Vegetationsklassifikation mittels hochaufgelöster Satellitendaten im Permafrostgebiet von Jakutsk


Bachelorarbeit, 2009
60 Seiten, Note: 1,8
B.Sc. Veit Trübenbach (Autor)

Leseprobe

Inhalt

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungen

Danksagung

1 Einleitung

2 Hintergrund und Ziele der Arbeit
2.1 Das Projekt DUE Permafrost
2.2 Stand der Forschung
2.3 Ziele der Arbeit

3 Untersuchungsgebiet

4 Theoretische Grundlagen
4.1 Permafrost und Permafrostdegradation
4.2 Zusammensetzung der Vegetation
4.3 Wechselwirkung zwischen Permafrost und Vegetation
4.4 Fernerkundung der Vegetation

5 Daten und Methoden
5.1 Datengrundlage
5.1.1 ALOS
5.1.2 ALOS AVNIR-
5.1.3 Bildstörung im PRISM-Datensatz
5.2 Vorprozessierung der Daten
5.3 Objektorientierte Bildverarbeitung
5.3.1 Vergleich Pixel- und Objektbasierter Bildverarbeitung
5.4 Multiresolution Segmentation
5.5 Klassenerstellung
5.6 Klassifikation
5.6.1 Erste Klassifikation Level
5.6.2 Klassifikation Level
5.6.3 Zweite Klassifikation Level
5.6.4 Abschließende Prozesse

6 Ergebnisse und Diskussion
6.1 Genauigkeitsanalyse
6.1.1 Ausführung in PCIGeomatica
6.1.2 Ausführung in Definiens Developer
6.2 Analyse des Ergebnisses

7 Zusammenfassung

Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Jakutien

Abb. 2: Untersuchunsgebiet als Layerstack

Abb. 3: Permafrostausdehnung als GoogleEarth -Darstellung

Abb. 4: Aufnahmemodi des ALOS PRISM-Sensors

Abb. 5: Bildstörung

Abb. 6: Schema der Aufsplittung des Homogenitätskriteriums

Abb. 7: Segmentierungs Level

Abb. 8: Ausschnitt der Klassifikation nach der ersten Trennung

Abb. 9: Klassifikation von Grasland

Abb. 10: Zwischenergebnis der Klassifikation auf Level

Abb. 11: Eliminierung fehlklassifizierter Objekte

Abb. 12: Versuch der Schattendetektion auf Level

Abb. 13: Kronendichtediagramm

Abb. 14: Konzipiertes Regelwerk

Abb. 15: Klassenhierarchie

Abb. 16: Samples zur Genauigkeitsanalyse in DefiniensDeveloper

Abb. 17: Prozentuale Flächenanteile

Abb. 18: Klassifikation Level

Abb. 19: Klassifikation Level

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Parameterwerte für die Segmentierung von Level 1 und Level

Tab. 2: Ergebnisse der ersten Genauigkeitsanalyse

Tab. 3: Ergebnisse der zweiten Genauigkeitsanalyse

Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Danksagung

Die vorliegende Arbeit entstand im Fachbereich der Fernerkundung an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Den Rahmen für diese Arbeit bot das DUE Permafrost Project der ESA.

1 Einleitung

Sibirien - „allein der Name wurde zum Begriff für unfassbare Weite, grenzenlose Wildnis, riesige Wälder und für klirrende Kälte“ (Rütz 1994:2). Dieses ausgedehnte Gebiet, dessen Eingrenzung nicht immer eindeutig definiert ist (Wein 1999:15f), ist schon seit Anfang des 18. Jahrhunderts (Wein 1999:13) Ziel zahlreicher wissenschaftlicher Untersuchungen der verschiedensten Fachbereiche. Ein vor allem aktuell stark untersuchtes Charakteristikum der „vielfältige[n] Natur“ (Wein 1999:18) Sibiriens stellt der Permafrostboden dar, derrund 80 % (Wein 1999:24) der Fläche dieses riesigen Landeseinnimmt. Das Territorium der im Nordosten Sibiriens gelegenen Republik Sacha (Jakutien), in der auch das später genauer vorgestellte Untersuchungsgebiet der vorliegenden Arbeit liegt, ist somit zu 100 % (Makarov & Venzke 2000:21) von Dauerfrostboden unterlagert. Aufgrund seiner Funktion als Senke riesiger Mengen klimawirksamer Gase (Kirschke et. al. 2008:947; UBA 2006:5f.) rückender Permafrostboden und die Folgen seiner Degradation in den Fokus gegenwärtiger Diskussionen um Klimawandel und globale Erwärmung.

Ein Projekt, das sich unter anderemdamit befasst, wie Methoden der Fernerkundung zur Beobachtung und Modellierung der Permafrost-Veränderungen unterstützend eingesetzt und verbessert werden können, ist das DUE (Data User Element) PermafrostProject der ESA (European Space Agency). Im Rahmen dieses Programmes entstand die vorliegende Arbeit, die untersucht, wie Vegetation und Vegetationsmuster im sibirischen Permafrostgebiet mithilfe hochaufgelöster Satellitendaten erkannt und klassifiziert werden können. Dieses Ziel soll mittels einerobjektorientierten Lösungsmethode erreicht werden.

Die Arbeit gliedert sich in insgesamtsieben Kapitel. Zu Beginn werden wesentliche Informationen zum Hintergrund und zu den Zielen der Arbeit gegeben. Im Anschluss daran sollen das Untersuchungsgebiet vorgestellt, Grundlagen zum Verständnis des Systems Permafrostes aufgearbeitet sowie Daten und Methodik der Arbeit aufgezeigt und elaboriert werden. Daraufhin werden die erzielten Ergebnisse beschrieben und diskutiert. Mit einer nachfolgenden Zusammenfassung schließt die Arbeit ab.

2 Hintergrund und Ziele der Arbeit

In diesem Kapitel werden zunächst Konzept und Zieledes DUE PermafrostProjektesausführlicher vorgestellt.Um zu zeigen, wie sich die vorliegende Arbeit im Kontext der wissenschaftlichen Untersuchungen des Permafrostes, seiner Degradation und deren Folgen einordnet, wird nachfolgend der Stand der Forschung aufgezeigt. Mit der Darstellung der Zielsetzung der Arbeit schließt Kapitel 2 ab.

2.1 Das Projekt DUE Permafrost

Das DUEals programmatisches Glied des EOEP (Earth Observation Envelope Programme) ist ein Projekt der ESA und verfolgt das Ziel, längerfristig den Kontakt und die Beziehungen zwischen Nutzergemeinschaften und Fernerkundung zu stärken. Es wird auf europäischer Ebene mit internationaler Ausrichtung durchgeführt (ESA 2009a:o.S.). Als Teil des DUE wurde das DUE Permafrost Projekt gegründet, dessen übergeordnetes Ziel es ist, ein durch Fernerkundung gestütztes System zum globalen Permafrost- Monitoring zu entwickeln und anzubieten (IPF 2009a:o.S.).So sollen Verfahren der Fernerkundung in Synergie mit aktuellen in situ - Methoden entwickelt und bereitgestellt, Szenarien der Permafrost- und Klimaentwicklung erstellt und neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Fähigkeiten zur Klimawandel-Detektion und -Modellierung erlangt werden. Im Vordergrund stehen hierbei stets die Bedürfnisse der Nutzer (IPF 2009b:o.S.). Aus diesem Grund und weil das System Permafrost eine solche Komplexität aufweist, ist die Kooperation der Fernerkundungsexperten mit Permafrost-Wissenschaftlern unabdingbar. Diese entstammen verschiedenen naturwissenschaftlichen Bereichen wie „ climatology, geomorphology, botany and hydrology “ (Bartsch et al. 2009:3).

Die Arbeitsgemeinschaft des insgesamt von Juni 2009 bis November 2011 (IPF 2009b:o.S.) dauernden DUE Permafrost Projektes steht unter der Leitung des Institutes für Photogrammetrie und Fernerkundung der Technischen Universität Wien. Die weiteren Partner sind die GAMMA RemoteSensingandConsulting AG, die University of Waterloo, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (IPF 2009b:o.S.). Nutzer sind hauptsächlich geowissenschaftliche Institute verschiedener internationaler Universitäten (IPF 2009c:o.S.).

2.2 Stand der Forschung

Wie einleitend erwähnt, nimmt das System Permafrostvor dem Hintergrund des global climate change als Forschungszielstetig an Bedeutung zu. Ging es in früheren Arbeiten eher um die Naturzerstörung im Permafrostgebiet, ausgelöst zum Beispieldurch starke, von derIndustrie hervorgerufene Luft- oder Wasserverschmutzung (Gerloff 1994:76f.; Tutubalina&Rees 2001:191), ist aktuell der Dauerfrostboden selbst, seine Veränderung und Interaktion mit der Umwelt, Kern der Forschung. Zahlreiche Wissenschaftler beschäftigen sich unter anderemmit Gründen, Form und Ausmaß der Degradation und ihren Folgen für Mensch und Natur (Boike et al. 2007b;Kirschke et al. 2008; Makarov & Venzke 2000; Nelson 2003; Smith et al. 2005). Im Vordergrund steht hierbei vor allem, dass im Permafrostboden enorme Mengen an Treibhausgasen gelagert sind, die infolge des Auftauprozesses emittieren könnten und ihre atmosphärische Konzentration stark erhöhen würden. Die Konsequenz daraus wären positive Rückkopplungsprozesse, die die globale Erwärmung noch stärker vorantreiben könnten (UBA 2006:5f.).Nach aktuellen Angaben sind im gesamten Gebiet des Permafrostes etwa 900 Gigatonnen (Kirschke et al. 2008:947) Kohlenstoffgelagert. Die Menge des dort gespeicherten, 23mal klimawirksameren Gases Methan (IPCC 2001:388)ist derzeit noch immer nur ungenau quantifiziert und Permafrost als Quelle dieses Gases bisher kaumberücksichtigt worden (Anisimov&Nelson 1997:242; Kirschke et al. 2008:947; Schneider et al. 2009:380).

Wohingegen Veränderungen durch externe Faktoren wie Waldbrände eher lokal begrenzt sind, hat der Klimawandel teils negative Folgen für viel größere Gebiete (Stow et al. 2004:282). Aufgrund der in Kapitel4.3näher beschriebenen Wechselwirkung und des engen Zusammenhangs zwischen Vegetation und Permafrostboden(Sugimoto et al. 2002:493; Makarov&Venzke 2000:25) bringtdessen Auftauen so auch Veränderungen der Vegetation, ihrem Zustand und ihrer Struktur mit sich, abgesehen von weiteren Dingen wie zum Beispiel verstärktes Auftreten von Thermokarst und damit verbundener Änderung der Seendichte (Stow et al. 2004:281). Diese sichtbaren und mithilfe von Fernerkundung ermittelbaren oberflächlichen Veränderungen können im Gegenzug wiederum als Indikatoren für Stärke und Art der Veränderung des Bodens selbst dienen (Bartsch et al. 2009:3).Speziell im Hinblick auf die Erfassung von Vegetation bietet nach Schmullius&Wagner (2000:44) die „Fernerkundung […] die einzige Herangehensweise an die Waldkartierung großer unzugänglicher Gebiete“. Hierbei stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen die Verwendung von Sensoren mit hoher zeitlicher, räumlich jedoch begrenzter Auflösung, zum anderen der Gebrauch räumlich hoch-, zeitlich aber schlechter aufgelöster Sensoren (Kasischke et al. 2004:149).Anwendung finden hierbei optische Methoden ebenso wie Verfahren der Radarfernerkundung.In Gebieten mit häufiger Wolkenbedeckung bringt der Einsatz der Letztgenannten jedoch klare Vorteile. Grund hierfür ist die Fähigkeit der Radarwellen, Wolken zu durchdringen (Schmullius&Wagner 2000:44). Um jedoch die Vorteile beider Verfahren im Vegetations- Mapping nutzen zu können, werden optische und Radar-Daten gegenwärtig immer mehr auchsynergetisch genutzt (Elsakov&Shanov 2007:1).

Zur Beobachtung und Klassifizierung der ausgedehnten borealen Waldgebiete trugen vor allem auch Ergebnisse der EU-finanzierten Projekte SIBERIA (SAR Imaging for Boreal Ecology and Radar Interferometry Applications) und SIBERIA-II bei, denen unterschiedliche Radar- und optische Daten in Verbindung mit Geländedaten zugrunde lagen (Hese&Schmullius 2005; Knorr&Schmullius 2006; Schmullius&Wagner 2000).

2.3 Ziele der Arbeit

Zweck des Projektes „ High Resolution Water Body and Vegetation Mapping for Permafrost Degradation Modelling “ als Teil des DUE PermafrostProjektes istneben dem Kartieren der Veränderung von Thermokarst-Seen die Erstellung einer Vegetationskarte mittels räumlich hochaufgelöster Satellitendaten. Es ist das übergeordnete Ziel der vorliegenden Arbeit, zu dieser Vegetationskartierung und -Klassifizierung beizutragen, was anhand eines Ausschnittes der bereitgestellten, optischen Satellitendaten umgesetzt wird. Diehierbei betrachtete Region bei Jakutsk ist eines von viervon Permafrost unterlagerten, panarktischen Untersuchungsgebieten des genannten Teilprojektes.Ursprünglich sollte die Kartierung auf Grundlage von RapidEye-Satellitenbildern durchgeführt werden, welche jedoch aufgrund erheblicher Wolkenbedeckung im Zielgebiet keine Verwendung finden konnten. Alleinige Datengrundlage sind aus diesem Grund AVNIR- und PRISM-Daten des japanischen Erdbeobachtungs-Satelliten ALOS und visuelle Vergleiche mit einer dasselbe Gebiet abdeckenden Szene der opensource – Software GoogleEarth. Eine Change Detection der Vegetation kann nichtdurchgeführt werden, da keine multitemporalen Daten zur Bearbeitung zur Verfügung stehen.

Die Klassifikation des Untersuchungsgebietes geschieht mittels eines objektbasierten Ansatzes. Diese erst „in jüngerer Zeit“ (Albertz 2007:161) entwickelte Methode bringt Vorteile vor allem in derVerarbeitung und Auswertung räumlich hochauflösender Daten (Yu et al. 2006:799). Objektorientierte Bildverarbeitung gliedert sich im Wesentlichen in zweiArbeitsschritte - die Segmentierung des gesamten Bildes und die nachfolgende Klassifizierung der im ersten Schritt erhaltenen Bildobjekte. Damit sowohl in der Segmentierung als auch in der Klassifizierung optimale Ergebnisse erzielt werden können, ist die bestmögliche Kalibrierung der in den Prozessen verwendeten Parameter erforderlich und ein wesentlicher Bestandteil des objektorientierten Verfahrens. Dies wird für das gewählte Untersuchungsgebiet umfassend dokumentiert und veranschaulicht, um den Weg zum Endergebnis, das erstellte Regelwerk zur Klassifikation,nachvollziehbar darzustellen.Da keine großmaßstäbige Vegetationskarte der Region zur Verfügung steht, wird nicht nach Vegetationsarten differenziert, sondern nach einer idealen Trennung verschieden bewachsener und unbewachsener Flächen und unterschiedlich dichter Waldbestände gesucht.Die Unterteilung der Waldklasse in die verschiedenen Dichtegrade erfolgt dabeinach dem LCCS (LandCoverClassificationSystem) der FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). Um die Notwendigkeit der Untersuchungen und die angewandte Methode verständlich zu machen, soll außerdem ein umfassender theoretischerÜberblick über das System Permafrost und das objektbasierte Klassifizierungsverfahrengegeben werden.

3 Untersuchungsgebiet

Wie einleitend formuliert, liegt das untersuchte Gebiet im Nordosten Sibiriens/Russland. Ähnlich dem von Werlen (2006:o.S.) beschriebenen Problem mit der Einordnung Europas trägt auch Sibirien aufgrund unterschiedlicher geographischer, politischer oder administrativer Demarkationenuneinheitliche und immer wieder veränderte Definitionen (Wein 1999:15). Legt man jedoch das sogenannte Rayonkonzept und dessen weithin akzeptierte Grenzfestlegung zugrunde, „nimmt Sibirien 56,5 % der Fläche Rußlands ein“ (Wein 1999:17).Die mit einem Areal von ca. 3.1 Mio. km² (Makarov&Venzke 2000:21) und einer Nord-Süd- und Ost-West-Ausdehnung von jeweils mehr als 2000 km (Mirkin et al. 1988:113) flächenmäßig größte Einheit Sibiriens ist die Republik Sacha, im folgenden Jakutien genannt.Aufgrund der nördlichen Lage – Jakutien erstreckt sich, wie in Abbildung 1zu erkennen, von ca. 58 bis 80° nördlicher Breite (Große 2006:o.S.) – herrschen dort teils extreme klimatische Bedingungen. Das stark kontinentale Klima drückt sich in jährlichen Temperaturunterschieden von ca. 100 K (Wein 1999:215) zwischen Sommer und Winter und niedrigen Jahresniederschlägen aus (Makarov&Venzke 2000:21).Morphologisch gliedert sich das an Bodenschätzen reiche Jakutien in das ebene Jakutische Becken in West-, Süd- und Zentraljakutien und das von kompliziertem und eng gekammertem Relief geprägte Nordostjakutien (Wein 1999:214).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Jakutien (Quelle: GROßE 2006:o.S.)

Die 1632 gegründete (Makarov&Venzke 2000:22), am westlichen Ufer der Lena gelegene Stadt Jakutsk mit ihren ca. 240.000 Einwohnern (Wein 1999:216) ist „administratives, politisches und ökonomisches Zentrum der Region“ (Markarov&Venzke 2000:22). Sie liegt bei etwa 62° nördlicher Breite und 129° 40‘ östlicher Länge, nimmt rund 135 km² Fläche ein und ist damit „eine der größten Städte weltweit, die auf kontinuierlichem Permafrost gebaut“ (Markarov&Venzke 2000:22) worden sind. Nordwestlich der Stadt liegt das für die Vegetationskartierung gewählte Gebiet, das in Abbildung 2 als Layerstack der PRISM- und AVNIR-Daten dargestellt ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.2: Untersuchunsgebiet als Layerstack aus PRISM- und AVNIR-Kanälen

4 Theoretische Grundlagen

Im folgenden Kapitel soll ein theoretischer Überblick über das System Permafrost vermittelt werden. Zu Beginn des Kapitels wird Permafrost allgemein beschrieben sowie auf die Gründe, Folgen und Bedeutung seiner Veränderung eingegangen.Hiernach wird die Physiognomie der Vegetation im Gebiet Jakutsk dargestellt. Abschließend sollen die Interaktion zwischen dem Permafrost und der zuvor charakterisierten Vegetation herausgearbeitetund das Vermögen der Fernerkundung in der Vegetationskartierung aufgezeigt werden.

4.1 Permafrost und Permafrostdegradation

Als Permafrost wird sämtlicher Untergrund bezeichnet, der - „mit Ausnahme der geringmächtigen sommerlichen Auftauzone“ (Hrabowski 1990:80) – mehr als zwei Jahre durchgängig Temperaturen von oder unter 0° Celsius aufweistund somit gefroren bleibt (Nelson 2003:1673). Weltweit werden über 20 % (Brown 1998:o.S.) und somit fast ein Viertel der Landmasse der Erde von Permafrost unterlagert, wobeiin Zonen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Permafrostes unterschieden wird.Der Flächenanteil an gefrorenem Bodens beträgt in den erstgenannten über 90 % (UBA 2006:3), in Zonen diskontinuierlichen und teilweise nicht sehr tiefreichenden Permafrostes 10 bis 90 % (UBA 2006:3). In mancher Literatur erfährtdieser diskontinuierliche Permafrost eine nochmalige Gliederung in sporadischen Permafrost, wie auch in Abbildung 3 erkennbar. Selbst in Gebieten mit kontinuierlichem Charakter gibt es jedoch als Taliki bezeichneteZonen, in denen der Boden nicht oder kaum gefroren ist. Aufgrund des Wärmepotentials des Wassers gibt es beispielsweise „unter dem Bett der Lena in ihrer gesamten Länge keinen gefrorenen Boden“ (Hrabowski 1990:81). Die Mächtigkeit des Permafrostes beträgt allgemein einigebis mehrere Hundert Meterund besitzt südlich der Stadt Udatschny im nordwestlichen Jakutienihr absolutes Maximum von ca. 1500 m (Wein 1999:24). Unter Jakutsk, das im kontinuierlichen Permafrostgebiet liegt,erreicht er eine Tiefe von 200 bis 250 m (Makarov&Venzke 2000:23). Entstanden ist der Permafrost nicht erst in jüngster Zeit, sondern bereits im Pleistozän, alskaltklimatische Bedingungenund das Fehlen einer isolierenden Inlandvereisung in diesem Periglazialgebiet zum Durchfrieren des Bodens führten (Große et al.2004:54; Wein 1999:23).Dennoch ist das System Permafrost eindynamisches, „ and its distribution, thickness, and composition have varied substantiallyover geological time “ (Nelson 2003:1673).Nach wie vor spielen sich hier landschaftsbildende Prozesse ab, die einen charakteristischen Formenschatz hervorbringen. Zu diesem gehören unter anderem die typischen, als Alas bezeichneten und oft mit Seen gefüllten Bodensenken, des Weiteren Pingos – im Kern aus Eis bestehende Hügel – und die markanten, sich zu polygonalen Netzen verbindenden Eiskeile (Hrabowski 1990:81ff.). Die Prozesse, die mit dem Schmelzen des Permafrostes in Verbindung stehen, werden ebenso wie die daraus resultierenden Reliefstrukturen als Thermokarst bezeichnet.Zur Dynamik des Systems gehören neben diesen meist längerfristigen Modifikationen vor allem die jahreszeitlichen Veränderungen. Hierzu zählt die jährliche, oberflächliche Auftauschicht, Active Layer genannt, die gewöhnlich 0.5 bis 2 m (Popp 2007:8) beträgt. Sie führt im Sommer zur sogenannten Rasputiza (Wegelosigkeit) und stellt ein deutliches Hindernis für die infrastrukturelle und damit industrielle Erschließung des Gebietes dar (Wein 1999:25).Die Mächtigkeit dieser Auftauschicht ist nach Nelson (2003:1673) und Popp (2007:8) unter anderem abhängig von der Art der Oberflächenbedeckung, Exposition, Dicke und Art des Bodensubstrates, Lufttemperatur und dem Gehalt des Wassers im Boden. Unter Städten kann sie ob der hohen thermischen Beeinflussung, die abhängig ist von Struktur und Alter der Bebauung, größere Tiefen erreichen und macht damit die typische Pfahlbauweise der Häuser unabdingbar (Markarov&Venzke 2000:23).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.3: Permafrostausdehnung als GoogleEarth -Darstellung (Quelle: NSIDC o.J.:o.S.)

Als Permafrost-Degradation wird der Rückgang des Dauerfrostbodens bezeichnet, der vor allem an dessen Südflanke schon erkennbar ist. Doch auch an den Küsten ist solch eine dort als Thermoerosion titulierte Zerstörung zu registrieren und kann unter anderem mithilfe von multitemporalen Satellitendaten quantifiziert werden (Große et al. 2004:56; UBA 2006:7).Der Grund für den Rückgang liegt in der Interaktion zwischen Permafrost und der Temperatur, deren Ansteigen die zentrale Rolle im global climate change spielt, zum sukzessiven Auftauen führt und ein erneutes Gefrieren verhindert. An sich natürliche Prozesse wie Thermokarstwerden verstärkt und führen zu Rückkopplungsprozessen. So absorbieren beispielsweise die in Gebieten kontinuierlichen Permafrostes an Häufigkeit und Oberfläche zunehmenden Thermokarstseenverstärkt solare Strahlung, geben diese an den Boden ab und forcieren so wiederum den Tauprozess (Popp 2007:9). Die größte Gefahr für das Klima geht nach Meinung der Forscher von den beim Tauen freigesetzten, klimarelevanten Gasen Methan und Kohlenstoff aus. Diese Gase entstanden als Endprodukte der mikrobakteriellen Umwandlung abgestorbener Organismen, lagerten sich im gefrorenen Boden ein und machen das Permafrostgebiet zu „eine[r] deutlich größere[n] Treibhausquelle als geglaubt“ (SCINEXX 2006:o.S.). Folgen der Freisetzung sind der weitere Anstieg der Temperatur und einbeträchtlicher, erwarteter Rückgang des Permafrostes (Anisimov&Nelson 1997). Ein eher regionales Risiko bedeutet auch das Absinken der Oberfläche infolge des Tauprozesses. Vor allem in Bereichen, in denen der Permafrost reich an unterirdischen Eiskörpern ist und so sehr stark absacken kann, kann es neben hydrologischem und biologischem Wandel zuzivilisatorischen Gefahren kommen (Nelson 2003:1674).

4.2 Zusammensetzung der Vegetation

Das größte Vorkommen im artenarmen Gebiet um Jakutsk, das im rund 1500 km (Wein 1999:30) breiten Taiga-Gürtel liegt, hat die dahurische Lärche (Larixgmelinii) (Mirkin et al. 1988:121).Durch ihre extreme Kälteresistenz ist sie anderen Baumarten gegenüber bevorteilt. Die schmalen, aufgrund des Permafrostbodens flachwurzligen und deshalb locker stehenden Bäume, die Höhen bis 25 m (Venzke 1994:83) erreichen, nehmen etwa 86 % (Wein 1999:31) der jakutischen Wälder ein. Weiterhin tritt die Kiefer (Pinussylvestris) auf und verschiedene Vertreter der Pionierpflanze Birke (Betula), welche die Nadelwälder in variierender Dichte durchsetzen. Nach Wein (1999:31) verfügen die Lärchenwälder ob der extremen klimatischen Bedingungen über eine nur artenarme, aber typische Bodenvegetation.Diese setzt sich aus Moosen, Flechten und Strauchartenwie der Cranberry (Vaccinium macrocarpon) zusammen undbesitzt eine nur geringe Saisonalität(Kobayashi et al. 2007:240f.).Auf Flächen, hauptsächlich Alassen, in denen keinWaldexistiert, sind meist Steppengräser zu finden (Venzke 1994:83). Landwirtschaftliche Nutzpflanzen sind aufgrund der kurzen Vegetationsperiode und der Nährstoffarmut im Gebiet kaum vertreten (Hrabowski 1990:105ff.). Die Art der Vegetation richtet sich auch nach topographischen Faktoren wie Höhe, Hangneigung oder –Ausrichtung, da diese beispielsweise die Hydrologieund die Stärke der Sonneneinstrahlung und damit die Lebensbedingungen für die Pflanzen maßgeblich beeinflussen (Yu et al. 2006:807).

4.3 Wechselwirkung zwischen Permafrost und Vegetation

In zahlreichen Studien wurde festgestellt, dass eine vielseitige Interaktion zwischen Dauerfrostboden und der dortigen Vegetation besteht (Bakalin&Vetrova 2008:318).Für die Vegetation hat vor allem die Funktion des Permafrostbodens, ihr als direkte Wasserquelle zu dienen, Relevanz. Die Lärche beispielsweise wird im Frühjahr vom reichlichen Schmelzwasser des Schneesundim Sommer durch Niederschlagswasser gespeist. Die geringen Niederschläge im Gebiet allein sorgen jedoch nicht für ausreichend Wasserzufuhr in dieser Jahreszeit. Vielmehr trägt tauendes, vorher im gefrorenen Boden gebundenes Wasser zur Versorgung bei und ist dabei eine essentielle Wasserquelle vor allem in trockenen Sommern. Herrscht amEnde des Sommers dennoch einepositive Wasserbilanz, erfüllt der Boden überdies eine Pufferfunktion, indem dieses Wasser gefroren und den Pflanzen im folgenden Jahr zur Verfügung gestellt wird (Sugimoto et al. 2002). Die Bedeutung der Vegetation für den Permafrost liegt vor allem in ihrer isolierenden Wirkung (Wein 1999:30). Die Taiga samt ihrer Bodenvegetation und der teils mächtigen Humusauflage verhindert ein zu tiefes Auftauen des Bodens durch solare Strahlung (Makarov&Venzke 2000:25). Hierbei besteht eine bilaterale Korrelation zwischen der Tiefe des Permafrostspiegels und der Art der Vegetation (Bakalin&Vetrova 2008). So taut der Boden unter Lärchenwald mit einer Humus- und Moosschicht beispielsweise weniger als 50 cm auf,die Auftauschicht unter einem flechtenreichen Kiefernwald kann jedoch 2.50 bis 3 m betragen (Venzke 1994:85). Erkennbar ist hierbei teilweise auch ein Kreislauf verschiedener Stadien, die sich durch unterschiedliche Vegetationszusammensetzung und damit verbundener Active Layer – Tiefe auszeichnen (Bakalin&Vetrova2008).Infolgebestimmter Ereignisse kann es vorkommen, dass diese Kreisläufe gestört werden.Wird beispielsweise eine Fläche entwaldet, unter anderem als Folge von Feuer oder durch Holzeinschlag, führt die nun fehlende schützende Bodenbedeckung zu einem verstärkten Auftauen des Bodens, woraufhin dieser absinkt. Anfangs füllt sich dieser Alas mit Wasser, kann jedoch durch hohe Evaporation austrocknen und versalzen. Passiert dies, sind nur noch wenige Pflanzenarten in der Lage, unter den entstandenen salinen Bedingungen zu überleben (Uemura et al. 1998:71f.). Aufgrund des bestehenden Zusammenhangs zwischen Vegetation und Permafrost hätten dessen Rückgang und eine so initiierte, verschiedenartigeZerstörung besonders der Baumvegetationergo wieder rückkoppelnde Folgen (UBA 2006:11; Uemura et al. 1998:71).

[...]

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Details

Titel
Vegetationsklassifikation mittels hochaufgelöster Satellitendaten im Permafrostgebiet von Jakutsk
Hochschule
Friedrich-Schiller-Universität Jena  (Fernerkundung)
Note
1,8
Autor
Jahr
2009
Seiten
60
Katalognummer
V200572
ISBN (eBook)
9783656266211
ISBN (Buch)
9783656269427
Dateigröße
8648 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Bachelorarbeit im Studiengang Geographie (Vertiefungsrichtung Fernerkundung)
Schlagworte
Vegetationsklassifikation, Vegetationsklassifizierung, Klassifikation, Klassifizierung, classification, hochaufgelöst, Satellitendaten, Satellitenbild, Fernerkundung, remote sensing, Permafrost, Sibirien, Jakutien, Jakutsk, Vegetation, ALOS, Prism, AVNIR, Objektorientierte Bildverarbeitung, Multiresolution Segmentation, Genauigkeitsanalyse, Definiens, Developer, Ecognition, Layerstack, ESA, Dauerfrostboden, Birke, Lärche, Klassifikationsverfahren, Multiresolution, Segmentierung, Scale Parameter, Alass, Kronendichtediagramm, Russland, Auflösung
Arbeit zitieren
B.Sc. Veit Trübenbach (Autor), 2009, Vegetationsklassifikation mittels hochaufgelöster Satellitendaten im Permafrostgebiet von Jakutsk, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/200572

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