Italienische Studie kombiniert Radar und optische Satelliten, um das Wachstum der Weinberge in Oltrepò Pavese zu verfolgen

Forscher in Italien haben eine detaillierte Studie durchgeführt, bei der sowohl optische als auch Radar-Satellitendaten zur Überwachung von Weinbergen in der Po-Ebene verwendet wurden. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Frage, wie diese Technologien Veränderungen der Biomasse und wichtige Wachstumsstadien während der gesamten Saison verfolgen können. Die im Juni 2025 von Andrea Bergamaschi und Kollegen vorgelegte Arbeit ist eine der ersten, die duale polarimetrische Radar-Vegetationsindizes (DpRVI) mit herkömmlichen optischen Indizes zur Analyse von Weinbergen kombiniert.

Das Untersuchungsgebiet befindet sich in der Nähe von Santa Maria della Versa in den Hügeln des Oltrepò Pavese in der Lombardei, einer Region, die für ihre ausgedehnten Weinberge bekannt ist. Das Forschungsteam wählte 12 Weinbergsparzellen aus, die entweder in Ost-West- oder Nord-Süd-Richtung ausgerichtet sind, um geometrische Verzerrungen in den Radardaten zu vermeiden. Diese Parzellen wurden mithilfe von GIS kartiert und durch Bodenuntersuchungen und hochauflösende Satellitenbilder verifiziert.

Um die gesamte Vegetationsperiode zu erfassen, verwendete das Team 12 Sentinel-1-Radarbilder und sechs wolkenfreie optische Sentinel-2-Bilder von März bis August 2023. Sentinel-1 liefert Radardaten, die unabhängig von Wetter und Sonneneinstrahlung erfasst werden können, während Sentinel-2 multispektrale optische Daten liefert, die sich auf die Gesundheit und Struktur der Pflanzen auswirken. Die Radardaten wurden mit der SNAP-Software der ESA verarbeitet, um DpRVI-Werte zu erzeugen, die strukturelle Merkmale der Reben widerspiegeln. Optische Indizes wie NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), SVHI (Sentinel-2 Vegetation Health Index) und LAI (Leaf Area Index) wurden aus Sentinel-2-Bildern berechnet.

Die Forscher verglichen die zeitliche Entwicklung des DpRVI mit den optischen Indizes während der Vegetationsperiode. Die optischen Indizes zeigten ähnliche Trends: niedrige Werte im zeitigen Frühjahr, Spitzenwerte um Juni herum und dann ein Rückgang im weiteren Verlauf der Saison. Diese Indizes korrelieren stark miteinander, da sie aus ähnlichen Spektralbereichen abgeleitet werden und in erster Linie den Chlorophyllgehalt der Blätter und den Grünzustand der Pflanzen widerspiegeln.

Im Gegensatz dazu waren die DpRVI-Werte variabler und wiesen keine starke Korrelation mit den optischen Indizes auf. Dies deutet darauf hin, dass radargestützte Indizes verschiedene Aspekte der Weinbergsstruktur erfassen, wie z. B. die Geometrie der Baumkronen und den Wassergehalt, und nicht nur den Grünzustand. Die Entwicklung des DpRVI verlief im Laufe der Saison parabolisch, wobei die Spitzenwerte im Allgemeinen zwischen Juni und August auftraten, je nach Ausrichtung des Weinbergs und Richtung des Satellitenüberflugs.

Zur Schätzung der Biomassedynamik verwendete das Team kumulative Gradtage (CDD), ein Maß für die im Laufe der Zeit akkumulierte Wärme, das eng mit den Wachstumsraten der Reben verbunden ist. Die Biomasse wurde anhand etablierter allometrischer Gleichungen geschätzt, die die Temperaturakkumulation mit der Pflanzenentwicklung in Beziehung setzen. Die DpRVI-Werte entsprachen diesen Biomasseschätzungen recht gut, insbesondere bei aufsteigenden Satellitendurchgängen, bei denen die durchschnittlichen Pearson-Korrelationskoeffizienten 0,72 für Ost-West-Weinberge erreichten.

Die Studie untersuchte auch, ob Niederschläge die DpRVI-Werte beeinflussen, fand aber keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen Niederschlagsereignissen und Radarindexschwankungen während des Beobachtungszeitraums.

Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist, dass der DpRVI dazu beitragen kann, Weinberge aufgrund ihrer einzigartigen Reihenstrukturen und ihres Streuverhaltens in Radarbildern von anderen Kulturen zu unterscheiden. Diese Fähigkeit könnte für die regionale Kartierung und Überwachung von Kulturpflanzen wertvoll sein.

Die Forschungsarbeiten fügen sich in die umfassenderen Bemühungen im Rahmen des italienischen PNRR-NODES-Projekts zur Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft durch naturbasierte Lösungen und fortschrittliche Überwachungstechnologien ein. Durch die Integration von SAR (Synthetic Aperture Radar) und optischer Fernerkundung könnten Weinbergsbetreiber verlässlichere Instrumente zur Verfolgung der Pflanzengesundheit, zur Vorhersage von Erträgen und zur Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandels wie steigende Temperaturen und sich verändernde phänologische Stadien erhalten.

Die Autoren stellen fest, dass ihre Ergebnisse zwar vielversprechend sind, dass aber weitere Arbeiten zur Verfeinerung dieser Methoden erforderlich sind. Künftige Studien könnten zusätzliche Radarfrequenzen (z. B. X-Band) einbeziehen, vollständig polarimetrische SAR-Daten zur besseren Unterscheidung von Pflanzenstrukturen verwenden, fortgeschrittene phänologische Modelle anwenden und zur Validierung bodennahe Messungen wie LIDAR oder Feldsensoren einbeziehen.

Diese gemeinsame Analyse zeigt das Potenzial der Kombination von Radar- und optischen Satellitendaten für den Präzisionsweinbau - ein Bereich, der seit den späten 1990er Jahren stark gewachsen ist, da die Winzer nach effizienteren Möglichkeiten zur Bewirtschaftung von Weinbergen in kleinem Maßstab suchen. Da die Klimaschwankungen den Druck auf traditionelle Weinregionen wie Oltrepò Pavese erhöhen, könnten Fernerkundungstechnologien zu einem wichtigen Instrument für die nachhaltige Bewirtschaftung von Weinbergen in den wichtigsten Weinbauländern Europas werden.