TY - THES A1 - Buchner, Lisa T1 - From leaf traits to canopy signatures: a multiscale and multisensory assessment of ash dieback in Fraxinus excelsior L. BT - [cumulative dissertation] N2 - Ash dieback, a disease caused by the fungal pathogen Hymenoscyphus fraxineus, is severely threatening the existence of the European common ash (Fraxinus excelsior L.). The invasive pathogen leads to progressive symptoms such as leaf loss, shoot dieback, and stem necrosis, often resulting in high mortality in affected forest stands. While these visual symptoms are well documented, finer-scale physiological and morphological leaf responses remain largely unexplored. Ash dieback symptom severity is typically assessed through time-intensive field-based ratings; however, remote sensing technologies such as Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) offer new opportunities for large-scale, remote assessment of disease impact. Therefore, this dissertation applies a multiscale and multisensory approach to assess the effects of ash dieback. The main research questions were: (1) Does ash dieback, beyond visible symptoms such as leaf loss and shoot dieback, also induce fine-scale morphological and physiological alterations in the leaves of infected ash trees? (2) Can multisensory UAV data and the thereof calculated vegetation indices detect different degrees of damage caused by ash dieback? (3) What level of segmentation accuracy is required to ensure reliable estimation of mean vege-tation index values for individual ash tree crowns? Field investigations were carried out at four study sites in 2022 and 2023, combining visual vitality assessments with detailed analyses of leaf physiology and morphology in ash trees affected by ash dieback. The examined leaf traits included chlorophyll fluorescence, chlorophyll content, Specific Leaf Area (SLA), leaf thickness, and Fluctuating Asymmetry (FA), all of which were evaluated in relation to visually assessed damage severity. In addition, at two of the sites, repeated UAV-based aerial surveys were conducted from May to October over two consecutive years to capture the whole vegetation period of the common ash, using RGB, multispectral and thermal sensors. Complementing this, close-range multispectral images of individual tree crowns were acquired in 2023 to provide higher spatial resolution data for detailed crown analysis. In Publication 1 of this dissertation, physiological and morphological leaf traits were investigated in relation to visually assessed disease severity. Among the measured traits, SLA exhibited the most consistent and significant correlation with increasing damage severity, highlighting a potential link between leaf morphology and ash dieback. In Publication 2 a novel UAV-based monitoring workflow that utilizes RGB and multispectral imagery is introduced to classify ash dieback severity via vegetation index thresholds. The study demonstrated that both RGB and multispectral indices, particularly the Green-Red Vegetation Index (GRVI) and Difference Vegetation Index (DVI), can effectively distinguish between mildly and severely damaged trees. The combination of both multispectral and RGB indices achieved a combined classification accuracy of 77.2 %. Publication 3 explored the influence of ash tree crown segmentation precision on vegetation index reliability. A newly developed fine segmentation method, based on unsupervised machine learning, successfully excluded non-foliar elements such as ground pixels and canopy gaps, improving spectral data interpretation. Although mean vegetation index values per crown did not differ significantly between coarse and fine segmentation, vegetation index heterogeneity increased with disease severity, emphasizing the added value of detailed crown delineation for detecting subtle stress patterns. Collectively, these studies contribute a scalable and interdisciplinary framework that bridges leaf-level physiological and morphological measurements with crown-level spectral data and machine learning–based crown segmentation. They further demonstrate how UAV-based remote sensing can be effectively integrated into long-term conservation strategies for Fraxinus excelsior L. This work underscores the importance of combining plant physiology, remote sensing, and machine learning to advance forest health monitoring and offers practical insights for the conservation of Fraxinus excelsior L. under ongoing disease pressure. N2 - Das Eschentriebsterben, hervorgerufen durch den invasiven Pilz Hymenoscyphus fraxineus, bedroht derzeit die Existenz der Gemeinen Europäischen Esche (Fraxinus excelsior L.). Der Krankheitserreger führt zu fortschreitenden Symptomen wie Blattverlust, dem Absterben von Trieben und Ästen sowie Stammfußnekrosen, die häufig zu einer hohen Mortalität in betroffenen Populationen führen. Während diese visuell sichtbaren Symptome gut dokumentiert sind, bleiben feinmaßstäbliche physiologische und morphologische Reaktionen der Blätter weitgehend unerforscht. Die Schwere der Krankheitssymptome wird üblicherweise durch zeitaufwendige Feldbeobachtungen eingestuft; Fernerkundungstechnologien wie Drohnen (UAVs) bieten jedoch neue Möglichkeiten für eine flächendeckende, fernerkundliche Erfassung des Krankheitsausmaßes. Diese Dissertation verfolgt daher einen multisensorischen und multiskaligen Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen des Eschentriebsterbens. Die zentralen Forschungsfragen lauteten: (1) Verursacht das Eschentriebsterben neben sichtbaren Symptomen wie Blattverlust und Triebsterben auch feinmaßstäbliche morphologische und physiologische Veränderungen in den Blättern infizierter Eschen? (2) Können multisensorische UAV-Daten und daraus berechnete Vegetationsindizes unterschiedliche Schweregrade der Schädigung durch das Eschentriebsterben detektieren? (3) Welche Segmentierungsgenauigkeit ist erforderlich, um eine verlässliche Einschätzung mittlerer Vegetationsindexwerte einzelner Eschenkronen zu gewährleisten? Felduntersuchungen wurden im Jahr 2022 und 2023 an vier Untersuchungsstandorten durchgeführt und kombinierten visuelle Vitalitätsbewertungen mit detaillierten Analysen der Blattphysiologie und -morphologie bei von Eschentriebsterben betroffenen Bäumen. Die untersuchten Blattmerkmale umfassten Chlorophyllfluoreszenz, Chlorophyllgehalt, spezifische Blattfläche (SLA), Blattdicke und Fluktuierende Asymmetrie (FA), welche in Bezug zur visuell erfassten Bonitur gesetzt wurden. Zusätzlich wurden an zwei Untersuchungsgebieten im Zeitraum von Mai bis Oktober über zwei Vegetationsperioden hinweg wiederholte UAV-basierte Befliegungen mit RGB-, multispektralen und thermalen Sensoren durchgeführt. Ergänzend dazu wurden im Jahr 2023 Nahaufnahmen einzelner Eschenkronen mit dem multispektralen UAV-Sensor erstellt, um hochaufgelöste Daten zur detaillierten Kronenanalyse zu erhalten. Publikation 1 dieser Dissertation untersucht physiologische und morphologische Blattmerkmale in Bezug auf visuell bewertete Krankheitsintensität. Unter den gemessenen Merkmalen zeigte die spezifische Blattfläche die deutlichste und konsistenteste Korrelation mit zunehmender Schwere der Krankheitssymptome, was auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Blattmorphologie und dem Eschentriebsterben hinweist. Publikation 2 stellt ein neuartiges, UAV-basiertes Monitoringverfahren vor, das RGB- und multispektrale Bilddaten nutzt, um den Schweregrad des Eschentriebsterbens mittels Schwellenwerten von Vegetationsindizes zu klassifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl RGB- als auch multispektrale Indizes, insbesondere der Green-Red Vegetation Index (GRVI) und der Difference Vegetation Index (DVI), effektiv zwischen schwach und stark geschädigten Bäumen unterscheiden können. Die Kombination von RGB und multispektralen Indizes erzielte eine Klassifikationsgenauigkeit von 77,2 %. Publikation 3 untersucht den Einfluss der Segmentierungsgenauigkeit von Baumkronen auf die Aussagekraft von Vegetationsindizes. Eine neu entwickelte, auf maschinellen Lernen basierende, Feinsegmentierungsmethode konnte erfolgreich Elemente wie Bodenpixel und Kronenlücken ausschließen und verbesserte dadurch die Interpretation der spektralen Daten. Obwohl sich die durchschnittlichen Vegetationsindexwerte pro Krone zwischen grober und feiner Segmentierung nicht signifikant unterschieden, nahm die Vegetationsindex-Heterogenität mit zunehmender Schädigung durch das Eschentriebsterben zu, ein Hinweis auf den Mehrwert detaillierter Kronenabgrenzung zur Erkennung subtiler Stressmuster. Insgesamt liefern diese Studien ein skalierbares und interdisziplinäres Framework, das physiologische Messungen auf Blattebene mit spektralen Daten auf Kronenebene sowie maschinellem Lernen zur Kronensegmentierung verknüpft. Die Studien zeigen zudem, wie UAV-gestützte Fernerkundung effektiv in langfristige Erhaltungsstrategien für Fraxinus excelsior L. integriert werden kann. Diese Arbeit unterstreicht die Relevanz der Kombination von Pflanzenphysiologie und Fernerkundung für die Überwachung der Waldgesundheit und liefert praxisnahe Erkenntnisse für den Schutz von Fraxinus excelsior L. unter dem anhaltenden Infektionsdruck. KW - Eschen KW - ash dieback KW - unmanned aerial vehicles KW - leaf morphology KW - leaf physiology KW - vegetation indices KW - Eschenkrankheit KW - Triebsterben KW - Blatt KW - Monitoring KW - Fernerkundung KW - Drohne KW - Bildauswertung KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-10155 ER - TY - THES A1 - Altmann, Moritz T1 - Langzeit-Quantifizierung von Erosionsprozessen auf proglazialen Flächen hochalpiner Geosysteme seit dem Ende der Kleinen Eiszeit im Kontext des Klimawandels BT - [kumulative Dissertation] N2 - Das Abschmelzen der Gletscher in den europäischen Alpen seit dem Ende der Kleinen Eiszeit (LIA) um die Mitte des 19. Jahrhunderts, das durch den Klimawandel noch verstärkt wurde, hat seitdem zur Entstehung großflächiger proglazialer Bereiche geführt. Diese unterliegen zum Teil einer lang anhaltenden und intensiven Morphodynamik. Trotz vieler Forschungsanstrengungen bestehen nach wie vor einige Wissenslücken über die sich verändernde Morphodynamik. Für quantitative Langzeitanalysen dieser wurden in einigen Studien historische Luftbilder verwendet. Da diese aber erst ab Mitte des 20. Jahrhunderts zur Verfügung stehen, ergibt sich bis zum Ende des LIA eine zeitliche Lücke von ca. 100 Jahren, für die die Reaktion der Flächen auf die Eisfreisetzung kaum bekannt ist. Um entsprechende Aussagen treffen zu können, sind daher weitere Daten und Untersuchungen erforderlich. Inwieweit sich das Erosionsmuster der geomorphologisch aktiven Flächen über die letzten Jahrzehnte hinweg verändert hat, ist ebenfalls nicht bekannt. Auch der Einfluss sich ändernder externer Faktoren, wie Temperatur und Niederschlag auf geomorphologische Hangprozesse und der Einfluss der sich klimawandelbedingt ändernden Naturraumausstattung proglazialer Flächen auf Erosions- und Akkumulationsflächen, sind unzureichend untersucht. Um den Fortschritt der paraglazialen Hanganpassung beurteilen zu können, fehlen zudem jahrzehntelange Vergleichswerte der Erosionsraten der LIA-Lateralmoränen mit denen außerhalb dieser Flächen, z.B. auf würmzeitlichen proglazialen Flächen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die genannten Forschungslücken zu adressieren und entsprechende Ergebnisse mit bestehenden Studien zu diskutieren. Um einen ausreichend langen Untersuchungszeitraum zu gewährleisten, wurden verschiedene topographische Datengrundlagen aus unterschiedlichen Zeiträumen, basierend auf unterschiedlichen Fernerkundungsdaten, verwendet und miteinander kombiniert. Dazu gehören historische und aktuelle Luftbilder ab Mitte des 20. Jahrhunderts sowie aktuelle Light Detection and Ranging-Daten ab Mitte der 2000er Jahre, die entsprechend zu Orthofotos für flächenhafte Analysen bzw. zu digitalen Geländemodellen für volumetrische Analysen aufbereitet wurden. Um den Analysezeitraum in die zweite Hälfte des 19. und die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts auszudehnen, wurden einerseits historische terrestrische Schrägaufnahmen mittels digitalem Monoplotting ausgewertet und andererseits historische topographische Karten zu digitalen Geländemodellen prozessiert. Neben den topographischen Datensätzen wurden zudem naturräumliche Informationen wie meteorologische, hydrologische und vegetationskundliche Daten analysiert. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die beiden hier vorgestellten Ansätze geeignet sind, den Zeitraum für quantitative Analysen der Morphodynamik auf LIA-Lateralmoränen und damit die Untersuchung paraglazialer Hanganpassungsprozesse zeitlich bis in die zweite Hälfte des 19. und die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts zu erweitern. Die flächenhafte Analyse der Veränderung geomorphologisch aktiver Flächen auf Basis georeferenzierter Orthofotos zeigt eine nahezu kontinuierliche Flächenzunahme der (initialen) Runsensysteme eines LIA-Lateralmoränenabschnittes im Zeitraum zwischen 1890 und 2020. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts zeigen die volumetrischen Analysen, die am gleichen Hang durchgeführt wurden, allerdings eine Abnahme der geomorphologischen Aktivität. Ein Differenzgeländemodell, das aus karten- und luftbildbasierten digitalen Geländemodellen berechnet wurde, ermöglichte es zudem, eine Rutschung mit entsprechend höherer Magnitude zu erkennen, welche sich zwischen 1922 und 1953 ereignete. Die volumetrischen Analysen, die einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten (ab der Mitte des 20. Jahrhunderts) abdecken, zeigen im Allgemeinen eine Abnahme der geomorphologischen Aktivität der LIA-Lateralmoränen. In einigen Fällen kann auch ein zunehmender Trend oder ein Verbleiben der Morphodynamik auf ähnlichem Niveau nachgewiesen werden. Dies kann als Verzögerung des paraglazialen Anpassungsprozesses interpretiert werden, bzw. zeigt, dass die Systeme einer solchen Anpassung auch entgegenlaufen können. Bei der Analyse der Entwicklung der Erosionsmuster auf den Hängen konnten vor allem zwei Gruppen von geomorphologisch aktiven Flächen mit unterschiedlichen Reaktionen identifiziert werden. Auf der einen Seite zeigt eine Gruppe nicht nur einen abnehmenden Sedimentaustrag, sondern auch eine anfänglich deutlich höhere Variabilität des Erosionsmusters innerhalb der Fläche, die im Laufe der Jahrzehnte konstanter wird. Eine weitere Gruppe zeigt ebenfalls eine Abnahme des Sedimentaustrags über die Jahrzehnte, jedoch bleibt das Erosionsmuster innerhalb der Fläche über die Zeiträume hinweg konstant, so dass beide Gruppen in den letzten Jahrzehnten ein ähnliches Verhalten zeigen. Die entsprechenden Ergebnisse führten schließlich zur Entwicklung des „Sedimentaktivitätskonzepts“, welches den paraglazialen Hanganpassungsprozess der letzten Jahrzehnte zusammenfasst. Erosionsflächen mit einer höheren mittleren und maximalen Hangneigung sowie einer größeren Hanglänge weisen generell höhere geomorphologische Aktivitäten auf als solche mit entsprechend geringeren Werten. Diese Charakteristik scheint jedoch einen größeren Einfluss auf die geomorphologische Aktivität zu haben als die Zeit der Eisfreiwerdung. Analysen sich verändernder externer Faktoren, wie der Temperatur- und Niederschlagswerte, konnten sowohl fördernde als auch hemmende Auswirkungen auf geomorphologische Hangprozesse identifizieren, sodass abschließend nicht beurteilt werden kann, inwieweit sich diese tatsächlich auf die Erosionsprozesse der letzten Jahrzehnte der LIA-Lateralmoränen ausgewirkt haben. Es ist davon auszugehen, dass der andauernde paraglaziale Anpassungsprozess, der in der Regel mit einer Abnahme der Morphodynamik proglazialer Flächen verbunden ist, hier einen deutlich größeren Einfluss hat, als die sich ändernden meteorologischen Einflüsse. Die Langzeit-Vegetationsanalysen zwischen 1890 und 2020 haben gezeigt, dass sich die Vegetation innerhalb eines LIA-Lateralmoränenabschnitts vor allem in den Bereichen entwickelt, die geomorphologisch nicht aktiv sind. In den geomorphologisch aktiven Flächen schwankt die Vegetationsausbreitung deutlich stärker, da diese durch Erosions- und Ablagerungsprozesse regelmäßig zurückgedrängt wird. Mit zunehmendem Abfluss konnte in jüngerer Zeit beobachtet werden, dass Akkumulationsflächen seitlich erodiert werden können. Ebenso kann gezeigt werden, dass die geomorphologische Aktivität innerhalb des Vorfluters eine Verflachung im unteren Bereich der Hänge unterbindet und letztlich eine Verlandung der Erosionsbasis verhindert, was wiederum für die angrenzenden Hänge erosionsfördernd sein kann. Der Vergleich mit den langjährigen Erosionsraten außerhalb der proglazialen Flächen zeigt, dass die Erosionsraten auf den LIA-Lateralmoränen um einige Magnituden höher liegen. Daraus kann geschlossen werden, dass sich diese noch deutlich in der Phase der paraglazialen Anpassung befinden. N2 - Glacier retreat in the European Alps since the end of the Little Ice Age (LIA) in the mid-19th century, intensified by climate change, has led to the formation of large proglacial areas. Some of these areas are subject to long-term and intensive morphodynamics. Despite many research efforts, there are still some gaps in our knowledge of the changing morphodynamics. For quantitative long-term analyses of these, some studies have used historical aerial photographs. However, since these are only available from the mid-20th century onwards, there is a temporal gap of about 100 years until the end of the LIA, for which the response of the areas to ice-loss conditions is hardly known and therefore additional data must be used to draw corresponding conclusions. The degree to which the erosion pattern of geomorphic active areas has changed over recent decades is also unknown. The influence of changing external factors such as temperature and precipitation on geomorphological slope processes, and the influence of changing natural environment of proglacial areas due to climate change on erosion and accumulation areas are also poorly understood. Furthermore, in order to assess the progress of paraglacial slope adjustment, there is a lack of decade-long comparative values of erosion rates of LIA lateral moraines with those outside these areas. Therefore, the aim of this work is to address the mentioned research gaps and to discuss corresponding results with existing studies. In order to ensure a sufficiently long investigation period, various topographic data sets from different time periods, based on different remote sensing methods, were used and combined with each other. These include historical and current aerial photographs from the mid-20th century and current Light Detection and Ranging data from the mid-2000s, which were processed accordingly to orthophotos for areal analyses or to digital terrain models for volumetric analyses. In order to extend the period of analysis into the second half of the 19th and the first half of the 20th century, historical terrestrial oblique images were processed using digital monoplotting and historical topographic maps were processed into digital terrain models. In addition to topographic data sets, natural information such as meteorological, hydrological and vegetation data was also analyzed. The results show that the two approaches presented here are suitable for extending the time period for quantitative analyses of the morphodynamics of LIA lateral moraines and thus the investigation of paraglacial slope adjustment processes temporally into the second half of the 19th century and the first half of the 20th century. The areal analysis of the change in geomorphologically active areas based on georeferenced orthophotos shows an almost continuous increase in the area of the (initial) gully systems of a LIA lateral moraine section in the period between 1890 and 2020. Since the middle of the 20th century, however, volumetric analyses carried out on the same slope show a decrease in geomorphic activity. A digital terrain model of difference calculated from map- and aerial-image-based digital terrain models also made it possible to identify a landslide of correspondingly higher magnitude that occurred between 1922 and 1953. The volumetric analyses covering a period of several decades (from the mid-20th century) generally show a decrease in geomorphologic activity of the LIA lateral moraines. In some cases, an increasing trend or an activity at a similar level can also be detected. This can be interpreted as a delay in the paraglacial adjustment process, or shows that the systems can also act against such adjustment. Analysing the development of erosion patterns on the slopes, two groups of geomorphic active areas with different responses could be identified. On the one hand, one group shows not only a decrease in sediment yield, but also an early clearly higher variability of the erosion pattern within the area, which becomes more constant over the decades. Another group also shows a decrease in sediment yield over the decades, but the erosion pattern within the area remains constant over the time periods, so that both groups show a similar behavior over the last decades. The corresponding results finally led to the development of the "sediment activity concept", which summarizes the paraglacial slope adjustment process over the last decades. In general, erosion areas with higher mean and maximum slope gradients and greater slope lengths have higher geomorphological activity than those with correspondingly lower values. However, this characteristic seems to have a greater influence on geomorphological activity than the time of ice loss. Analyses of changing external factors, such as temperature and precipitation, could identify both promoting and inhibiting effects on geomorphological slope processes, so the extent to which they have actually influenced the erosion processes of the last decades of the LIA lateral moraines cannot be assessed finally. It can be assumed that the ongoing paraglacial adjustment process, which is usually associated with a decrease in the morphodynamics of proglacial areas, has a much greater influence here than the changing meteorological influences. The long-term vegetation analyses between 1890 and 2020 have shown that vegetation within a LIA lateral moraine develops mainly in the geomorphic inactive areas. In the geomorphic active areas, the vegetation cover is much more variable as it is regularly reduced by erosion processes. With increasing runoff, it has recently been observed that accumulation areas can be eroded laterally. It can also be shown that the geomorphic activity within the channel prevents a flattening in the lower part of the slopes and ultimately a sedimentation of the erosion base, which in turn can promote erosion on the adjacent slopes. The comparison with the long-term erosion rates occurring outside the proglacial areas shows that the erosion rates on the LIA lateral moraines are several magnitudes higher. It can therefore be concluded that these are still clearly in the phase of the paraglacial slope adjustment. T2 - Long-term quantification of erosion on proglacial areas of high alpine geosystems since the end of the Little Ice Age in the context of climate change KW - Ostalpen KW - Glazialerosion KW - Dynamische Geomorphologie KW - Fernerkundung KW - Anthropogene Klimaänderung KW - Geschichte 1890-2020 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-8707 ER - TY - THES A1 - Fleischer, Fabian Mark T1 - Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die kinematische Entwicklung von Blockgletschern und die Entstehung blockgletscherähnlicher Landformen in den Ostalpen BT - Erkenntnisse aus der Nutzung historischer und moderner Fernerkundungsdaten N2 - Diese kumulative Dissertation befasst sich mit den Auswirkungen des Klimawandels auf Hochgebirgslandschaften, insbesondere mit der Morphodynamik und der langfristigen Entwicklung aktiver Blockgletscher im Kaunertal in den Ötztaler Alpen, Österreich. Darüber hinaus liefert die Arbeit am Beispiel des Zwieselbachferners in den Stubaier Alpen, Österreich, neue Erkenntnisse über die Entstehung von blockgletscherähnlichen periglazialen Landformen. Diese können durch das Zusammenwirken von Felsstürzen und dem fortschreitenden Abschmelzen von Gletschern unterhalb der Gleichgewichtslinie entstehen. In dieser Arbeit werden sowohl moderne Fernerkundungstechnologien, wie luftgestütztes LiDAR und digitale Luftbilder, als auch historische Datenquellen, wie analoge Luftbilder, historische Karten und Messdaten, verwendet. Durch diese Kombination können Fließgeschwindigkeiten und Höhenänderungen dieser Landschaftselemente über mehrere Jahrzehnte dokumentiert werden. Darüber hinaus ermöglicht dies eine detaillierte Untersuchung der Kinematik von Blockgletschern. Dabei reichen die Analysen auf Einzugsgebietsebene bis ins Jahr 1953 zurück. Für das Fallbeispiel des Inneren Ölgruben Blockgletschers reichen die Untersuchungen sogar bis ins Jahr 1922 zurück. Es wurde ein allgemeiner Trend in der Blockgletscherkinematik festgestellt, der mit der alpenweiten Beschleunigung seit den 1990er Jahren übereinstimmt. Die Analyse deutet darauf hin, dass dieser Trend hauptsächlich auf den Anstieg der Frühlings- und Sommertemperaturen und das frühere Eintreten des Endes der Schneebedeckung zurückzuführen ist. Dies unterstreicht die Relevanz des gegenwärtigen Klimawandels und seiner Auswirkungen auf die Blockgletscherbewegungen. Die Erkenntnisse, die durch die Erweiterung des Untersuchungszeitraums bis 1922 gewonnen werden konnten, bestätigen diese Annahmen und unterstreichen die Bedeutung kürzerer Warmphasen und der Gletscherüberprägung zum Ende der LIA auf die Kinematik. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Entlastung durch Gletscherschmelze und das Abschmelzen von Toteis zu einer erhöhten Wasserverfügbarkeit und zu Veränderungen des Spannungs- und Fließfeldes führen und somit erhöhte Fließbewegungen begünstigen. Die Untersuchung der multidekadischen Blockgletscherkinematik zeigte eine deutliche Variabilität in der Reaktion einzelner Blockgletscher und Blockgletscherloben. Trotz der generellen Beschleunigungstrends seit den 1990er Jahren offenbaren der Zeitpunkt, das Ausmaß und die zeitlichen Maxima der kinematischen Veränderungen eine differenzierte Sensitivität oder Reaktionsdynamik der einzelnen Blockgletscher und Blockgletscherloben gegenüber Schwankungen und Änderungen der externen Einflussfaktoren. Dies weist auf die Bedeutung interner Faktoren für die Kinematik hin und unterstreicht die Komplexität dieser Geosysteme. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Entstehung und Entwicklung einer blockgletscherähnlichen Landschaftsform, die durch einen Felssturz auf den Zwieselbachferner verursacht wurde. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Klimawandel eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Entwicklung solcher Landschaftsformen spielt. Seine Auswirkungen sind insbesondere im Hinblick auf die Gletscherdynamik, den Schutteintrag und die thermische Isolation des darunter liegenden Eises von großer Bedeutung. In unserem Fallbeispiel führt ein Felssturz zur Bildung einer schuttbedeckten Landform mit einem Eiskern, die aufgrund der unterschiedlichen Abschmelzraten des schuttbedeckten Teils und des umgebenden Gletschers steile Fronten und Flanken aufweist. Die Extrapolation der Eisdickenentwicklung lässt vermuten, dass dieser Teil des Gletschers nach dem vollständigen Abschmelzen des umgebenden Gletschers als periglaziale blockgletscherähnliche Landform erhalten bleibt. N2 - This cumulative dissertation deals with the effects of climate change on high mountain landscapes, in particular with the morphodynamics and long-term development of active rock glaciers in the Kaunertal in the Ötztal Alps, Austria. Furthermore, using the Zwieselbachferner in the Stubai Alps, Austria, as an example, the work provides new insights into the formation of rock glacier-like periglacial landforms. These can be formed by the interaction of rockfalls and the progressive melting of glaciers below the equilibrium line. In this work, both modern remote sensing technologies such as airborne LiDAR and digital aerial photographs and historical data sources such as analogue aerial photographs, historical maps and measurement data are used. Through this combination, flow velocities and elevation changes of these landscape elements can be documented over several decades. In addition, this enables a detailed investigation of the kinematics of rock glaciers. Here, the analyses at catchment level go back as far as 1953. For the case study of the Inner Ölgruben rock glacier, the investigations even go back to 1922. A general trend in rock glacier kinematics was found, which is consistent with the Alpine-wide acceleration since the 1990s. The analysis suggests that this trend is mainly due to the increase in spring and summer temperatures and the earlier occurrence of the end of snow cover. This underlines the relevance of current climate change and its impact on rock glacier movements. The findings obtained by extending the study period to 1922 confirm these assumptions and underline the importance of shorter warm phases and glacier overprinting at the end of the LIA on kinematics. Our results suggest that relief from glacier melt and melting of dead ice lead to increased water availability and changes in the stress and flow field, thus favouring increased flow. The study of multi-decadal rock glacier kinematics revealed significant variability in the response of individual rock glaciers and rock glacier lobes to similar external forcings. Despite the general acceleration trends since the 1990s, the timing, extent and temporal maxima of the kinematic changes reveal a differentiated sensitivity or response dynamics of the individual rock glaciers and rock glacier lobes to fluctuations and changes in the external forcing factors. This indicates the importance of internal factors for the kinematics and underlines the complexity of these geosystems. Another focus of this work is the investigation of the origin and development of a rock glacier-like landform caused by a rockfall on the Zwieselbachferner. Our results indicate that climate change plays a crucial role in the formation and development of such landforms. Its effects are particularly important with regard to glacier dynamics, debris input and thermal insulation of the underlying ice. In our case study, a rockfall leads to the formation of a debris-covered landform with an ice core, which has steep fronts and flanks due to the different melting rates of the debris-covered part and the surrounding glacier. Extrapolation of the ice thickness development suggests that this part of the glacier will remain as a periglacial rock glacier-like landform after the complete melting of the surrounding glacier. KW - Kauner Tal KW - Stubaier Alpen KW - Geomorphologie KW - Geodynamik KW - Postglaziale Landschaftsentwicklung KW - Klimawandelfolgen im Hochgebirge KW - Blockgletscherkinematik KW - Hochgebirgsgeomorphologie KW - Blockgletscher KW - Periglazial KW - Fernerkundung KW - Anthropogene Klimaänderung KW - Geschichte 1922-2023 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-8501 ER - TY - THES A1 - Rom, Jakob T1 - Veränderung der Murdynamik im Horlachtal, Tirol unter den Einflüssen des Klimawandels seit dem Ende der Kleinen Eiszeit um 1850 BT - [kumulative Dissertation] N2 - Murgänge treten in allen Gebirgsregionen weltweit als Naturgefahr auf und sind ein wichtiger Faktor für den Sedimenthaushalt hochalpiner Gebiete. Um mögliche Veränderungen der Murdynamik im Klimawandel feststellen zu können, sind lange Zeitreihen notwendig, welche die Muraktivität möglichst vollständig dokumentieren. Solche detaillierten und weit zurückreichenden Murchroniken für ein alpines Einzugsgebiet sind jedoch sehr selten. In dieser Arbeit werden Fernerkundungsmethoden in Kombination mit lichenometrischen Datierungen verwendet, um die Muraktivität im Horlachtal (Tirol) seit dem Ende der Kleinen Eiszeit um 1850 zu analysieren. Verfügbare Luftbildüberflüge (seit 1947) und Daten aus luftgestütztem Laserscanning (seit 2006) werden ausgewertet, um Murgänge im gesamten Untersuchungsgebiet zu detektieren. Um den Zeitraum der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts und der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts abzudecken, wird eine lokale lichenometrische Referenzkurve für das Horlachtal erstellt, sodass mithilfe der lichenometrischen Datierung auch alte Murablagerungen zeitlich eingeordnet werden können. Insgesamt können durch die Fernerkundungsmethoden 991 Einzelmurereignisse zwischen 1947 und 2022 identifiziert und ausgewertet werden. Die lichenometrischen Messungen ermöglichen zudem die Datierung von 47 Murablagerungen seit ca. 1850. Aus diesen Ergebnissen können muraktive Phasen abgeleitet werden, in denen mindestens ein großes Murereignis stattgefunden haben muss: Um 1850, um 1900, 1930-1942, 1954-1973, 1990-2009 und ab 2022. Weder aus der Murfrequenz noch aus einer zeitlichen Analyse der Murmagnituden lassen sich dabei zu- oder abnehmende Trends in der Muraktivität feststellen. Allerdings zeigen die Ergebnisse starke räumliche Unterschiede der Muraktivität, die vorwiegend aus den unterschiedlichen topographischen Gegebenheiten, den morphometrischen Eigenschaften der hydrologischen Einzugsgebiete und der stark lokalen sommerlichen Gewitterzellen hervorgeht. Um die detektierte Muraktivität mit hydrometeorologischen Auslöseereignissen in Zusammenhang zu bringen, wird in dieser Arbeit eine Auswertung von murauslösenden Starkniederschlagsereignissen angeschlossen. Zu diesem Zweck werden zeitlich und räumlich hochaufgelöste Niederschlagsdaten eines Klimamodells für den Zeitraum 1850 bis 2015 untersucht. Auch hier zeigt sich, dass sich die Anzahl von Starkregenereignissen im Untersuchungszeitraum nicht signifikant ändert, es aber große räumliche Unterschiede gibt. Zusammenfassend betrachtet zeichnen sich einige Zusammenhänge zwischen der detektierten Muraktivität und den Niederschlagsdaten ab. Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Folgen des Klimawandels nicht signifikant auf die Murdynamik im Horlachtal ausgewirkt haben. Auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit können auch für die kommenden Jahre keine deutlichen Veränderungen der Muraktivität erwartet werden. N2 - Debris flows occur in all mountain regions worldwide as a natural hazard and are an important factor for the sediment balance of high alpine areas. In order to be able to determine possible changes in debris flow dynamics under climate change, long time series are necessary that document debris flow activity. However, such detailed and long debris flow records for an alpine catchment are very rare. In this work, remote sensing methods in combination with lichenometric dating are used to analyse debris flow activity in the Horlachtal (Tyrol) since the end of the Little Ice Age around 1850. Available aerial images (since 1947) as well as data generated from airborne laser scanning (since 2006) are evaluated to detect debris flows in the entire study area. In order to cover the period of the second half of the 19th century and the first half of the 20th century, a local lichenometric reference curve is established for the Horlachtal, so that old debris flow deposits can also be dated with the help of lichenometric dating. In total, 991 individual debris flow events between 1947 and 2022 can be identified and evaluated using the remote sensing methods. The lichenometric measurements also allow to date 47 debris flow deposits since about 1850. From these results, highly active debris flow periods can be derived in which at least one major debris flow event must have taken place: Around 1850, around 1900, 1930-1942, 1954-1973, 1990-2009 and from 2022 onwards. Neither the frequency of debris flows nor a temporal analysis of debris flow magnitudes show an increasing or decreasing trend. However, the results show strong spatial differences in debris flow activity, which are mainly due to the different topographic conditions, the morphometric characteristics of the hydrological catchments and the very local summer thunderstorm cells. In order to relate the detected debris flow activity to hydrometeorological triggering events, an evaluation of debris flow triggering heavy precipitation events is included in this thesis. For this purpose, temporally and spatially high-resolution precipitation data from a climate model for the period 1850 to 2015 are examined. Again, the number of heavy rainfall events does not change significantly over the study period, but there are large spatial differences. In summary, some correlations between the detected debris flow activity and the precipitation data emerge. Overall, it can be concluded that the consequences of climate change have not had a significant impact on the debris flow dynamics in the Horlachtal. Based on the results of this work, no significant changes in debris flow activity can be expected for the coming years. KW - Horlachtal KW - Mure KW - Geomorphologie KW - Geodynamik KW - Fernerkundung KW - Murgang KW - Starkregen KW - Lichenometrie KW - Naturgefahr KW - Klimawandel KW - Niederschlagsmessung KW - Anthropogene Klimaänderung KW - Geschichte 1850-2023 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-8420 ER - TY - THES A1 - Betz, Florian T1 - Biogeomorphology from space BT - a comprehensive analysis of the corridor of the Naryn River in Kyrgyzstan based on remote sensing N2 - In the arid and semi-arid climate of Central Asia, the endorheic rivers and their ecosystems play a crucial role as regional hotspots of biodiversity and for the provision of ecosystem services for local people. The Naryn River in Kyrgyzstan as the object of interest of this thesis is one of these rivers. On a flow length of more than 600 km, it is still in a widely natural condition making it an interesting study object in a world where most large rivers are distorted by anthropogenic activities. Despite this relevance, no comprehensive scientific studies are available about the Naryn River except water resource related research. In particular, large scale information about the structure and functioning of the Naryn River system from an interdisciplinary perspective is missing. Against this background, this thesis aims to fill the research gap and deliver up-to-date information about the Naryn River corridor with a special focus on biogeomorphology, i.e. the dynamic interaction between hydromorphology and vegetation. First, this thesis delivers the necessary background information about the Naryn River corridor including a general overview, an assessment of ecosystem services, a field based overview of the structure of the riparian ecosystems and an in-depth analysis of hydrology. Basing upon this background, remote sensing methods adapted to the data-scarce environment of Central Asia are used to derive various parameters of the structure of the Naryn River on the scale from reaches to the entire river corridor. Then, the large scale biogeomorphological structures and dynamics are assessed based on dense time series of multispectral satellite imagery. From the results, it becomes obvious that the structure of the corridor of the Naryn River is heterogeneous and mainly controlled by geological contraints. Only in a laterally unconfined segment, dynamic braided river reaches can form. In these reaches, the majority of biogeomorphological interactions take place. The outcome of this thesis is on the one hand the provision of large scale and up-to-date information about the structure and functioning of the Naryn River corridor as a basis for further research or decision making. On the other hand, this thesis presents innovative remote sensing methods for large scale characterization of river corridors. In particular, an approach for the characterization of dynamic processes of biogeomorphological interactions on a large scale is developed based on time series analysis of satellite imagery. This approach can complement biogeomorphological research on smaller spatial scales by delivering spatially and temporally continuous information for entire river corridors. This has the potential to obtain new insights of the processes and emergence of structure in river systems across multiple scales. N2 - Im ariden und semi-ariden Klima Zentralasiens haben die endorheischen Flüsse und ihre Ökosysteme einen hohen Stellenwert als regionale Hotspots der Biodiversität. Zudem stellen sie relevante Ökosystemleistungen für die lokale Bevölkerung bereit. Der Naryn in Kirgistan, der in dieser Arbeit behandelt wird, ist einer dieser Flüsse. Er ist auf einer Fließstrecke von mehr als 600 km in einem weitgehend natürlichen Zustand. Da weltweit die meisten großen Flüsse durch anthropogene Einflüsse beeinträchtigt sind, macht ihn das zu einer interessanten Fallstudie. Trotz dieser Relevanz gibt es mit Ausnahme von Untersuchungen zu Wasserressourcen bislang keine umfassenden wissenschaftlichen Studien über den Naryn. Insbesondere fehlen Erkenntnisse, die die großräumige Struktur und Funktion des Flusskorridors aus einer interdisziplinären Perspektive erklären. Vor diesem Hintergrund trägt diese Dissertation zum Schließen der bestehenden Forschungslücken bei und stellt Informationen zum Flusskorridor des Naryn bereit. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der Biogeomorphologie, d.h. der dynamischen Interaktion zwischen Hydromorphologie und Vegetation. Zunächst stellt diese Dissertation die notwendigen Hintergrundinformationen zum Naryn zur Verfügung. Diese beinhalten einen allgemeinen Überblick, eine Analyse der Ökosystemleistungen, einen feldbasierten Überblick über die Struktur der Auenökosysteme und eine detaillierte Analyse der Hydrologie. Aufbauend auf diesen Grundlagen werden speziell für die datenarmen Gegebenheiten Zentralasiens angepasste Fernerkundungsmethoden verwendet, um verschiedene Parameter des Flusskorridors auf den Skalen von einzelnen Reaches bis hin zum gesamten Korridor abzuleiten. Anschließend werden die großräumigen Strukturen und die Dynamik der biogeomorphologischen Interaktionen mittels monatlicher Zeitreihen von multispektralen Satellitendaten analysiert. Aus den Ergebnissen ergibt sich, dass die Struktur des Flusskorridors des Naryn heterogen ist und im Wesentlichen von der Geologie bedingt wird. Lediglich in von geologischen Begrenzungen unbeeinflussten Bereichen können sich dynamische Umlagerungsstrecken ausbilden. In diesen Bereichen findet auch hauptsächlich die biogeomorphologische Interaktion statt. Das Ergebnis dieser Dissertation ist auf der einen Seite die Bereitstellung großräumiger und aktueller Information über die Struktur und die Funktion des Flusskorridors des Naryn als Grundlage für weitere Forschung oder Managemententscheidungen. Auf der anderen Seite stellt diese Dissertation innovative Fernerkundungsansätze für die großräumige Charakterisierung von Flusskorridoren vor. Insbesondere wird ein Ansatz zur großräumigen Charakterisierung dynamischer Prozesse der Biogeomorphologie auf Basis von Satellitenzeitreihen entwickelt. Dieser Ansatz kann Forschungsarbeiten zur Biogeomorphologie auf kleineren räumlichen Skalen ergänzen und räumlich und zeitlich kontinuierliche Informationen für gesamte Flusskorridore liefern. Dabei können potentiell neue Erkenntnisse zu Prozessen und zur Entwicklung von Strukturen gesamter Flusssysteme über mehrere Skalen hinweg gewonnen werden. KW - Aue KW - Hydrologie KW - Biogeomorphologie KW - Fernerkundung KW - Ökosystemdienstleistung KW - Biogeomorphology KW - Geomorphology KW - River Dynamics KW - Satellite Time Series KW - Interdisciplinary River Science KW - Kirgisien KW - Flusskunde KW - Satellitenfernerkundung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-6942 ER - TY - THES A1 - Hilger, Ludwig T1 - Quantification and regionalization of geomorphic processes using spatial models and high-resolution topographic data: A sediment budget of the Upper Kauner Valley, Ötztal Alps. N2 - As a result of the almost continuous climatic warming since the end of the Little Ice Age, a large store of unconsolidated material is available for mobilization by different sediment transport processes in the proglacial areas of the Alps. This can also be stated for the area around the Gepatsch glacier in the Upper Kauner Valley (Ötztal Alps, Tyrol). Consequences are changes in the sediment budget of the catchment of the Gepatsch reservoir. The main goal of this thesis was the construction of a recent time sale sediment budget of this area. An important methodological property of the conducted research was the usage of study area-wide LiDAR data (TLS and ALS) of comparatively high temporal and spatial density. After several billion measurement points and data from field work, mapping and modelling efforts had been processed and evaluated, it was possible to identify and quantify the sediment transport by all relevant processes on the scale of the study area. As this study was conducted in the framework of the PROSA project, it was possible to enrich own results with data from other working groups. This formed the basis for a regionalization of measured rates to the scale of the 62 km² large study area. Results are presented and discussed for the processes of rock fall of various magnitudes, debris flows, avalanches, creep on talus, fluvial processes (hillslopes and main fluvial system) and rates obtained for rock glaciers and glaciers. In order to make different processes comparable, the potential energy transformed was also calculated. The resulting sediment budget (reference time period 2012-2014) does not only show the relative importance of the mentioned processes and spatial subunits (proglacial vs. non-proglacial) in the Upper Kauner Valley. It also gives insight into the importance of high-magnitude events and the configuration of the sediment transport system with regard to its connectivity. N2 - Im Zuge der fast kontinuierlichen Klimaerwärmung seit Ende der kleinen Eiszeit stehen in den proglazialen Räumen der Alpen große Mengen an Lockermaterial für eine Mobilisierung durch verschiedene Sedimenttransportprozesse zur Verfügung. Diese Tatsache kann auch am Gepatschferner des oberen Kaunertals (Ötztaler Alpen, Tirol) festgestellt werden und Veränderungen des Sedimenthaushaltes des Einzugsgebietes des Gepatschstausees sind die Folge. Das primäre Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein aktuelles Sedimentbudget dieses Gebietes zu erstellen. Ein wesentliches methodisches Merkmal der durchgeführten Arbeiten war die Verwendung untersuchungsgebietsweiter LiDAR-Vermessungsdaten (TLS und ALS) von vergleichsweise hoher zeitlicher und räumlicher Dichte. Nach der Verarbeitung und Auswertung der mehrere Milliarden Messpunkte umfassenden Datenbasis und umfangreicher zusätzlicher Feld-, Kartierungs- und Modellierungsarbeiten war es möglich, den Sedimenttransport durch alle relevanten geomorphologischen Prozesse auf der Skale des Gesamtuntersuchungsgebietes zu quantifizieren und die entsprechenden Transportwege zu lokalisieren. Durch die Einbettung der Arbeit im Forschungsprojekt PROSA war es möglich, neben spezifischen eigenen Messungen, die Ergebnisse mehrerer Teilprojekte als Grundlage für die Regionalisierung der Sedimenttransportraten auf das 62 km² große Gesamtuntersuchungsgebiet zu verwenden. Es werden Ergebnisse zum Sedimenttransport durch Steinschlag, Felssturz, Murgänge, Lawinen, Kriechprozesse auf Schutthalden, fluviale Prozesse auf Hängen und in den Hauptgerinnen, sowie durch Blockgletscher und Gletscher vorgelegt und diskutiert. Um verschiedene Prozesse vergleichbar zu machen, wurde zusätzlich jeweils die geleistete geomorphologische Arbeit berechnet. Das resultierende Sedimentbudget (Referenzzeitraum 2012-2014) zeigt nicht nur die relative Bedeutung der genannten Prozesse und Räume (proglazial vs. nicht-proglazial) im oberen Kaunertal, sondern gibt auch Einblicke in die Bedeutung von Großereignissen und die Konfiguration eines Sedimenttransportnetzwerkes hinsichtlich dessen Konnektivität. KW - Kaunertal KW - Hochgebirge KW - Sedimenttransport KW - Geoinformationssystem KW - Fernerkundung KW - remote sensing KW - spatial modelling KW - erosion KW - deposition KW - sediment budget KW - Gepatschferner Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:824-opus4-3814 ER -