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Freiburger Geographische Hefte, Heft 57

MARZOLFF, IRENE, 1998: Großmaßstäbige Fernerkundung mit einem unbemannten Heißluftzeppelin für GIS-gestütztes Monitoring von Vegetationsentwicklung und Geomorphodynamik in Aragón (Spanien)

Landdegradation und Desertifikation, begünstigt durch semi-aride und aride Klimaverhält nisse und eine jahrtausendelange Landnutzungsgeschichte,  bedrohen weite Teile des Mittel meer raums. Insbesondere Spanien unterlag in diesem Jahrhundert einem starken Landnut zungs wandel, der großräumige Landschaftsveränderungen und oftmals die Auslösung oder Verstärkung von Degradationsprozessen mit sich bringt. Bodenerosion durch Wasser gilt als der wichtigste Degradationsprozeß im Mittelmeerraum und hat gleichzeitig die schwersten, da unumkehrbaren Folgen für die Landschaft. Die Erfassung und Erforschung der aktuellen Geo morphodynamik und ihren Zusammenhänge mit Vegetation, Boden, Relief und Klima wird zum Schlüssel für das Verständnis und die Vermeidung von Landschaftsdegradation.

Luft- und Satellitenbilder finden in Verbin dung mit GIS-Techniken zunehmend Einsatz beim Monitoring von Landdegradation und Bodenerosion in regionalem oder gar glo balen Maß stabsbereich. Die mit ihnen ver fügbaren räumlichen wie auch zeitlichen Auflösungen ent sprechen jedoch nicht der Prozeßebene bzw. der Prozeßdynamik, in der sich das Erosions geschehen in Abhängigkeit von kleinräumig variabler Vegetationsbedeckung und Formen des Mikroreliefs abspielt. Für die Er forschung des aktuellen geomorphologischen Prozeßgesche hens in großen Untersuchungs maßstäben ist indes eine detaillierte und wiederholbare flächen hafte Aufnahme klein räumi ger Verteilungsmuster von Formen und Prozessen sowie die kontinuierliche Erfassung des Mikroreliefs notwendig.

Das DFG-Projekt EPRODESERT der Uni versitäten Frankfurt und Freiburg beschäftigt sich seit 1995 mit der Untersuchung von Faktoren und Prozessen der Landdegradation auf exten sivierten Nutzflächen, vor allem vorübergehend stillgelegten und aufgegeben Ackerflächen, in Nordost spanien. Thema der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung eines Fern­erkundungssystems, das auf das gezielte Monitoring ausgesuchter, 24 m x 36 m großer Test flächen und ihrer Umgebung unter prozeßgeomorphologi schen Fragestellungen zuge schnitten ist. Voraussetzung bei der Systementwicklung waren flexible Flughöhen und damit Bildmaß stäbe und Auflösungen, die den verschiedenen Prozeßebenen gerecht werden, Wieder holrate, Kostengünstigkeit, einfache Bedienbarkeit und Transportabilität.

Ein 10 m langer, mit Propangas betriebener Heiß luftzeppelin dient als stabile und vibrations freie Plattform für ein drehbares Doppel kamerasystem aus zwei handelsüblichen Kleinbild-Spiegelreflexkameras mit Normal - und Infrarot-Farbdiafilm. Die Kontrolle über Brenner und Kamerasystem erfolgt mittels Fernsteuerung vom Boden aus, Steuerseile erlauben eine exakte Positionierung in Höhen von bis zu 400 m über der aufzunehmenden Fläche. Über drei Jahre hinweg konnte somit ein gezieltes Monitoring von mehreren Testflächen in Maß stäben zwischen 1:200 und 1:10 000 (Flächenabdeckung ca. 35 m² bis 10 ha) durch geführt werden.

Auf der Basis der mit dem Photo-CD-Verfahren digitalisierten Luftbilder entstand unter Ver wendung von Bildverarbeitungs- und GIS-Software ein prozeßgeomorpholo gisches Informa tionssystem, dessen digitalen georeferenzierten Testfeldkarten (Auflösung 2,5 cm) verschie dene Auswerteverfahren zugrunde liegen. Digitale Spektralklassifikationen und hybride visu ell/digitale Mischverfahren sowie visuelle Bildinterpretation in Verbindung mit Bild schirm digitalisierung ermöglichten die kleinräumige Klassifizierung von Bedeckungsgraden, Vertei lungsmustern und Lebensformen der Vegetation sowie die Erfassung von geomorpho logischen Pro zessen; Textur- und Fourieranalysen dienten zur automatischen Kartierung von Pflugbearbeitungs strukturen. Nach Kalibrie rung der Kleinbildkameras konnten durch photo gram metrische Aus wertung von geeig neten Stereoluftbildern Geländemodelle mit einer Auflösung von 25 cm und einer Orien tierungsgenauigkeit von 3-6 cm in der Höhe hergestellt werden, auf deren Grund lage Karten der Hangneigung, der Wölbungs tendenzen und poten tieller Fließpfade für die Testfelder berechnet wurden.

Das so entstandene prozeßgeomorpholo gische Informationssystem diente zur stati stischen Analyse (vorwiegend durch Kreuztabellierungen und Korrespondenzanalysen) und Interpre tation der Ent­wicklungen und Zusammenhänge von Vege tationsbedeckung und Geomorpho dynamik unter dem Einfluß von Relief und Nieder schlagsgeschehen auf drei Testflächen im semiariden Ebrobecken, den subhumiden Vorpyrenäen und den humiden Hoch pyrenäen. Es ließ sich beobachten, daß die geomorphologische Prozeßaktivität auf allen Unter suchungs flächen deutlich negativ mit dem Vegetationsbedeckungsgrad korreliert, wobei sich im ein zelnen unterschiedliche Zusammenhänge für die drei Klimabereiche und innerhalb dieser für verschiedene Lebensformen zeigen. Eine Beeinflussung der aktuellen Geomorpho dynamik durch das Mikrorelief ist vor allem für lineare Erosionsformen nachzuweisen. Nur bei geringen Gesamtbedeckungsgraden überwiegt der Einfluß des Reliefs als Steuerfaktor für Erosions prozesse gegenüber dem der Vegetationsbedeckung; dann vermag auch das Nano relief (Bearbeitungsmuster der ehemaligen Ackerfläche) einen hohen Einfluß auf Verteilung und Intensität der geomorphologischen Prozesse zu nehmen. Diese faktorenübergreifenden Inter pretationen werden für die einzelnen Untersuchungsgebiete ergänzt durch gesonderte Detail betrachtungen zu dem geomor phologisch je speziellen Formenschatz (Rinnen- und Grabenerosion auf den Brachflächen ver schiedenen Alters im Ebrobecken, Entwicklung der Steinbedeckung auf der Ackerbrache in den Vorpyrenäen).

Als wichtigstes Untersuchungs ergebnis mußte festgestellt werden, daß auf den beobachteten Flächen Erosionsprozesse in kleinräumig starker Differenzierung noch bei weit höheren Vegetationsbedeckungs graden ablaufen als bei (meist großräumi geren) Unter suchungen zur Landdegradation im allgemeinen angenommen wird: ein Vegetationsbedeckungsgrad von 30-40% gilt allgemein als Schwellenwert, oberhalb dessen der Oberflächenabfluß und die Erosions rate vernachlässigbar geringe Größen erreichen. Dagegen zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, daß erosive Spülvorgänge auch noch bei 70% durchschnittlicher Gesamt bedeckung auf den Brachflächen stattfinden, kleinräumig ist schwache Flächen spülung sogar bei Bedeckungsgraden bis 90% und (über mehrere Beobachtungszeitpunkte hinweg) eine Zunahme der Prozeßdynamik noch bei zunehmender Vegetationsbedeckung zu beobachten. Die Eindämmung bereits eingesetzter Spülprozesse bedarf insbesondere im semi-ariden Bereich, wo die Vegetationssukzession durch Wasserstreß limitiert ist, hoher klein räumiger Vegetationszunahmen von mindestens 60%-Punkten.

Mit der vorliegenden Arbeit konnten für der Maßstabsspanne des Testfelds zwischen Nano - und Mikrorelief deutliche Zusammenhänge zwischen flächenhaft erfaßbaren Steuerfaktoren und Prozessen der Land degradation (Reliefform, Steinbedeckung, Zustand und Veränderung der Vegetationsbedeckung und aktuellen Geomorpho dynamik) aufgezeigt werden, die mit Sicher heit auch auf höheren Maßstabsebenen ein Gefährdungspotential bedeuten. Sie stellt damit einen Baustein auf dem Weg zur Erfassung des Prozeßgefüges und der Übertragung von Prozeß abläufen im Vegetationssukzession/Geomorphodynamik-Komplex in verschieden große geomorphologische Systeme dar. Gleichzeitig verdeutlicht die Arbeit das bisher wenig genutzte Potential der großmaß­stäbigen Fernerkundung mit kostengünstigen Aufnahme systemen in Verbindung mit digi taler Bild bearbeitung und Geographischen Informations systemen. Für die geomorpholo gische Prozeß­forschung und darüber hinaus für weitere raum bezogene Fragestellungen vermag die vorgestellte Methode die Lücke zu schließen zwischen ter restrischer Photographie und herkömm lichen Luftbildern.
 

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