Forschungsschwerpunkt: Umweltmonitoring

Der rasche Klimawandel und der Verlust der Biodiversität stellen enorme Herausforderungen dar und führen zu weitreichenden ökologischen Veränderungen. Messungen und Beobachtungen von Klimastationen, Bodenproben, Vegetationsaufnahmen, Tierfängen und Gasflussmessungen ermöglichen jedoch in der Regel nur räumlich begrenzte und nicht immer zeitlich kontinuierliche Beobachtungen. Einer unserer zentralen Forschungsschwerpunkte liegt daher auf der flächendeckenden Erfassung der Umwelt und ihrer Veränderungen. Wir nutzen ökologische Feldaufnahmen zusammen mit Fernerkundungsdaten, um die Umwelt flächendeckend und kontinuierlich beobachten zu können, Veränderungen zu erkennen und tiefere Einblicke in die zugrunde liegenden Dynamiken zu gewinnen.

Sensorik

Wir arbeiten mit Sensoren auf verschiedenen Skalenebenen – sowohl mit bodengebundenen Messsystemen, wie aktuell im Lüntener Wald (Projekt Sensorlök), wo wir über ein Sensornetz die Wiedervernässung begleiten, oder auch im Rahmen des Projekts Natur 4.0, bei dem es um Naturschutzmonitoring durch vernetzte Sensorik als Grundlage für einen nachhaltigen Artenschutz und die Sicherung von Ökosystemfunktionen geht. Lokale Messungen und ökologische Beobachtungen dienen uns in erster Linie als Referenzdaten, da unser Ziel ist, durch die Integration mit Fernerkundungsdaten eine flächendeckende Umweltbeobachtung zu ermöglichen.

Dazu nutzen wir zum einen hochaufgelöste Daten, die wir mit Drohnen selbst erheben (siehe Forschungsschwerpunkt Dronenfernerkundung), zum anderen aber vor allem Satellitendaten, da sie durch ihre regelmäßige Erfassung ein kontinuierliches und großräumiges Monitoring erlauben. Zum Einsatz kommen sowohl hochaufgelöste Satelliten wie Sentinel-2 als auch geostationäre Satelliten wie Meteosat. Letztere ermöglichen insbesondere die Beobachtung schnell veränderlicher Umweltgrößen, etwa von Niederschlagsmustern (Meyer et al., 2016b), und liefern damit wichtige Daten für die Analyse dynamischer Prozesse.

Monitoringmethoden

Zum einen arbeiten wir an der Entwicklung von Erdbeobachtungsprodukten wie beispielsweise der Verbuschungskarte von Südafrika (Ludwig et al., 2019) oder flächendekenden Daten zur Lufttemperatur in der Antarktis (Nielsen et al., 2023, Meyer et al., 2016), zum anderen auch an deren weiterführende Analyse. Ein gutes Beispiel dafür ist das Monitoring von Veränderung in der Feuchtigkeit von Moorökosystemen (Giese et al., 2025). In dieser Studie haben wir die Veränderungen in allen Mooren Europas seit den 1980er-Jahren analysiert – ermöglicht durch die Nutzung langfristiger Satellitenzeitreihen, insbesondere der Landsat-Mission.

Eine wesentliche Herausforderung besteht jedoch häufig darin, die Fernerkundungsdaten in aussagekräftige Umweltinformationen zu „übersetzen“, um Veränderungen sichtbar und messbar zu machen. Die dabei entstehende Komplexität erfordert häufig den Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz. Da im Bereich des räumlichen Umweltmonitorings noch erheblicher Entwicklungsbedarf besteht, ist dieser Forschungsschwerpunkt eng mit unserem Forschungsschwerpunkt „Methodenentwicklung“ verknüpft. Hier kommen unsere eigens entwickelten Ansätze direkt in unserer Forschung zum Einsatz. Dabei geht es uns nicht nur um die reine Erfassung von Umweltveränderungen, sondern auch um ein tieferes Verständnis der dahinterliegenden Prozesse und Zusammenhänge. Methoden der erklärbaren Künstlichen Intelligenz (Explainable AI), wie sie beispielsweise in Baumberger et al. (2024) vorgestellt werden, spielen dabei eine zentrale Rolle.

Ökosysteme und ökologische Parameter

Wir arbeiten fachlich mit anderen Arbeitsgruppen am ILÖK sowie mit externen Partnern zusammen und befassen uns mit dem Monitoring verschiedener Umweltparameter in unterschiedlichen Ökosystemen. Wir tragen zur Forschung in den folgenden Fachdisziplinen der Landschaftsökologie bei:

• Bodenökologie: Modellierung von Bodeneigenschaften wie beispielsweise der Bodentemperatur, Bodenfeuchte, sowie CO₂-Freisetzung in Raum, Zeit und Tiefe, z.B. Baumberger et al., 2024; Baumberger et al., 2025.
• Vegetationsökologie: Die Erfassung von Pflanzendiversität, z. B. in Grasländern, sowie die Untersuchung von Vegetationsdynamiken in Savannenökosystemen, z.B.  Ludwig et al., 2019.
• Tierökologie: Die Modellierung potenzieller Tierhabitate, z.B.  Krämer et al., 2025
• Hydrologie: Monitoring der  Veränderung von Mooren und die Bewertung des Erfolgs von Moorrenaturierungen, z.B. Giese et al., 2025.

• Klimatologie: Wir sind internationale Partner der Antarctic Science Platform und tragen hier insbesondere zur Erfassung von raum-zeitlichen Temperaturmustern bei, z.B. Lezama Valdes et al., 2021,  Nielsen et al.,2023;  Meyer et al., 2016.

Unsere Forschungsprojekte mit dem Schwerpunkt Umweltmonitoring

Quantifying and modelling peat breathing with satellite radar data (2023 – 2027)
Durch die Universität Münster intern gefördertes Projekt: Universität Münster-interne Förderung - Collaboration Grant for Young Researchers

BEyond – SPP 1374 - Teilprojekt: Lernen aus den Exploratorien für Vorhersagen jenseits deren Grenzen: Kl-gestützte Modellierung und Erklärung von Biodiversitätsmustern und Ökosystemenfunktionen im Grünland ganzer Naturräume (2023 – 2026)
Teilprojekt in DFG-Verbund koordiniert außerhalb der Universität Münster: DFG - Schwerpunktprogramm | Förderkennzeichen: HO 3830/13-1; ME 5512/4-1

ReVersal – ERA-Net Cofund BiodivRestore (Joint Call 2020-2021): Renaturierung von Mooren der nemoralen Zone unter Bedingungen variabler Wasserverfügbarkeit und -qualität (2022 – 2025)
EU-Projekt koordiniert außerhalb der Universität Münster: DFG - BiodivERsA (ERA-Net Cofunds) | Förderkennzeichen: KN 929/26-1; ME 5512/3-1

Carbon4D – Carbon4D: Ein landschaftsskaliges Modell der Mineralisation organischen Bodenkohlenstoffs in Raum, Tiefe und Zeit (2021 – 2024)
Gefördertes Einzelprojekt: DFG - Sachbeihilfe/Einzelförderung | Förderkennzeichen: ME 5512/2-1