Anwendung multiparametrischer Fernerkundungsdaten zur Ökosystem-Kartierung und Regionalisierung von Transpirations-Flussmessungen in Zentralsibirien

Abstract

Für das zentralsibirische Untersuchungsgebiet am Übergang zwischen dem Westsibirischen Tiefland und dem Mittelsibirischen Bergland wurde eine Postprozessierung von SAR (Synthetic Aperture Radar)- Fernerkundungsdaten der ERS-Satelliten (European Remote Sensing Satellite) und des JERS-Satelliten (Japanese Earth Resources Satellite) durchgeführt. Eine multiparametrische Szene der ERS-Satelliten und zwei monotemporale Szenen des JERS-Satelliten standen in geometrisch terrain-korrigierter Form (in True-range-Geometrie) zur Verfügung. Eine radiometrische Terrain-Korrektur wurde mit diesen Szenen durchgeführt. Ein interferometrisches DGM (Digitales Geländemodell) und ein konventionelles, aus einer topographischen Karte abgeleitetes DGM wurden hierzu verwendet. Für eine weitere ERS-Szene stand kein DGM zur Verfügung. Diese Szene blieb damit geometrisch und radiometrisch unkorrigiert. Für drei Teilgebiete des Untersuchungsgebietes erfolgte jeweils eine eigene Klassifikation der SAR-Fernerkundungsdaten. Aufgrund des ungleichen Daten-Inventars der verwendeten SAR-Szenen und deren unterschiedlicher geometrischer und radiometrischer Eigenschaften wurde die Aufteilung des Untersuchungsgebietes in drei Teilflächen notwendig, für die jeweils separate Klassifikationen der SAR-Daten durchgeführt wurden. Eine weitere Vegetationstypen-Kartierung erfolgte durch die Klassifikation einer Landsat-7 Satellitenbildszene. Das Resultat ist eine Landoberflächenkarte, die für das gesamte Untersuchungsgebiet eine Aussage über die räumliche Ausdehnung von zehn Landoberflächen-Klassen macht. Anhand von biometrischen und floristischen Felddaten wurde eine Legende für die resultierende Vegetationstypen-Karte erstellt. Zum Daten-Inventar einer der verwendeten ERS-Szenen gehört auch ein interferometrisch erstelltes DGM. Parallel dazu wurde ein konventionelles DGM verwendet, welches auf der Grundlage einer topographischen Karte durch Methoden der Geoinformationsverarbeitung erstellt wurde. Das interferometrisch erstellte DGM wurde durch die Berichtigung systembedingter Mängel aufbereitet, um eine quantitative Validierung durch einen Vergleich mit dem konventionellen DGM vorzunehmen. Anwendung fand das interferometrische DGM in einer digitalen Reliefanalyse. Nach einer Präprozessierung des DGM wurden die pedohydrologischen Indikatoren "Bodenfeuchte-Index" und "Potentielle Grundwassernähe" aus dem DGM abgeleitet. In einem Anwendungsbeispiel wurde gezeigt, dass die Potentielle Grundwassernähe genutzt werden kann, um potentielle Habitate westsibirischer Wald-Vegetationstypen abzugrenzen. Notwendige Bedingung ist eine Relief-Abhängigkeit der betrachteten Vegetationstypen. In Kombination mit der Landsat-Landoberflächen-Klassifikation wurde das Wissen um die potentiellen Vegetationshabitate genutzt, um auch die Ausdehnung solcher Vegetationstypen zu kartieren, die aufgrund ihrer spektralen Signatur allein mit Fernerkundungsmethoden nicht von anderen Vegetations-Formationen zu trennen sind. In einem weiteren Anwendungsbeispiel wurde gezeigt, in welcher Form die Ergebnisse der Fernerkundungs-Klassifikation für eine Regionalisierung von Wasser-Flussraten zwischen Biosphäre und Atmosphäre herangezogen werden können. Zu diesem Zweck wurden zeitlich und lokal begrenzt durchgeführte Messungen der Xylem-Flussdichte anhand von artspezifischen Modellen der Xylem-Flussdichte auf einen Zeitraum von 29 Monaten extrapoliert. Getrennt für fünf Wald-Vegetationsklassen wurden für diesen Zeitraum Bestandes-Transpirationsraten abgeschätzt. Berücksichtigung fand dabei die biometrische und floristische Zusammensetzung der betrachteten Wald-Vegetationsklassen. Der Vergleich mit den Messwerten anderer Autoren hat gezeigt, dass diese Methode exzellente Resultate liefert. Verwendet wurden die Bestandes-Transpirationsraten der ausgewiesenen Wald-Vegetationstypen, um im regionalen Maßstab für das Westsibirischen Tiefland und das Mittelsibirische Bergland Aussagen über die dort stattfindenden täglichen und jährlichen Transpirationsflüsse zu machen.