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Biogeomorphology from space

  • 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, thisIn 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.show moreshow less
  • 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 FokusIm 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.show moreshow less

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Metadaten
Author:Betz, Florian
URN:urn:nbn:de:bvb:824-opus4-6942
DOI:https://doi.org/10.17904/ku.opus-694
Subtitle (English):a comprehensive analysis of the corridor of the Naryn River in Kyrgyzstan based on remote sensing
Advisor:Prof. Dr. Cyffka, Bernd, Apl. Prof. Dr. Egger, Gregory
Document Type:Doctoral thesis
Language of publication:English
Online publication date:2021/06/30
Date of first Publication:2021/06/30
Publishing Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt
Awarding Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt, Mathematisch-Geographische Fakultät
Date of final examination:2021/05/07
Release Date:2021/06/30
Tag:Flusskunde; Satellitenfernerkundung
Biogeomorphology; Geomorphology; Interdisciplinary River Science; River Dynamics; Satellite Time Series
GND Keyword:Aue; Hydrologie; Biogeomorphologie; Fernerkundung; Ökosystemdienstleistung; Kirgisien
Pagenumber:xi, 173 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten
Faculty:Mathematisch-Geographische Fakultät / Geographie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie
9 Geschichte und Geografie / 91 Geografie, Reisen
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