Auswirkungen von Hagelereignissen auf die Landwirtschaft: Eine fernerkundungsbasierte Analyse von Hagelschäden im Kontext des Klimawandels

Themenstellung
Hagelschäden in der Landwirtschaft sorgen jährlich für Millionenschäden in Österreich. Die meisten Hagelschäden gibt es in der Südoststeiermark, eines der hagelreichsten Gebiete Europas, welches durch landwirtschaftliche Flächen und den Obstanbau geprägt ist. Die Bewertung des entstandenen Schadens erfolgt in der Regel durch Sachverständige der Österreichischen Hagelversicherung (HV). Je nach Fläche, Gelände und Kulturpflanze (Obst, Gemüse, Getreide, Wein) kann dies innerhalb weniger Tage nach dem Ereignis geschehen oder auch mehrere Wochen in Anspruch nehmen. Eine zeitnahe Auszahlung der Versicherungssumme ist jedoch sehr wichtig für betroffene Bauern, deren Existenz durch den Schaden bedroht sein kann. In Hinblick auf die zu erwartende Zunahme von schweren Hagelevents durch den Klimawandel ist die Entwicklung von robusten, effizienten und kostengünstigen Fernerkundungsmethoden umso relevanter. Satellitenbildanalysen können diesen Prozess effizienter gestalten und erlauben eine erste Einschätzung des Schadens. Siedienen Sachverständigen vor Ort als Orientierung, insbesondere bei großen landwirtschaftlichen Flächen. Fernerkundungsmethoden werden bereits in verschiedenen Versicherungsbereichen erfolgreich eingesetzt, um die Schadensanalyse nach Extremereignissen zu beschleunigen und vereinfachen, z. B. bei Flutkatastrophen oder Hurrikans. Sentinel-2 Satellitendaten wurden bereits in anderen Studien verwendet um die Veränderung auf Basis eines Vegetationsindexes nach Hagelereignissen zu analysieren. Die Verwendung von optischen Daten ist jedoch von der Wolkenbedeckung abhängig. Dies kann deren operationelle Anwendung einschränken, falls nach einem Unwetter der Himmel nicht zeitnah aufklart. Radar-Satelliten hingegen sind (fast) wetterunabhängig. Die kombinierte Auswertung von optischen und Radardaten hat großes Potential um nützliche Informationen über Hagelschäden und die betroffenen landwirtschaftlichen Flächen zu liefern). Im Rahmen des Projektes HAGL kooperieren wir mit potenziellen Nutzern wie der HV, um unsere Ergebnisse und deren Eignung in der Praxis zu diskutieren und evaluieren.

Methode
Basierend auf einer Analyse von Hagelereignissen führen wir eine räumlich-zeitliche Trendanalyse (jährliche/saisonale Änderungen) durch und detektieren räumliche Hotspots. Dies geschieht durch Literaturrecherche und die statistische Auswertung von Daten zu Hagelereignissen von unterschiedlichen meteorologischen Diensten. In ausgewählten Hotspots wird anschließend die durch ein Hagelereignis verursachte Veränderung verschiedener Vegetationsindexes (z. B. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI)) und der Rückstreuung des Radarsignals analysiert. Dafür verwenden wir frei verfügbare Sentinel-1 und -2 Satellitendaten der Europäischen Weltraumorganisation ESA von vor und nach Hagelereignissen. Die abgeleiteten Datenschichten dienen als Eingangsdaten für eine Segmentierung, d. h. die Generierung homogener Objekte mit objektbasierter Bildanalyse (OBIA), um teil-automatisiert die von Hagel betroffenen Flächen abzugrenzen. Zusätzlich zur räumlichen Abgrenzung analysieren wir innerhalb dieser Flächen die relative Veränderung, um besonders aussagekräftige Indizes zu ermitteln. Gleichzeitig wird auch versucht den Grad der Veränderung, d. h. lokale unterschiedlich starke Schäden, zu kategorisieren.

Ergebnisse
Das zentrale Ergebnis dieses Projekts wird eine Methode zur Ermittlung von Hagelschäden in der Landwirtschaft durch die Kombination von optischen und Radar-Satellitendaten (Sentinel-1/2) sein. Die Methode soll auf andere Regionen übertragbar sein. Sie soll dabei helfen besonders betroffene landwirtschaftliche Gebiete zu ermitteln um potentielle Anpassungsmaßnahmen zu treffen und die Versicherungsarbeit im Falle eines Hagelschadens effizienter zu gestalten, um eine beschleunigte Schadensauszahlung zu ermöglichen. Die ersten Analysen laufen derzeit und Ergebnisse werden bis zum Klimatag 2023 vorliegen und dort präsentiert. Die zu erwartenden Ergebnisse umfassen eine Trendanalyse von Hagelereignissen, detektierte Hagelereignis-Hotspots in der Südoststeiermark und eine Liste an Vegetationsindexes und Radarcharakteristiken sein, die sich besonders zur Erkennung von Hagelschäden in der Landwirtschaft eignen. Die von Hagel betroffenen Flächen werden in Karten ausweisen, die auch eine Kategorisierung nach Schadensintensität beinhalten. Eine Validierung im Feld ist im Frühjahr 2023 geplant. Aufbauend auf den Ergebnissen und Erkenntnissen ist geplant weiterführende Forschungsfragen zu entwickeln. Dies kann z. B. die Weiterentwicklung der Methode für umfassende Zeitreihenanalysen großer landwirtschaftlicher Gebiete oder die Erkennung von Schäden nach anderen extremen durch den Klimawandel begünstigten Wetterereignissen (Tornados, Dürren, etc.) sein.