werden.
  • Die angewendeten Fernerkundungsmethoden sollen anhand der zugrundeliegenden allgemeinen physikalischen und methodischen Grundlagen erklärt werden.
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Fach Geographie Klasse Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material

Inner
tropische Konvergenz
zone

Die Vermittlung des komplexen Wirkungsgefüges der atmosphärischen Zirkulation und insbesondere der tropischen Zirkulation ist in den Lehrplänen deutscher Schulen fest verankert. Am Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Vegetationsverlagerung im Laufe eines Jahres und dem Wasserdampf in der Atmosphäre lernen die Schülerinnen und Schüler im Lernmodul „Innertropische Konvergenzzone“ die Hadley-Zelle und die Innertropische Konvergenzzone kennen und bringen sie mit Druck- und Temperaturänderungen in Zusammenhang. Somit befindet sich das Lernmodul „Innertropische Konvergenzzone“ an der Schnittstelle zwischen Physik und Erdkunde in der Sekundarstufe I (Klassen 7-9).

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Innertropische Konvergenzzone“ ist es, Schüler/Innen mit einfachen Analysewerkzeugen auszustatten, mit denen sie selbständig Daten erheben und mit Hilfe einfacher Funktionen auswerten können. Als Datenquelle stehen ihnen drei Zeitschnitte von thematisch aufbereiteten Satellitenbildern zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Sie helfen den Schüler/ innen dabei, aus Wasserdampf und Vegetation die Lage der Innertropischen Konvergenzzone abzulesen.

Klassen: 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Hadley-Zelle, Innertropische Konvergenzzone, Passatwinde, Vegetationszonen, Zeitreihen

Autoren: Annette Ortwein, Henryk Hodam

Ziele: 

  • Satellitenbilder und Zeitreihen interpretieren können
  • die innertropische Konvergenzzone erklären können
  • die Verlagerung der Vegetationszonen im Jahresverlauf erkennen können
  • den Zusammenhang zwischen Vegetationsverlagerung, atmosphärischem Wasserdampf und innertropischer Konvergenzzone beschreiben können
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Fach Geographie Klasse Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material

Hochwasser – Umgang mit einer Naturgefahr

Extreme Hochwasserereignisse und deren Folgen für die betroffenen Anwohner werden immer wieder über die Medien transportiert und folglich auch von Schülerinnen und Schülern wahrgenommen. Aufgrund der wieder verstärkt geführten Diskussion über mögliche Folgen einer anthropogen beeinflussten Klimaveränderung rücken gerade durch das Wettergeschehen hervorgerufene Extremereignisse ins Zentrum des öffentlichen Interesses. Da eine Naturkatastrophe wie ein Hochwasser nicht durch die Natur allein determiniert ist, sondern auch dadurch, wie der Mensch mit der Gefahr umgeht, ergeben sich zahlreiche auch für den Schulunterricht relevante Fragen. Welche Standorte sind besonders gefährdet? Wie beeinflusst menschliches Handeln das Hochwasserrisiko? Welche Schutzmaßnahmen können ergriffen werden? Fernerkundungsdaten und Geoinformationssysteme (GIS) können bei der Beantwortung solcher Fragen einen wichtigen Beitrag leisten.

In der Unterrichtseinheit „Hochwasser – Umgang mit einer Naturgefahr“ arbeiten die Schüler/Innen innerhalb eines computergestützten und interaktiven Lernmoduls mit verschiedenen Fernerkundungsdaten. Im Mittelpunkt der Unterrichtseinheit steht ein digitales Geländemodell.

Klassen: 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 2 Stunden

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: GIS, Geländemodelle, Hochwasser, Naturgefahren, Standortanalyse

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam

Ziele: 

  • Natürliche und anthropogene Ursachen von Hochwasser sollen erkannt und beschrieben werden.
  • Darstellen und Begründen der Möglichkeiten und Notwendigkeiten von Hochwasser-Schutzmaßnahmen.
  • Nutzung eines digitalen Geländemodells als Hilfsmittel für Standortentscheidungen.
  • Die Schüler/Innen sollen das Layer-Prinzip eines GIS verstehen und anwenden können.
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Fach Geographie Klasse Klasse 5 Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Legacy Material

Haiti – Katastrophen
hilfe aus dem All

Anfang des Jahres 2010 hat sich mit dem Erdbeben in Haiti die verheerendste Naturkatastrophe seit dem Tsunami im Indischen Ozean ereignet. Eine Vielzahl an ortsfremden Rettungskräften und Hilfsorganisationen sind bei der Bewältigung der Katastrophe im Einsatz. Um Aussagen über die Folgen des Ereignisses machen zu können und den Hilfskräften möglichst aktuelle und präzise Informationen in Form von Karten und Koordinaten geben zu können, bietet sich der Einsatz von Fernerkundungsdaten an. Indem die Schüler/innen mit GoogleEarth die Lage vor Ort analysieren, können sie Schäden kartieren und geeignete Schadenskategorien erstellen

Klassen: 5, 6, 7, 8

Bearbeitungszeit: 1 – 2 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: keine

Themen: Change Detection, Erdbeben, Kartierung
Naturgefahren, Schadensermittlung

Autoren: Caroline Kraas, Karsten Strätz

Ziele: 

  • Die Schüler/Innen sollen die Schäden der Erdbeben in Haiti ermitteln und einschätzen.
  • Durch den visuellen Vergleich zwischen Bildern sollen Unterschiede benannt werden.
  • Es soll eine Kartierung der Schäden vorgenommen werden.
  • Es sollen eigene gestalterische Vorschläge zur Klassifizierung von Schadenskategorien gemacht werden.
  • Die Grundfunktionen von Google Earth sollen beherrscht werden.
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Fach Klasse Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material Mathematik

Mittelwert
berechnung von der ISS

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Mittelwertberechnung von der ISS“ (Mathe) ist es, Schülerinnen und Schüler (SuS) mit einfachen Analysewerkzeugen auszustatten, mit denen sie selbständig Daten erheben und mit Hilfe des arithmetischen Mittels auswerten können. Als Datenquelle steht ihnen ein ISS-Bild zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Die statistische Methode wenden die (SuS) an, um Bildkorrekturen an dem Bild vorzunehmen und dadurch Aufnahmefehler zu korrigieren.

Klassen: 6, 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: leicht

Voraussetzungen: keine

Themen: Stochastik, Bildverbesserung, Mittelwerte Moving Window

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Andreas Rienow

Ziele: 

Die Schüler und Schülerinnen sollen…

  • Mittelwertberechnungen anhand des arithmetischen Mittels durchführen können
  • Mittelwert-Filter zur Rauschunterdrückung auf
    digitale Bilder anwenden
  • das Prinzip eines „Moving Windows“ erklären
    können
  • in die Erdbeobachtung von der ISS eingeführt
    werden
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Fach Klasse Klasse 8 Legacy Material Mathematik

Pixel auf Abwegen

Zentrales Element dieser Lerneinheit ist das Beispiel eines Flugzeugs, das für Scanneraufnahmen über eine Landschaft fliegt und durch eine Windböe vom geraden Kurs abkommt. Die dadurch auf dem Scannerbild entstandene Verzerrung können die Schülerinnen und Schüler durch eine Funktion korrigieren. Zusätzlich zum Verständnis der mathematischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auch Aspekte der Fernerkundung kennen.

Klassen: 8

Bearbeitungszeit: 2 Stunden

Niveau: leicht

Voraussetzungen: Grundlagen im Bereich lineare Funktionen

Themen: Geokorrektur, Koordinatensystem, Lineare Funktion, Verzerrung, digitale Bilder

Autoren: Henryk Hodam

Ziele:

  • Aufgabe und Mechanismen einfacher linearer Funktionen sollen beschreiben werden können.
  • Ein klarer Bezug zwischen mathematischen Inhalten und einer realen Situation soll hergestellt werden können.
  • Die Entstehung von Flugzeug-Scannerbildern soll nachvollzogen werden können.
  • Die Struktur eines digitalen Bildes soll benannt und auf die Problemstellung übertragen werden können.
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Fach Klasse 6 Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9 Legacy Material Mathematik

Bild
verbesserung mit Statistik

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Bildverbesserung mit Statistik“ ist es, Schüler/Innen mit einfachen Analysewerkzeugen auszustatten, mit denen sie selbständig Daten erheben und mit Hilfe des arithmetischen Mittels und des Medians auswerten können. Als Datenquelle steht ihnen ein Satellitenbild zur Verfügung, aus dem sie Bildwerte auslesen können. Die statistischen Methoden wenden die Schüler/Innen an, um Bildkorrekturen an dem Satellitenbild vorzunehmen und dadurch Aufnahmefehler zu korrigieren.

Klassen: 6, 7, 8, 9

Bearbeitungszeit: 1 Stunde

Niveau: aufbauend

Voraussetzungen: keine

Themen: Bildverbesserung, Mittelwerte, Moving Window,
Stochastik

Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Ali Zubair Shah

Ziele:

  • Mittelwertberechnungen anhand des arithmetischen Mittels und des Medians durchführen können.
  • Mittelwert-Filter zur Rauschunterdrückung auf digitale Satellitenbilder anwenden.
  • Das Prinzip eines „Moving Window“ erklären können.