Methodisch ist Raab, Juniorprofessor für angewandte Geoökologie an der Universität Hildesheim, in der Geoinformatik verankert. „Den Klimawandel und seine Folgen beobachten wir auch in der Satellitenfernerkundung“, sagt er. Der Geograph untersucht räumliche Umweltveränderungen in Deutschland und Pakistan und verknüpft diese in interdisziplinären Projekten mit sozioökonomischen Informationen. Seine Schwerpunkte liegen auf dem Erhalt von Mageren Flachland-Mähwiesen und der Unterstützung pakistanischer Kleinbauern durch digitale Innovation.  

Das passiert, wenn das Klima sich erwärmt

Seit rund einem Jahrhundert führt der menschengemachte Klimawandel durch die steigende Konzentration von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan zu einer zunehmenden Erwärmung der Erde. Insbesondere in Europa steigen die Temperaturen überdurchschnittlich stark. Dazu trägt eine Kombination verschiedener Faktoren bei: Landflächen erwärmen sich stärker als Ozeane, atmosphärische Zirkulationsmuster verändern sich, Schnee- und Eisbedeckung nehmen insbesondere in hohen nördlichen Breiten ab und der Rückgang kühlender Aerosole hat einen Teil der zuvor überdeckten Erwärmung sichtbar gemacht. Die Folge: In Niedersachsen haben Hitzetage bereits deutlich zugenommen. Wird die globale Erwärmung nicht entsprechend den Zielen des Pariser Klimaabkommens begrenzt, ist mit einer weiteren Zunahme von Hitzeextremen zu rechnen. Auch die Niederschlagsmuster verändern sich: Im Winterhalbjahr haben die Niederschlagsmengen in Niedersachsen langfristig zugenommen. Für die Zukunft wird außerdem erwartet, dass kurze, intensive Starkniederschläge häufiger beziehungsweise stärker auftreten können – auch in den Sommermonaten. Problematisch daran? Stark ausgetrocknete oder verdichtete Böden können Wasser bei intensiven Niederschlägen nur begrenzt aufnehmen. Versiegelung, fehlender Bewuchs und ungünstige Geländeeigenschaften verstärken den Oberflächenabfluss. Ein größerer Teil des Wassers fließt oberflächlich ab und kann Überschwemmungen begünstigen. Dadurch bleibt weniger Wasser im Boden und für die Pflanzen verfügbar.

Wenn Raab Satellitenaufnahmen auswertet, bezieht er geographische, ökologische und gesellschaftliche Faktoren mit ein. Die Daten können zeigen, wo auffällige Veränderungen auftreten und weitere Untersuchungen sinnvoll sein könnten. Doch wie erkennt der Wissenschaftler auf den Satellitenbildern, ob es Probleme gibt oder diese sich anbahnen? „Wir untersuchen beispielsweise den Vegetationsindex, etwa den sogenannten Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Über diesen können wir die Grünheit und relative Dichte der Vegetation abschätzen. Bei geeigneter Kalibrierung kann er zudem als Näherungswert für die grüne Biomasse dienen“, erklärt Raab.

Durch die Verknüpfung geographischer, ökologischer und sozioökonomischer Daten lässt sich untersuchen, wo Wärmebelastungen auftreten und welche Bevölkerungsgruppen besonders betroffen sind. Auf dieser Grundlage lassen sich Maßnahmen entwickeln, die zu den Standorten passen. Dazu gehören etwa die Entsiegelung von Flächen oder verstärkte Begrünung in Städten. Denn Pflanzen kühlen ihre Umgebung durch Verdunstung. Gleichzeitig spenden Bäume und größere Gehölze Schatten und tun, nicht zuletzt durch ihre Ästhetik, der psychischen Gesundheit der Menschen im öffentlichen Raum gut. 

Darum brauchen artenreiche Wiesen Bewirtschaftung 

In einem seiner Forschungsschwerpunkte – der Mageren Flachland-Mähwiese – entwickelt Raab fernerkundungsbasierte Verfahren, die das Monitoring der Lebensraumtypen und die alle sechs Jahre erfolgende Berichterstattung über ihren Erhaltungszustand unterstützen können. Typische Beispiele für diese Wiesen findet man auch hier in Niedersachsen; zum Beispiel in Hildesheim am Osterberg. Magere Flachland-Mähwiesen werden traditionell ein- bis wenige Male im Jahr gemäht. Auf manchen Flächen wird die Mahd durch eine extensive Beweidung ergänzt. Die benachbarten Kalktrockenrasen am Osterberg werden unter anderem durch Schafbeweidung offengehalten. Artenreiche Grünlandbestände sind Teil historisch gewachsener Kulturlandschaften und auf eine regelmäßige, angepasste Bewirtschaftung angewiesen. Gefährdet sind sie sowohl durch eine zu intensive Nutzung und erhöhte Nährstoffeinträge als auch – je nach Region – durch die Aufgabe der Bewirtschaftung. Bleibt die regelmäßige Mahd oder Beweidung aus, verändert sich die Vegetation: Hochwüchsige und konkurrenzstarke Pflanzen breiten sich aus, später können Büsche und Bäume folgen. Dadurch werden niedrigwüchsige, lichtbedürftige und konkurrenzschwächere Arten zurückgedrängt. Gehen artenreiche Grünlandbestände zurück, können auch typische Blütenpflanzen wie Wiesen-Knautie, Wiesen-Margerite und Wiesen-Bocksbart seltener werden. In den benachbarten Kalktrockenrasen am Osterberg können zudem die Bestände charakteristischer Orchideenarten zurückgehen, wenn die Flächen nicht ausreichend gepflegt werden und zunehmend verbuschen. Unabhängig davon verändert auch der Klimawandel die Bedingungen für die Pflanzen: Steigende Temperaturen können die Vegetationsentwicklung im Frühjahr vorverlagern. Welche Folgen dies für Biomasse und Artenvielfalt hat, hängt jedoch stark von Wasserverfügbarkeit, Nährstoffeinträgen, Extremereignissen und Bewirtschaftung ab. Raab sagt: „Wenn Nutzungsänderungen, Nährstoffeinträge und veränderte Witterungsbedingungen ungünstig zusammenwirken, können die Artenvielfalt und langfristig auch die naturschutzfachliche Qualität der Fläche abnehmen.“ Eigentlich verpflichtet die EU ihre Mitgliedsstaaten zum Erhalt oder zur Verbesserung der Flächen. Über das satellitengestützte Flächenmonitoring untersucht Raab über einen Zeitraum mehrerer Jahre hinweg, ob die grüne Biomasse der Flächen zunimmt, konstant bleibt oder abnimmt. Eine ungewöhnliche Zunahme der grünen Biomasse kann ein Hinweis auf veränderte Nutzung oder erhöhte Nährstoffverfügbarkeit sein. Für die Ursachenbestimmung müssen jedoch Witterungs-, Bewirtschaftungs- und Felddaten berücksichtigt werden. Diese Veränderungen untersuchen die Wissenschaftler*innen über mehrere Jahre hinweg. „Auf diese Weise können entsprechende Analysen nicht nur für einzelne Flächen, sondern beispielsweise auch flächendeckend für ganz Niedersachsen durchgeführt werden“, sagt Raab. Die Analyse der Satellitendaten kann Flächen sichtbar machen, auf denen sich möglicherweise Handlungsbedarf abzeichnet. Dadurch entsteht eine Grundlage, um Personal und finanzielle Mittel gezielter für weiterführende Untersuchungen einzusetzen.

Eine Familie versorgen auf der Fläche von drei bis zehn Fußballfeldern

Empfehlungen entwickelt Raab auch in seinem zweiten Schwerpunkt, der digitalen Innovation bei Kleinbauern in Pakistan. Auch unabhängig vom Klimawandel gehören diese Landwirtinnen und Landwirte zu den wirtschaftlich und sozial besonders gefährdeten Bevölkerungsgruppen. Viele Kleinbetriebe verbinden Subsistenzproduktion mit marktorientiertem Anbau und sichern so auf häufig weniger als fünf Hektar den Lebensunterhalt ihrer Familien. Die Größe entspricht etwa drei bis zehn Fußballfeldern. Überschwemmungen, Wassermangel und starke Hitze können jedoch die nutzbare Fläche verkleinern und die Erträge weiter mindern. Schnee- und Gletscherschmelze speisen den Oberen Indus und sind damit eine wichtige Grundlage der Bewässerungslandwirtschaft. Beschleunigte Schmelze kann die Abflüsse vorübergehend erhöhen; langfristig machen der Rückgang der Gletschermasse und Veränderungen der Schneebedeckung die Wasserverfügbarkeit jedoch weniger verlässlich. Alles Entwicklungen, die kritisch für die Ernährungssicherheit der Menschen vor Ort sind. Hinzu kommt der Trend zur Urbanisierung, durch den weitere Agrarflächen verloren gehen – aus Ackerland werden Dörfer und Städte, während die Bevölkerung weiterwächst. Mithilfe der Satellitenfernerkundung kann Raab Hinweise auf eine beeinträchtigte Pflanzenentwicklung erkennen. Beim Baumwollanbau können beispielsweise Trockenstress, Schädlingsbefall oder Nährstoffmangel dahinterstehen. „Da der NDVI selbst keine eindeutige Bestimmung der Ursache erlaubt, berücksichtigen wir für die Interpretation weitere Informationen, beispielsweise zu Niederschlag, Temperatur, Bodenfeuchte und Bewirtschaftung“, sagt Raab. „In Pakistan gibt es bereits mehrere Unternehmen und Organisationen, die Satellitendaten nutzen, um landwirtschaftliche Betriebe zu unterstützen“, sagt Raab. Viele dieser Angebote richten sich jedoch an finanzstärkere Betriebe und Akteur*innen, die über die notwendige technische Infrastruktur und entsprechende finanzielle Mittel verfügen. Raab erklärt: „Die Frage, wie solche Informationen praxistauglich vermittelt, von den Kleinbäuerinnen und Kleinbauern umgesetzt und mögliche Maßnahmen finanziert werden können, ist ein zentraler Bestandteil unserer Forschung.“ Denkbar wären beispielsweise die Vermittlung von Informationen über lokale Beratungsdienste, landwirtschaftliche Kooperationen, Nichtregierungsorganisationen, SMS-Dienste oder persönliche Kontakte innerhalb der Dorfgemeinschaften.