msave - Multisaisonale Fernerkundung für das Vegetationsmonitoring

Mit der Einführung der Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie (FFH) wurde im Jahr 1992 ein Instrument beschlossen, das den flächendeckenden Schutz bestimmter Arten in einem europaweiten Netzwerk (NATURA2000) sicherstellt. Für Deutschland wurden 91 Lebensraumtypen (LRT) mit 133 verschiedenen Arten ausgewiesen. Der Anteil an FFH-Gebieten in Deutschland beträgt mit 9,7% etwa ein Zehntel der Landesfläche. Diese Gebiete erlauben im Unterschied zu den Totalreservaten einen Eingriff des Menschen, allerdings darf sich der Zustand der Habitate nicht verschlechtern. Eine Berichtspflicht gegenüber der EU soll diesen Status alle 6 Jahre überprüfen.

In dem von der DLR-Agentur von Februar 2011 bis Juli 2014 geförderten Projekt msave (http://www.msave.de) sollen die Einsatzmöglichkeiten der Fernerkundung zum Monitoring und zur Zustandsbeschreibung von ausgewählten LRT und High Nature Value Farmland (HNV) aufgezeigt werden.

Dabei adressieren die Projektarbeiten eine der großen Herausforderungen an den Einsatz der Fernerkundung für das Vegetationsmonitoring: Das Untersuchungsobjekt selbst – die Vegetation –ist sowohl räumlich als auch zeitlich hochdynamisch. Die LRT unterliegen im Jahresgang einem phänologischen Wandel (z.B. Blattentfaltung, Blüte, Reife, Seneszenz). Diese zeitliche Variabilität führt auch zu einer räumlichen Variabilität: Ein Lebensraumtyp in Norddeutschland wird zu einem bestimmten Zeitpunkt einen anderen Zustand besitzen als der gleiche LRT in Süddeutschland (räumliche Variabilität: Nord-Süd-Gradient). 

Mit Hilfe eines Multi-Sensor-Ansatzes werden der Nutzen zeitlich hochaufgelöster Fernerkundungsdaten evaluiert und neue Methoden entwickelt, welche die phänologisch bedingte Nicht-Stationarität sowie die intra-annuelle, allmähliche Habitatveränderung berücksichtigen. Zum Einsatz kommen neben langjährigen MODIS-Zeitserien auch räumlich hochaufgelöste optische RapidEye- und WorldView-Daten sowie Radardaten der Satelliten TerraSAR-X und Radarsat. Ergänzt werden diese durch flugzeuggestützte Hyperspektraldaten und in-situ-Aufnahmen sowie Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD).

Projektpartner sind neben dem Lehrstuhl für Fernerkundung der Universität Würzburg die Universität Bonn (Abteilung Vegetationsgeographie des Geographischen Instituts, Projektkoordination) sowie die Universität Osnabrück (Institut für Geoinformation und Fernerkundung).

Die Arbeitspakete des Lehrstuhls fokussieren auf der Erstellung von Zeitserien auf drei Skalen:

1. Auf großräumigem Maßstab werden MODIS-Daten zur Erstellung von Zeitserien für Deutschland und angrenzende Länder verwendet.
2. Für zwei Fokusgebiete in Nord- und Süddeutschland werden Zeitserien für die beiden Jahre 2011 und 2012 erstellt.
3. Auf der kleinsten Skala, der Habitatebene, werden zusätzlich für das Jahr 2012 eigene phänologische Beobachtungen von Leitpflanzen unterschiedlicher NATURA2000 Habitate aufgenommen.
    

Die MODIS-Zeitserien werden verwendet, um phänologische Maße wie z.B. Start, Ende oder Länge der Vegetationsperiode für unterschiedliche Landbedeckungsklassen der CORINE Land Cover Klassifikation für die vergangenen 12 Jahre abzuleiten (siehe Abb. 1). Die räumlichen und zeitlichen Muster werden mit Hilfe statistischer Methoden analysiert und unter Verwendung von Daten des Deutschen Wetterdienstes validiert. Darüber hinaus sollen so genannte „Phänologische Korrekturlayer“ abgeleitet werden, die die Variabilität der Vegetation aufgrund von Gradienten (z.B. Topographie und Kontinentalität) berücksichtigen. Diese finden dann Eingang in den Maximum-Entrophie-Klassifikator (Arbeitspaket Universität Bonn). Ein weiteres Ziel ist es, mit Hilfe der MODIS-Daten die Auswirkungen von Wetterextremereignissen auf die Vegetation zu bestimmen.