A case study for Skukuza: Estimating biophysical properties of fires using EOS-MODIS satellite data

A field and remote sensing study to quantify burnt area and fire effects in South African semi-arid savannas

Auswertung von biophysikalischen Feuereigenschaften fuer das Studiengebiet Skukuza, Suedafrika, mittels Landsat ETM+ und MODIS Satellitendaten

Eine Feld- und Satellitengestuetzte-Studie zur Erfassung und Quantifizierung von Savannenbraende in Suedafrika

by Tobias Landmann
Doctoral thesis
Date of Examination:2003-03-11
Date of issue:2003-12-15
Advisor:Prof. Dr. Gerhard Gerold
Referee:Prof. Dr. Martin Kappas
Referee:Prof. Dr. Michael Becht
Referee:Prof. Dr. Karl-Heinz Pörtge
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2387

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

Biomass burning in Africa, explicitly in Southern Africa, contributes excessively to the annual aerosol loading and pyrogenic gas emissions within the African atmospheric system. The frequency of burning and the area size of burned areas in Southern Africa (wildfires in Southern Africa account for 35% of global annual fire biomass fuel consumptions) makes South Africa a key and suitable investigation area for fire related research. Research regarding the fire effects on ecosystem function, the development of spatial fire monitoring mechanisms and fire management in protected areas is necessary to develop and improve and analyse models that predict regional pyrogenic emissions. Spatial fire information from remote sensing can be used as tool to rigorously and effectively detect and analyse biomass fuel available for burning, fire count locations as well as fire severity. This dissertation was accomplished within the context of the 2000 Southern Africa Regional Science (SAFARI-2000) Initiative, using the Kruger National Park in South Africa as a casestudy savanna ecosystem. Methods to analyse pre-burn biomass fuel loads, spatially explicit algorithms to detect fire severity and fire scar mapping and detection methods, using Landsat ETM+ and MODIS satellite imagery, were developed. The applicability of these methods and algorithms to effectively improve regional emissions models and fire management practices in protected areas are shown. The new methods developed within the context of this dissertation may be applicable to similar savanna ecosystems. This dissertation could be completed successfully and thankfully with the support of the Gottlieb Daimler and Karl-Benz Foundation, South African Research Institutions (CSIR Environmentek) and the University of Goettingen in Germany.
Keywords: Biomass burning; Landsat ETM+; MODIS; fuel modeling; fire intensity; pyrogenic emissions

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Savannenbrände in Afrika, speziell in Südafrika tragen zu einem großen Anteil an der jährlichen feuerbedingten Aerosol- und Gasemissionen in die Atmosphäre bei. Sowohl von der Häufigkeit wie der verbrannten Biomasse her (35 % der globalen jährlichen Biomasseverluste durch Feuer) besitzt Südafrika eine Schlüsselrolle in Untersuchungen zum feuerbeeinflussten Savannenökosystem, für das Feuermonitoring und Feuermanagement im Zusammenhang mit den Savannen-Nationalparks und für die Analyse und Modellierung der Emissionen in die Atmosphäre. Eine wesentliche Grundlage dafür stellt die weitflächige satellitengestützte Analyse der brennbaren Biomasse, Zahl und Lokalität der Feuer sowie Erfassung der Feuerintensität dar. Unter Beteiligung am SAFARI-2000-Programm (Southern Africa Regional Science Initiative) konnten mit dieser Dissertation am Beispiel des Krüger-Nationalparks in Südafrika sowohl im Feld leicht einsetzbare Methoden zur Analyse der brennbaren Biomasse wie neue Algorithmen zur pixelgenauen Erfassung von Feuerintensität und Brandflächen über MODIS- und Landsat-ETM-Daten entwickelt werden. Ihre Anwendbarkeit für bessere regionale Emissionsmodelle wie für ein effektives Feuermanagement im Nationalpark wird in dieser Arbeit aufgezeigt und ist auf andere Savannenbrände übertragbar. Dank der guten Unterstützung über die Gottlieb Daimler und Karl-Benz-Stiftung, der südafrikanischen Forschungseinrichtungen und Kollegen (CSIR Environmentek) und der Universität Göttingen konnte diese Dissertation erfolgreich abgeschlossen werden.
Schlagwörter: Savannenbraende; Landsat ETM+; MODIS; Streu-Biomasse; Feuerintensitaet; Feuer-Emissionsmodelle; Feuermanagement; 550 Geowissenschaften
 
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