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Ökohydrologische Systeme im Wandel: NDVI von Tagebaufolgelandschaften

  • Tagebau(folge)landschaften bieten gute Möglichkeiten den Wandel ökohydrologische Systeme aufgrund veränderter Umweltbedingungen zu untersuchen: Im Zuge des Tagebaubetriebs wird die Vegetation vollständig entfernt, nach dem Tagebau wächst die Vegetation entweder durch aktive Rekultivierung oder natürliche Sukzession wieder auf. Von Interesse ist, ob und wie bzw. wie schnell sich die Tagebauflächen von der Störung erholen und ähnliche Bedingungen wie vor dem Tagebau bzw. auf ungestörten Flächen herrschen. Klimatische, geomorphologische und ökologische Gegebenheiten sowie die Rekultivierungsstrategie spielen eine große Rolle in der Phase der Rehabilitation und bestimmen die Rate der Wiederbesiedlung mit Pflanzen bzw. deren Wachstum. Der NDVI (normalisierter differenzierter Vegetationsindex) bietet die Möglichkeit generelle Muster der Vegetation quantitativ zu detektieren, um die Regenerationsrate der Vegetation für verschiedene Klima- und Ökoregionen abzuschätzen. Wir analysierten den MODIS Terra NDVI (achttägliche Werte) fürTagebau(folge)landschaften bieten gute Möglichkeiten den Wandel ökohydrologische Systeme aufgrund veränderter Umweltbedingungen zu untersuchen: Im Zuge des Tagebaubetriebs wird die Vegetation vollständig entfernt, nach dem Tagebau wächst die Vegetation entweder durch aktive Rekultivierung oder natürliche Sukzession wieder auf. Von Interesse ist, ob und wie bzw. wie schnell sich die Tagebauflächen von der Störung erholen und ähnliche Bedingungen wie vor dem Tagebau bzw. auf ungestörten Flächen herrschen. Klimatische, geomorphologische und ökologische Gegebenheiten sowie die Rekultivierungsstrategie spielen eine große Rolle in der Phase der Rehabilitation und bestimmen die Rate der Wiederbesiedlung mit Pflanzen bzw. deren Wachstum. Der NDVI (normalisierter differenzierter Vegetationsindex) bietet die Möglichkeit generelle Muster der Vegetation quantitativ zu detektieren, um die Regenerationsrate der Vegetation für verschiedene Klima- und Ökoregionen abzuschätzen. Wir analysierten den MODIS Terra NDVI (achttägliche Werte) für Tagebaulandschaften verschiedener Klimate (äquatoriale, trockene, warm gemäßigte und Schnee-Klimate nach Köppen-Geiger) im Zeitraum 2001 bis 2015. Es wurden Kohletagebaue betrachtet, da diese gut definierte Chronosequenzen der Störung erzeugen. Bei der Analyse der NDVI-Zeitreihen sollten Charakteristiken der Rehabilitationsphase erfasst werden. Um die räumliche Heterogenität der Zellen (ca. 250 x 250 m²) der Tagebaulandschaft abzubilden, wurde je Tagebau eine hierarchische Clusteranalyse durchgeführt. Die einzelnen Zeitreihen der Cluster wurden mit einer Methode zur Detektion von Bruchpunkten und zur Zeitreihenzerlegung auf Konsistenz bezüglich Eigenschaften der Zeitreihen (Beginn des Tagebaus, Ende des Tagebaus/Beginn der Rehabilitation, Rate der Rehabilitation) untersucht. Die Clusteranalyse führt zu einer Einordnung der Zellen in vom Tagebau nicht direkt beeinflusste Flächen, aktiven Tagebau und in der Rehabilitation befindliche Fläche verschiedenen Alters bzw. rehabilitierte Flächen. Das Zeitfenster der Entfernung der Vegetation kann im NDVI-Signal identifiziert werden, es zeigt sich meist in einer abrupten Änderung des NDVI. Die Rehabilitationsphase hingegen verläuft graduell und kann mehrere Jahre bis Jahrzehnte andauern. Die Zeitreihenzerlegung zeigt auf, dass in der Rehabilitationsphase der Trend dominiert, während mit Voranschreiten der Rehabilitation die Saisonalität im NDVI-Signal vorherrschend wird. Durch die ermittelte Rate der Rehabilitation können die Flächen innerhalb eines Tagebaus miteinander verglichen werden. Die mittlere Rehabilitationsrate der Tagebaue kann in Zusammenhang mit den vorherrschenden hydroklimatischen Bedingungen der Klimazonen und mit Rekultivierungsstrategien gebracht werden. Zudem ist auch eine Betrachtung hydrometeorologischer Größen zur Erkennung von kurzzeitigen Veränderungen des Pflanzenwachstums im NDVI-Signal möglich.show moreshow less

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Metadaten
Author: Yasemine Brück, Philipp Schulte-Overberg, Ina Pohle, Christoph HinzORCiD
URL:https://tu-dresden.de/bu/umwelt/hydro/ihm/hydrologie/ressourcen/dateien/tdh2018/TdH_2018_Abstractband.pdf
Title of the source (German):M³ - Messen, Modellieren, Managen in Hydrologie und Wasserressourcenbewirtschaftung. Beiträge zum Tag der Hydrologie am 22./23. März 2018 an der Technischen Universität Dresden
Publisher:Technische Universität
Place of publication:Dresden
Editor: Niels Schütze, Uwe Müller, Robert Schwarze, Thomas Wöhling, Jens Grundmann
Document Type:Conference Proceeding
Language:German
Year of publication:2018
First Page:S. 113
Faculty/Chair:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Hydrologie
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