phenoSAT - alpha

Die räumliche Verteilung des Leaf-Area-Index (LAI) und seine saisonale Variabilität in Waldbeständen ist von besonderem Interesse für phänologische Ökosystemuntersuchungen. Als eine Kenngröße für Energie-, Gas- und Wasseraustausch von Pflanzen, ist LAI eine Eingangsgröße für die Modellierung von Biomasse und Holzvolumen, Kohlenstofffixierung und Waldgesundheit.

Die Saisonalität von LAI reagiert sehr sensibel auf Temperaturveränderungen und stellt daher einen adäquaten Deskriptor für die Charakteristika und die Stabilität des Regional- und Mikroklimas dar. Dies ist beispielsweise für sensible Ökosysteme von Bergwäldern von besonderem Interesse.

LAI Kartierungen haben sich als grobmaßstäbliche Standardprodukte von satelliten- und flugzeuggestützten Sensoren etabliert, und werden mit Hilfe von Kombinationen spektraler Bändern (Vegetationsindices, z. B. NDVI) abgeleitet. Allerdings ist die Qualität von satellitengestützte LAI-Ableitungen in komplexen Bergregionen aufgrund von Topographie und starker struktureller Differenzierung der Waldbestände minimiert.

Zurzeit sind Genauigkeitslimitierungen vor allem auf Mischpixeleffekte zurückzuführen, bei denen die spektralen Eigenschaften verschiedenster Objekte in einem einzigen Pixelwert vereint werden. Weitere Limitierungen sind topographiebedingte und kronendachinterne Schatteneffekte. Um diese Einschränkungen zu kompensieren und zu minimieren, sind in komplexen bzw. inhomogenen Beständen neue Funktionen für verlässlichere LAI-Abschätzungen von Nöten.

Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von räumlich und zeitlich (Revisiting Time) hoch aufgelösten Satellitenszenen, wird die weltweite Erfassung und Charakterisierung von Waldstrukturen durch Textursignaturen unter der Berücksichtigung räumlicher Variabilitäten der spektralen Bänder (Rot, NIR, panchromatisch) ermöglicht. Die Erweiterung der spektralen Auflösung, wie z.B. das Hinzufügen von Kanälen des mittleren Infrarots (MIR), führt ebenfalls zu differenzierteren Auswertemöglichkeiten. Zudem ermöglicht die zeitlich dynamische Erfassung von satellitengestützten Daten die Charakterisierung von hochfrequenten spektralen Signaturveränderungen (innerhalb von wenigen Tagen).

Das Projekt phenoSAT-a (Area-wide mapping of phenology using optical high resolution satellite imagery) zielt als Pilotstudie zunächst auf die Verknüpfung von Spektral- und Textursignaturen mit diskreten Waldgeometrien und räumlichen LAI-Verteilungen ab. Durch die Ableitung von neuen waldstrukturellen Indices sollen multivariate Beziehungen zwischen LAI, Vegetationsindices und Texturindices für eine Folgestudie vorgeschlagen werden.

Durch diese Herangehensweise wird auf eine differenziertere LAI-Abschätzung bezüglich individueller Arten-, Alters- und Dichtezusammensetzungen abgezielt. Die Beziehungen zwischen Spektral- und Textursignaturen sowie Waldstrukturen werden über Radiative Transfer Modelling (RTM) für ausgesuchte detaillierte Referenzstandorte abgeleitet, sowie kalibriert und validiert. Mit Hilfe von Punktwolken aus terrestrischem Laserscanning werden Baumarchitekturen rekonstruiert, die eine dynamische Modellierung von Belaubung für verschiedene Zeitschritte und Dichteverhältnisse ermöglichen.

Die Verknüpfung von rekonstruierten Standortmodellen (Astdichte, Überschirmungsgrad, usw.), simulierten Belaubungsdichten (LAI) und simulierten Spektral- und extursignaturen wird tieferen Einblick in die Beziehungen zwischen Bildsignaturen und Waldstrukturen geben. Als objektbasierte Rekonstruktionen, die eine simulationsinterne Trennung von Laub/Nadeln und Ästen, sowie Unterholz erlaubt, wird ein detaillierteres Verständnis über die Abhängigkeiten von verschiedenen abgeleiteten Indices und einzelnen Bestandskomponenten gewährt.

Projektleitung

Österreichische Akademie der Wissenschaften

Projektpartner:innen

• Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)
• Universität Innsbruck

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