Funktionale Diversität aus dem Weltraum kartieren

Ökosysteme sind weltweit durch den globalen Wandel und den Verlust der Biodiversität bedroht. Satelliten liefern grossflächige und kontinuierliche Daten. Wie sich damit die funktionale Diversität messen lässt, hat eine Masterarbeit am Beispiel des Waldes auf der Lägern untersucht.

Wald im Kanton Aargau
Auch in der Schweiz sind die Folgen von globalen Veränderungen der Biodiversität für die Lebensräume spürbar, wie hier einem Wald im Kanton Aargau. Durch die Trockenheit und den Borkenkäfer sind die Fichten dem Fichtensterben erlegen, mit nachhaltigen Folgen für den Wald. (Bild: Felix Morsdorf)

Weltweit geht die Biodiversität zurück. Das macht Ökosysteme verletzlicher gegenüber Katastrophen und Krankheiten. Den Verlust der Artenvielfalt aufzuhalten und seine Auswirkungen zu verringern, sind Ziele für nachhaltige Entwicklung, die auch international festgehalten wurden.

Biodiversität wird nicht nur über Artenreichtum definiert. Auch die funktionale Vielfalt von Pflanzenmerkmalen - wie beispielsweise ihre Höhe oder der Pigmentgehalt in den Blättern - ist relevant für die Stabilität und die Gesundheit von Ökosystemen. Messen lässt sich das aus der Ferne, indem das von der Pflanze reflektierte Sonnenlicht aufgezeichnet wird. Daraus kann man biochemische Eigenschaften der Blätter ableiten, wie den Chlorophyll- oder Wassergehalt.

Von Luftaufnahmen zu satellitengestützten Systemen 

In meiner Masterarbeit habe ich eine bestehende Methode zur Messung der funktionalen Diversität von Luftaufnahmen auf Satellitendaten übertragen und Karten daraus erstellt. Mein Untersuchungsgebiet war der Wald auf der Lägern, ein Berg nordwestlich von Zürich, den man vom Campus Irchel aus sehen kann.

Untersuchungsgebiet Lägern
Untersuchungsgebiet an der Lägern, ein temperierter Mischwald auf einem Kalksteinberg.

Der grosse Vorteil von Satellitendaten ist, dass sie im Vergleich zu Luftaufnahmen viel grössere Flächen abbilden, regelmässig wiederkehrende Beobachtungen desselben Ortes liefern und auch abgelegene Gebiete abdecken. Allerdings weisen sie andere Sensorspezifikationen auf, z.B. eine gröbere räumliche Auflösung.

In meiner Masterarbeit habe ich aus den Satellitendaten verschiedene biochemische Eigenschaften, zum Beispiel Chlorophyllgehalt und dazugehörige Indizes, abgeleitet. In einem nächsten Schritt habe ich diese Indizes mit jenen verglichen, die aus den aus Flugzeugen aufgenommenen Daten abgeleitet worden waren. So konnte ich zeigen, wie Satellitendaten für eine grossflächige Messung der funktionalen Diversität genutzt werden können. Auch die saisonale Entwicklung von Merkmalen spielt eine grosse Rolle. Deshalb verglich ich die Entwicklung der Merkmale und Diversitätsgrössen im Juli und September.

Mit Fernerkundung den Wald vor lauter Bäumen trotzdem sehen

Die menschgemachten Veränderungen in der Natur sind grossflächig und schnelllebig. Die Datenerhebung vor Ort ist jedoch aufwändig und kostspielig. Dadurch fehlt es oftmals an einer kontinuierlichen Abdeckung in Raum und Zeit, besonders in schwer zugänglichen Regionen. Hier spielen Luftaufnahmen- und Satellitendaten eine besondere Rolle. Sie liefern kontinuierliche Daten grosser Flächen von oben, ohne dass man sich durch den Wald schlagen und vor Ort einzelne Bäume vermessen muss.

Ich führe diese Arbeiten in meiner Dissertation am GIUZ weiter im Rahmen des UFSP «Globaler Wandel und Biodiversität» und mit Unterstützung der NOMIS Stiftung. Wenn wir die funktionale Vielfalt aus dem Weltraum kartieren können, werden wir auch besser verstehen, wie Ökosysteme funktionieren und was die Folgen von Umweltveränderungen sind. Satellitendaten sind weltweit verfügbar, und damit ein wertvoller Datenschatz, um den Biodiversitätsverlust über die Zeit zu beobachten.