GEOPHORA NDVI-Monitor — Vegetationsveränderung wöchentlich, quellenbelegt

Methodik — nachrechenbar, nicht nur ansehnlich

Wochen-Composite

Alle Sentinel-2-L2A-Aufnahmen der letzten 14 Tage. Wolken, Schatten, Zirren und Schnee werden über das Szenen-Klassifikationsband maskiert (SCL-Klassen 3, 8, 9, 10, 11), dann zählt je Pixel der Median aller gültigen NDVI-Werte — robust gegen Reste von Wolken und Dunst.

NDVI = (B08 − B04) / (B08 + B04) · 10 m Auflösung

Vergleichsfenster & Anomalie

Verglichen wird mit demselben Kalenderfenster der Vorjahre: für jedes Jahr 2020–2025 dieselben 14 Tage wie im aktuellen Composite, daraus der pixelweise Median. Die Anomalie entsteht live im Browser: d = NDVI_aktuell − NDVI_{Vorjahresfenster}, grün bei d > +0,1, rot bei d < −0,1, dazwischen transparent.

Beide Raster liegen auf demselben 20-m-Analyse-Gitter und werden nativ gelesen — ohne Zwischen-Umgitterung, damit die Klick-Zeitreihe exakt dasselbe Pixel zeigt. Das Saison-Normal Jun–Aug bleibt als eigene Ebene bestehen, ist aber nicht der Bezug der Anomalie.

Datengüte statt Blindvertrauen

Jeder Composite führt ein zweites Band mit: die Zahl der wolkenfreien Aufnahmen je Pixel. Sie ist als eigene Ebene einblendbar (rot = 1, orange = 2, gelb = 3, grün = 4 und mehr) und steht an jedem Punkt der Klick-Zeitreihe.

Pixel ohne einzige Aufnahme bleiben leer, ebenso Pixel, deren Vergleichsfenster auf weniger als drei Jahren beruht — keine Farbe ohne Datengrundlage.

Wieder grün — mit Gedächtnis

Ein einzelner grüner Wochenwert ist noch keine Wiederbegrünung. Als stabil wieder grün gilt ein Pixel erst, wenn mehrere Monats-Composites in Folge über der Baseline liegen (Persistenzregel); junges Ergrünen und anhaltender Verlust werden getrennt ausgewiesen.

Multitemporale PCA

Hauptkomponentenanalyse über die Jahres-Composites 2020–2025. Jedes Pixel ist sein eigener NDVI-Verlauf über sechs Jahre; die Farbe sagt, welchem Verlaufstyp es folgt — nicht, wie grün es ist. Gleiche Farbe heißt gleiche Geschichte, ohne dass man Schwellwerte setzt. PC1 → Rot, PC2 → Grün, PC3 → Blau, jeder Kanal einzeln auf sein 2.–98. Perzentil gestreckt.

Zwei Dinge, die man dazu wissen muss. PC1 ist die Richtung größter Varianz — meist die mittlere Grünheit, aber wo ein Gebiet einen stärkeren Kontrast hat, belegt dieser die PC1 (am Jadeweserport Wasser gegen Land, in Oldenburg versiegelt gegen bewachsen). Und die Streckung ist immer voll ausgesteuert: Eine Komponente mit 0,4 % Varianz wird genauso bunt wie eine mit 12 %. Deshalb steht der gemessene Varianzanteil am Ebenenregler — er entscheidet, ob ein Muster Signal ist oder gestrecktes Rauschen. Was eine Komponente inhaltlich kontrastiert (ein Trend über die Jahre? ein einzelner Dürresommer?), steht als loadings in der pca.json daneben.

Zoom-Kaskade

Überblick: Sentinel-2 (10 m, wöchentlich). Detail: ab Zoomstufe 15 amtliche Orthophotos (DOP20, 20 cm) der Landesvermessung — live per WMS, ohne eigene Speicherung.

CC BY 4.0 LGLN Niedersachsen · dl-de/by-2-0 LVermGeo ST, BKG

Daten & Anschlussfähigkeit

Alle Artefakte liegen als georeferenzierte PNGs und Cloud-Optimized GeoTIFFs mit STAC-Metadaten auf diesem Webspace — maschinenlesbar und nachnutzbar. Quelle: modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2020–2026), prozessiert über das Copernicus Data Space Ecosystem.

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NDVI-Werte sind Reflexionsverhältnisse, keine Biomasse-Messung: Sie zeigen, WO sich Vegetation verändert — die Ursache (Aufforstung, Naturverjüngung, Ackerzyklus, Bebauung) gehört in die fachliche Interpretation. Genau dabei helfen die Vergleichsebenen und die Orthophotos.

Rechenweg im Detail — jeder Schritt offengelegt

1 · Vom Satellitenbild zum NDVI

Quelle ist Sentinel-2 L2A (atmosphärenkorrigierte Bodenreflexion) über die Processing-API des Copernicus Data Space Ecosystem. Je Pixel und Aufnahme gilt NDVI = (B08 − B04) / (B08 + B04) mit B08 = nahes Infrarot (842 nm), B04 = Rot (665 nm); Nenner ≤ 0 wird verworfen. Werte laufen von −1 bis +1, Vegetation typisch 0,3–0,9.

2 · Störungsmaske

Vor jeder Verrechnung fällt weg, was das mitgelieferte Szenen-Klassifikationsband (SCL) als Wolkenschatten (3), Wolken mittlerer und hoher Wahrscheinlichkeit (8, 9), Zirrus (10) und Schnee/Eis (11) kennzeichnet; zusätzlich muss dataMask = 1 sein (Aufnahme deckt das Pixel überhaupt ab). Übrig bleiben nur klare Beobachtungen.

3 · Zeitliche Verdichtung: Median statt Mittelwert

Alle verbleibenden Beobachtungen eines Zeitfensters werden je Pixel sortiert; genommen wird der Median. Er ist unempfindlich gegen einzelne Ausreißer — ein übersehener Wolkenrand oder Dunstschleier verschiebt das Ergebnis kaum, während ein Mittelwert kippen würde. Fenster: 14 Tage für den aktuellen Composite, Juni–August für ein Jahres-Composite, ein Kalendermonat für die Persistenz-Bausteine. Ein Pixel ohne einzige gültige Beobachtung bleibt NoData (NaN) — es wird nie auf 0 gesetzt.

4 · Datengüte: wie viele wolkenfreie Aufnahmen stecken im Pixel?

Jeder Composite trägt neben dem NDVI ein zweites Band: die Zahl n der Beobachtungen, die nach der Störungsmaske übrig blieben. Ein Median aus einer einzigen Aufnahme ist kein Median — diese Zahl entscheidet, wie belastbar ein Pixel ist, und sie steht jetzt überall dort, wo vorher stillschweigend gerechnet wurde:

Als Ebene „Datengüte (wolkenfreie Aufnahmen)" wird sie im Browser aus Band 2 eingefärbt (rot = 1, orange = 2, gelb = 3, grün = 4 und mehr; n = 0 bleibt transparent). In der Klick-Zeitreihe steht sie an jedem Punkt; Wochen mit n = 1 werden hohl gezeichnet, Wochen mit n = 0 sind eine Lücke statt einer Linie. Und die Anomalie lässt Pixel leer, wenn im aktuellen Fenster keine wolkenfreie Aufnahme vorliegt oder das Vergleichsfenster auf weniger als drei Jahren beruht — bei aggregierten Produkten zählt Band 2 die gültigen Jahre.

5 · Vergleichsfenster und Anomalie

Der Bezug ist nicht der Saisonmedian, sondern das tagesgenau gematchte Fenster der Vorjahre: für jedes Jahr 2020–2025 dieselben Monatstage und dieselbe Fensterlänge wie im aktuellen Composite, daraus der pixelweise Median. Ein Julifenster wird also gegen Julifenster verglichen, nicht gegen einen Sommerdurchschnitt — sonst misst die Karte den Kalender statt der Vegetation (ein Hochsommerfenster liegt systematisch über dem Jun–Aug-Mittel).

Anomalie = aktuell − Vorjahresfenster, klassiert bei ±0,1 NDVI-Punkten. Diese Schwelle ist eine gesetzte Konvention, kein statistischer Test: Sie liegt erfahrungsgemäß über dem sensor- und atmosphärenbedingten Rauschen, ist aber bewusst konservativ gewählt und in aois.json zentral änderbar — dieselbe Zahl nutzen Karte, Legende und Batch.

Das Saison-Normal Jun–Aug (Median der Hochsommer-Composites 2020–2025) bleibt als eigene Ebene erhalten und beantwortet eine andere Frage: „wie grün ist diese Fläche im Sommer üblicherweise?". Auch die Persistenz bezieht sich weiterhin auf dieses Saison-Normal — dort werden ganze Monate verglichen, da ist es der richtige Maßstab.

6 · Persistenz („wieder grün — stabil")

Monats-Composites der letzten sechs Vegetationsmonate werden einzeln gegen das Saison-Normal geprüft. Erst wenn mindestens vier davon über Saison-Normal + 0,1 liegen, gilt ein Pixel als stabil wieder grün; liegt nur der jüngste Monat darüber, heißt es „ergrünt — jung". Analog für Verlust. Damit fällt einzelnes Wochenrauschen heraus.

7 · Ein Analyse-Gitter

Alle Analyse-Produkte — Vergleichsfenster, Saison-Normal, Persistenz, PCA und jede archivierte Woche — liegen auf demselben 20-m-Gitter; das viertelt den Rechenaufwand bei der Datenquelle, ohne die Aussage über mehrere Jahre zu verändern. Der 10-m-Composite ist reines Anzeigeprodukt für das scharfe Kartenbild.

Weil Anomalie und Klick-Zeitreihe dieselben 20-m-Dateien lesen, werden beide Raster nativ verrechnet — kein Zwischen-Resampling auf ein drittes Gitter, das Werte um bis zu eine ganze Schwellenbreite verschieben könnte. Der Popup-Wert stammt damit aus genau dem Pixel, dessen Farbe die Karte zeigt. Nur bei ungleichen Maßen (Altbestand) wird das zweite Raster per Nächster-Nachbar auf das erste gebracht — keine Interpolation, damit keine Zwischenwerte erfunden werden. Seit dem 12.08.2026 liegen alle Raster im metrischen UTM-CRS der Region (EPSG-Code in meta.json); jede Zelle ist exakt 20 × 20 m groß, Klicks werden über den GeoTIFF-Transform in Pixel übersetzt und die Overlay-Ecken einzeln nach WGS84 rückprojiziert. Ältere Bestände in EPSG:4326 (Bounding-Box linear geteilt) liest die Seite weiterhin auf dem alten Weg.

8 · Grenzen — was diese Karte NICHT sagt

Phänologie: Der Vergleich mit demselben Kalenderfenster der Vorjahre nimmt den systematischen Jahreszeit-Versatz heraus, nicht aber den Bewirtschaftungsrhythmus: Ein Acker, der dieses Jahr zwei Wochen früher gedroschen wurde, erscheint rot, ohne dass etwas „verloren" ginge. Für Wald- und Dauervegetationsflächen ist der Vergleich belastbarer als für Acker.

Zeitreihe ≠ Anomalie: Die Klick-Zeitreihe zeigt die einzelnen Wochen-Composites, die Anomalie vergleicht den aktuellen Composite mit dem Median desselben Fensters aus sechs Vorjahren. Beide können in unterschiedliche Richtungen zeigen — eine Fläche kann gegenüber der Vorwoche abfallen und trotzdem weit über ihrem langjährigen Normalwert liegen (und umgekehrt).

Restunsicherheit: Dünne Zirren, Schattenränder und Sensor-Rauschen überleben die Maske gelegentlich. Wie viele wolkenfreie Aufnahmen hinter einem Pixel stehen, ist jetzt ausgewiesen (Punkt 4) — ein hohler Punkt in der Zeitreihe oder ein rotes Pixel in der Güte-Ebene heißt: diese Zahl trägt nur eine einzige Aufnahme.

Kein Kausalnachweis: NDVI misst Reflexion, nicht Ursache. Ob eine Zunahme Aufforstung, Naturverjüngung, Bewässerung oder ein anderer Feldfruchtzyklus ist, entscheidet die fachliche Prüfung — dafür sind Orthophotos, False-Color und PCA als Vergleichsebenen da.

9 · Reproduzierbarkeit

Alle Zwischenprodukte liegen als Float32-GeoTIFF (COG) mit STAC-Metadaten offen: aktueller Composite (Band 1 NDVI, Band 2 Aufnahmezahl), Vergleichsfenster, Saison-Normal, Persistenzklassen, jede archivierte Woche. Damit lässt sich jeder Schritt dieser Seite mit eigenen Werkzeugen (QGIS, rasterio, GDAL) nachrechnen — die Karte behauptet nichts, was sich nicht am Rohwert prüfen ließe.