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Kartierung der Flechtenbedeckung in Südnorwegen - eine Fernerkundungs- und GIS-basierte Analyse

Lichen cover mapping in southern Norway - an analysis with remote sensing and GIS

Silja Zimmermann, Olena Dubovyk, Carsten Oldenburg, Roland Pape, Jörg Löffler

Während der letzten Jahrzehnte konnte eine starke Abnahme von Flechtenvegetation in Zentral- und Nordnorwegen verzeichnet werden. Möglicher Grund für diesen Rückgang sind die gleichzeitig ansteigenden Rentierpopulationen. Im Gegensatz zu dem Trend in Zentral- und Nordnorwegen existiert wenig Wissen über Zustand und Entwicklung flechtenreicher Vegetation in Südnorwegen. Unser Ansatz präsentiert eine multiskalare Analyse zur Kartierung von Flechtenbewuchs in Südnorwegen, abzielend auf ein besseres Verständnis komplexer Interaktionen zwischen Rentieren und Flechten. Die Analyse basiert auf sehr hoch aufgelösten Felddaten (0.3 m) und Luftbildern (0.5 m), hoch aufgelösten Landsat-Satellitenbildern (30 m) sowie MODIS-Datensätzen (250 m, 500 m). Felddaten aus zwei Untersuchungsgebieten in Südnorwegen dienen der Kalibrierung und Validierung der Methode. Die multiskalare Kartierung von Flechtenvegetation erfolgt mittels nichtparametrischer Random-Forest-Regressionsbäume. Eine NDVI-Zeitreihenanalyse, basierend auf MODIS-Datensätzen (250 m), sowie ein nichtparametrischer Mann-Kendall-Test eruiert signifikante NDVI-Trends. Hotspots von Flechtenvegetation werden mit NDVI-Trends überlagert. Während der ersten Hochskalierung auf die Auflösung der Luftbilder (0.5 m) zeigte das Random-Forest-Regressionsmodell ein R² von 0.51 und eine mittlere quadratische Abweichung (MSE) von 0.04. Die Hochskalierung zu Landsat (30 m) gab ein R² von 0.7 und einen MSE von < 0.01 wieder. Hochskalieren auf die Auflösung von MODIS (500 m) präsentierte ein R² von 0.86 und einen MSE von < 0.01. Die Klassifizierung der daraus resultierenden Prognosekarte visualisierte 15.6 % der Fläche als weniger als 20 % von Flechten bedeckt und 7.6 % der Fläche zu mehr als 40 % von Flechten bedeckt. Der Mann-Kendall-Test präsentierte für 19.3 % der Fläche, in welcher Flechtenvegetation angenommen werden kann, signifikant negative Vegetationstrends. Signifikant positive Vegetationstrends traten in 5 % der Fläche auf. Sich überlagernde positive NDVI-Trends und prognostizierte Flechtenvegetation in über 40 % der Fläche sind in 19.4% des Untersuchungsgebiets zu verzeichnen. Der multiskalare Ansatz dieser Studie erlaubte die Kartierung von Flechtenvegetation auf verschiedenen räumlichen Skalen. Mit dem vorgestellten Ansatz können potenziell auch andere Landschaften auf verschiedenen Maßstabsebenen kartiert werden.
Schlüsselwörter: Random-Forest-Regression, Mann-Kendall, arktisch-alpine Vegetation, Flechten, Rentier

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