Analyse von räumlichen Mustern und deren Determinanten mittels Fernerkundungsdaten

233 Pages·2009·46.48 MB·German

Julius(cid:21)Maximilians(cid:21)Universit(cid:228)t W(cid:252)rzburg
Geographisches Institut
Lehrstuhl f(cid:252)r Fernerkundung
Analyse von r(cid:228)umlichen Landschaftsmustern
und deren Determinanten
mittels Fernerkundungsdaten
am Beispiel von Regenwaldfragmenten in Westafrika
Dissertation zur Erlangung
des naturwissenschaftlichen Doktorgrades
vorgelegt von
Martin Wegmann
April 2009
Erstgutachter: Prof. Dr. S. Dech
Zweitgutachter: Prof. em. Dr. K. E. Linsenmair

eingereicht am: 08.04.2009
von: Martin Wegmann (Dipl. Biol.)
am: Lehrstuhl f(cid:252)r Fernerkundung an der Universit(cid:228)t W(cid:252)rzburg in Kooperation mit dem DLR-DFD
Mentor: Dr. M. Schmidt
1. Gutachter: Prof. Dr. Stefan Dech
2. Gutachter: Prof. em. Dr. K. Eduard Linsenmair
der Dissertation
1. Pr(cid:252)fer:
2. Pr(cid:252)fer:
der Pr(cid:252)fung
Tag der m(cid:252)ndlichen Pr(cid:252)fung: 24.06.2009
Urkunde ausgeh(cid:228)ndigt am:
(Titelbild: Regenwaldfragmente im S(cid:252)dwesten Ghanas (ASTER, 13.01.2007, Bandkombination: 5,4,2))

[...] Humans are notoriously limited in their ability to look at
long-term implications of their actions. [...]
(White, 2001)

Zusammenfassung
In den letzten Jahrzehnten ist eine verst(cid:228)rkte Ver(cid:228)nderung der Landober(cid:29)(cid:228)che beobachtet worden.
DieseProzessesinddirektenundindirektenanthropogenenEin(cid:29)(cid:252)ssenzuzuschreiben,wieDeforestation
oder Klimawandel. Mit dieser Entwicklung geht der Verlust und die Fragmentation von naturnahen
Fl(cid:228)chen einher. F(cid:252)r das Fortbestehen von Populationen verschiedenster Organismen in einer derartig
geformten Landschaft ist entscheidend, inwieweit die Migration zwischen bestehenden Fragmenten
gew(cid:228)hrleistetist.DiesewirdvonderEignungderumgebendenLandschaftbeein(cid:29)usst.ImKontexteiner
klimatischen Ver(cid:228)nderung und verst(cid:228)rkter anthropogener Landnutzung ist die Analyse der r(cid:228)umlichen
Anordnung von Habitatfragmenten und der Qualit(cid:228)t der umgebenden Landschaft besonders f(cid:252)r die
globale Aufrechterhaltung der Biodiversit(cid:228)t wichtig.
Gro(cid:255)r(cid:228)umige Muster der Landschaftsver(cid:228)nderung k(cid:246)nnen mit Hilfe von Satellitendaten analysiert
werden, da es nur diese erm(cid:246)glichen die Landbedeckung (cid:29)(cid:228)chendeckend, reproduzierbar und auf einer
ad(cid:228)quatenr(cid:228)umlichenAu(cid:29)(cid:246)sungzukartieren.Besonderszeitlichhochaufgel(cid:246)steDatenliefernwertvolle
Informationen bez(cid:252)glich der Dynamik der Landbedeckung.
Diese Arbeit besch(cid:228)ftigt sich mit der Analyse der Fragmentation in Westafrika und der potentiel-
len Bedeutung von singul(cid:228)ren Fragmenten und deren potentiellen Auswirkungen auf die Biodiversit(cid:228)t.
Daf(cid:252)r wurden zeitlich hoch- und r(cid:228)umlich mittelaufgel(cid:246)ste Daten des Aufnahmesystems MODIS ver-
wendet, mit denen f(cid:252)r das Untersuchungsgebiet Westafrika die Landbedeckung klassi(cid:28)ziert wurde.
F(cid:252)r die darauf folgenden Analysen der r(cid:228)umlichen Kon(cid:28)guration der Fragmente wurde der Fokus auf
Regenwaldgebiete gelegt. Die Analyse von r(cid:228)umlichen Mustern der Regenwaldfragmente liefert wei-
terf(cid:252)hrende qualitative Informationen der individuellen Teilbereiche. Die r(cid:228)umliche Anordnung wurde
sowohl mit etablierten Ma(cid:255)en als auch mittels in dieser Arbeit erstellter robuster und (cid:252)bertragba-
rer Indizes quanti(cid:28)ziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von aussagekr(cid:228)ftigen Indizes,
besonders,wennsieallebenachbartenFragmenteunddieQualit(cid:228)tderumgebendenMatrixber(cid:252)cksich-
tigen,dier(cid:228)umlicheDi(cid:27)erenzierungvonFragmentenverbessert.JedochistdieAnwendungdieserMa(cid:255)e
abh(cid:228)ngig von den Anspr(cid:252)chen einer Art. Daher muss die artspezi(cid:28)sche Perzeptionen der Landschaft
auf der Basis der Indizes implementiert werden, da die (cid:220)bertragung der Ergebnisse einzelner Indi-
zes auf andere r(cid:228)umliche Au(cid:29)(cid:246)sungen und andere Regionen nur begrenzt m(cid:246)glich war. Des Weiteren
wurden potentielle Ein(cid:29)ussfaktoren auf die r(cid:228)umlichen Muster mittels Neutraler Landschaftsmodel-
le untersucht. Hierbei ergaben sich je nach Region und Index unterschiedliche Ergebnisse, allerdings
konnte der Ein(cid:29)uss anthropogen induzierter Ver(cid:228)nderungen auf die Landbedeckung postuliert werden.
Die gro(cid:255)e Bedeutung der r(cid:228)umlichen Attribution von Landbedeckungsklassen konnte in dieser Ar-
beit aufgezeigt werden. Der alleinige Fokus auf die Kartierung von z.B. Waldfragmenten ohne deren
r(cid:228)umliche Anordnung zu ber(cid:252)cksichtigen, kann zu falschen Schl(cid:252)ssen bez(cid:252)glich deren (cid:246)kologischen,
hydrologischen und klimatologischen Bedeutung f(cid:252)hren.
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Abstract
In a century where climate change is unquestioned and the anthropogenic induced loss of habitats
of many species has reached tremendous rates, it becomes important to analyse the e(cid:27)ects of these
changes. Especially the division of formerly continuous habitats into smaller parts and the resulting
changesofareaorshapeareimportantduetotheire(cid:27)ectsone.g.viablepopulationssizes.Consequently
does the connectivity between patches change, which is also in(cid:29)uenced by the environmental condition
inbetween patches. Generally, the loss and fragmentation of habitat will constrain species migration,
whichinthelongrunwillresultinlessgeneticdiversitywithinpopulationsanddeclineandpotentially
in a loss of biodiversity. Broad scale analysis of these changes can be achieved using satellite imagery
due to their capabilities to deliver information repeatedly for a large area with an ecological adequate
spatial resolution which can be used to generate a landcover map.
This study focuses on the e(cid:27)ects of habitat fragmentation in West Africa. The importance of
patches for the retention of the overall landscape connectivity and therefore their importance for the
maintenanceofbiodiversityisinthefocusofthiswork.Fortheanalysisoffragmentationonalandscape
level,temporalhigh-andspatiallow-resolutionimageryprovidedbyMODISareusedforthenecessary
landcoverclassi(cid:28)cation.TheanalysesfocusontherainforestinWestAfricaandusevariousestablished
and novel indices to classify the fragments due to their spatial attributes. The novel indices invented in
this study aimed at being transferrable to other region and species and at being robust and applicable
on large data sets. Moreover Neutral Landscapemodels have been generated to analyse the behaviour
of indices across di(cid:27)erent scales and spatial arrangments.
This study showed, that the di(cid:27)erentiation of fragments based on their spatial attributes can be
achievedbestusingindiceswhichincorporateallneigbouringpatchesandthequalityofthesurrounding
landscape. However all indices and their application are highly depending on species speci(cid:28)c habitat
requirements and perception range as well as the spatial scale, when using spatial pattern analysis.
Moreover, analysing the causes for the existing spatial patterns showed, that the factors explaining the
existing patterns di(cid:27)ered by region and used indices, but generally the human impact contributed to
a high degree to the existing spatial arrangement of forest fragments.
This study showed that using solely the extent of a certain landcover without considering their
spatial arrangement might lead to wrong conclusions concerning its importance for biodiversity. The
results depend highly on the complex interactions between spatial and thematic resolution of the
landcover data, spatial arrangement of patches, the surrounding landscapes and species requirements
which can be accounted for using the novel applied indices in this study. Hence the importance to
analyse the spatial attributes of landcover data is shown in this study.
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