Vegetationsmonitoring

Der Begriff bezeichnet die Überwachung der Vegetation: die Vegetation spiegelt sowohl die Standortbedingungen ihres Wuchsortes als auch - bei Nutzflächen - das Management wider. Die Veränderungen von Klima, Wasserstand, Boden- und Nährstoffverhältnissen führen ebenso wie die Änderungen des Managements (Extensivierung, Intensivierung, Nutzungsumstellung) wiederum zu Vegetationsanpassungen.

Das Vegetationsmonitoring ist wichtig, um zu verstehen, welche natürlichen Veränderungen in der Vegetation an verschiedenen Orten auftreten. Veränderungen in der Vegetation können die Lebensqualität der Tiere, die Geländestabilität und andere Umweltkomponenten beeinträchtigen. Es gibt viele Techniken, die bei der Vegetationsüberwachung eingesetzt werden, wie z.B. manuelle mathematische Modellierung, Synthetic Aperture Radar (SAR), Unmanned Aerial Systems (UAS), Ultraschallsensoren, Bildverarbeitung etc.

Vegetationsmonitoring kann sich sowohl auf naturbelassene Gebiete, wie auch auf landwirtschaftlich und forstwirtschaftlich genutzte Flächen beziehen, sowie auch auf Vegetation im urbanen Raum.

Wie jede Art von Materie oder Oberfläche wird Strahlung auch von Vegetation reflektiert, wenn auch in unterschiedlicher Stärke. Trifft Sonnenstrahlung auf ein Objekt oder Erdoberfläche, wird sie transmittiert, absorbiert bzw. in Energie umgewandelt und jeweils in bestimmten Wellenlängen unterschiedlich stark zurückgeworfen.

Oft wird dabei der Begriff der spektralen Signatur als etwas Absolutes verstanden, was dem Sachverhalt nicht immer gerecht wird. Zwar ist die wellenlängenabhängige Reflexion für viele Oberflächen und Landbedeckungsarten sehr typisch, aber eine Reihe von Faktoren wie Betrachtungswinkel und Position der Sonne, Aufnahmezeitpunkt und Sensortyp spielen entscheidende Rollen. Hinzu kommen die unterschiedlichen Ausprägungen des Zielobjekts.

Waldbäume können als Beispiel herangezogen werden: Sie stehen mal dicht gedrängt, mal mit großen Lücken, auf flacher Ebene, an steilen Hängen; Jungpflanzen erscheinen dabei anders als alte Bäume. Und obwohl Unterschiede zwischen Baumarten signifikant sein können, gibt es nicht die eine Signatur für Fichte oder Buche. Der (situationsbedingte) Sachverhalt ist vielfältiger und sollte von Fall zu Fall betrachtet werden.

Beispiel einer Reflektanzkurve Die Reflektanzkurve von grüner gesunder Vegetation hat eine charakteristische Form und ist geprägt von Faktoren wie Konzentration an Blattpigmenten, Wassergehalt und Blattaufbau. Die Abbildung zeigt das typische Erscheinen anhand einer spektralen Kurve einer Buchenkrone (Aberle 2017) samt Haupteinflussfaktoren. Quelle: OpenDataPortal

Die in der reflektierten Strahlung (z.B. Pixelwerte der einzelnen Sentinel-2 Bänder) enthaltenen Informationen können direkt oder über neu geschaffene Indizes untersucht werden. Spektrale Indizes verfolgen dabei das Prinzip einer Neuberechnung eines künstlichen Kanals, um spezielle Features (Merkmale) hervorzuheben. Sie werden meist als einfache lineare Kombinationen oder Brüche (Ratios) berechnet. Es gibt je nach Sensor und der Anzahl der Kanäle eine Vielzahl an möglichen Kombinationen.

Siehe auch Vegetationsindex