Masterarbeit

A closer look from space: The potential of Sentinel-2 data for beta-diversity measurements on small scale in a tundra alpine ecosystem

Edvinas Rommel (06/2018-05/2018)

Betreuer: Carl Beierkuhnlein, Duccio Rocchini

Die Verwendung von spektraler Heterogenität von Fernerkundungsdaten ist eine effiziente Methode, um Biodiversitätsmuster und ökologische Informationen zu erfassen, vor allem wenn frei verfügbare Daten genutzt werden. Diese Methode, auch bekannt als Spectral Variation Hypothesis (SVH), basiert auf der Umweltheterogenität, welche zum einen mit spektraler Heterogenität und zum anderen mit Biodiversität zusammenhängt. Bis jetzt ist jedoch wenig erforscht, ob die SVH auf kleiner Skala mit frei verfügbaren Daten angewandt werden kann. Die folgende Studie untersucht dies mit Sentinel-2 Daten auf der Skala von Pflanzengemeinschaften im norwegischem Nationalpark Hardangervidda. Hierfür wird der positive Einfluss von topographischer Komplexität auf Beta-Diversität untersucht und, wie gut spektrale Heterogenität von Sentinel-2-Daten Beta-Diversität wiedergibt. In acht Untersuchungsflächen von 100 x 100 m2 wurden Vegetationsdaten von jeweils 20 systematisch-zufälligen Plots von 2 x 2 m2 erhoben. Vier Untersuchungsflächen liegen in Gebieten mit hoher topographischer Komplexität und vier in Gebieten mit geringer topographischer Komplexität. Für jede Untersuchungsfläche wurde Jaccard- und Bray-Curtis- Unterschiedlichkeit berechnet und diese mit acht verschiedenen Methoden für spektrale Heterogenität korreliert. Die Methoden basieren auf der Mittleren Euklidischen Distanz zum Spektralen Zentroid, angewandt mit unterschiedlicher räumlicher und spektraler Auflösung des Satellitenbildes. Hohe topographische Komplexität war mit hoher Beta-Diversität verbunden. Ebenso hatte hohe topographische Komplexität auch hohe spektrale Heterogenität zur Folge. Spektrale Heterogenität wurde besser von Häufigkeit basierten als von Abundanz basierten Beta-Diversitätsmethoden wiedergespiegelt. Ein Grund dafür können verzerrte Deckungsschätzungen durch teilweise geklumptes Vorkommen von Arten sein. Die Felddaten wurden am besten von der spektralen Heterogenität basierend auf dem mit 10 m aufgelösten NDVI Band wiedergegeben. Eine Verbesserung der SVH konnte mit einer Erhöhung der spektralen Auflösung erzielt werden, diese konnte jedoch nicht eine verringerte räumliche Auflösung kompensieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass frei verfügbare Fernerkundungsdaten dazu verwenden werden können, Beta-Diversitätsmuster auf kleiner Skala wiederzugeben. Außerdem konnten in dieser Studie weitere Anwendungsfelder von spektraler Heterogenität theoretisch aufgezeigt werden. Dazu zählen eine Steigerung der Effizienz von Felderhebungen und die Berücksichtigung des Positionsfehlers zwischen Fernerkundungs- und Felddaten.