@phdthesis{Vogel2005,
  author    = {Vogel, Melanie},
  title     = {Erfassung von Vegetationsver{\"a}nderungen in Namibia mit Hilfe von Fernerkundungs-Change-Detection-Verfahren und unter Ber{\"u}cksichtigung rezenter Niederschlagsereignisse},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17176},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die Dornbusch-Savannen Zentralnamibias unterliegen großen Ver{\"a}nderungen. Teilweise handelt es sich dabei um Degradationsprozesse, die zu einem Verlust an Artenvielfalt und auch {\"o}konomischem Wert dieser {\"u}berwiegend als Rinderweide genutzten Systeme f{\"u}hren. Die Degradation dr{\"u}ckt sich in der Savannenlandschaft zum einen durch Verkahlung aus (Desertifikation), vor allem aber durch die massive Ausbreitung einzelner Dornbuscharten wie Acacia mellifera, die zur Umwandlung gemischter Savannenvegetation in artenarme Dominanzbest{\"a}nde f{\"u}hrt (Verbuschung). Andere Ver{\"a}nderungen erfolgen spontan und stellen eine Reaktion der Vegetation auf aktuelle Niederschlagsereignisse dar. Diese ph{\"a}nologischen {\"A}nderungen sind in der Regel reversibel. Als typische Ver{\"a}nderungsmechanismen konnten nutzungsbedingter und nat{\"u}rlicher reversibler oder irreversibler Vegetationsverlust und die Wiederbesiedelung verkahlter Fl{\"a}chen identifiziert werden. Des Weiteren gibt es moderate Schwankungen der Vegetationsdichte, zu denen die Verbuschungsprozesse und die Buschsterbe geh{\"o}ren. Die Buschsterbe ist eine Pilzerkrankung, die zum fl{\"a}chenhaften Absterben von Akazienb{\"u}schen, vor allem von Ac. mellifera f{\"u}hrt. Auch der Einfluss von Feuer kann eine Ursache f{\"u}r Ver{\"a}nderungen sein. Um insbesondere das Ausmaß der Degradationsprozesse in Zentralnamibia zu erfassen und zu quantifizieren, wurde in dieser Arbeit ein fernerkundliches Change-Detection-Verfahren auf der Basis von Landsat-TM und ETM-Daten entwickelt. Die methodische Basis hierf{\"u}r stellten das Image-Differencing und die modifizierte selektive Hauptkomponentenanalyse (sPCA) dar. Um auch Formparameter der ver{\"a}nderten Fl{\"a}chen zur Unterscheidung von Ver{\"a}nderungstypen heranziehen zu k{\"o}nnen, wurden die Ergebnisse des Differencings segmentiert und das Maß der Kompaktheit(Compactness) der Segmente extrahiert. Die Klassifikation der charakteristischen Ver{\"a}nderungen erfolgte {\"u}ber Ratios und Schwellenwerte von Einzelkan{\"a}len dieser Change-Datendatens{\"a}tze und der Compactness, die aus charakteristischen Ver{\"a}nderungssignaturen abgeleitet wurden. Diese wurden anhand von Referenzfl{\"a}chen ermittelt, die auf Felddaten basierten. Als Referenz zur Ableitung der Signaturen diente dabei der Ver{\"a}nderungsdatensatz aus dem Vergleich der Landsat- Szenen von Mai 2000 und April 2003. Diese bitemporale Change-Detection-Methode wurde f{\"u}r das Hauptuntersuchungsgebiet (A) in Zentralnamibia auf insgesamt 8 Kombinationen aus 7 Landsat-Szenen im Zeitraum von 1984 bis 2003 angewendet. Damit wurde die {\"U}bertragbarkeit der Methode auf verschiedene Zeitschnitte getestet. Zur Absch{\"a}tzung der {\"U}bertragbarkeit auf andere Naturr{\"a}ume wurde die Methode zudem auch auf jeweils ein Szenenpaar in der ariden zwergstrauchdominierten Nama-Karoo in S{\"u}dnamibia und in einem feuchteren Dornsavannen-Trockenwaldgebiet in der Kavango-Region Nordnamibias angewendet. Die Klassifikatoren zur Trennung der einzelnen Ver{\"a}nderungsklassen lieferten unterschiedlich gute Ergebnisse. Die Verkahlungs- und Wiederbesiedelungsprozesse wurden sehr zuverl{\"a}ssig detektiert, wobei allerdings die Unterscheidung von nat{\"u}rlicher und nutzungsbedingter Verkahlung anhand der Compactness-Werte den Anteil an anthropogen ver{\"a}nderten Fl{\"a}chen auff{\"a}llig untersch{\"a}tzte. Die Validierung anhand von Farmerausk{\"u}nften bzw. vergleichenden Fotos zum Aufnahmezeitpunkt lieferte dabei in allen drei Untersuchungsgebieten {\"a}hnliche Ergebnisse. Moderate Ver{\"a}nderungen der Vegetationsdichte wurden in allen drei Untersuchungsgebieten {\"u}berwiegend gut erkannt. Eine eindeutige Zuordnung auf Ver{\"a}nderungen des Busch- oder des Grasstratums war allerdings nicht immer m{\"o}glich. Die Detektion von rezenten Brandfl{\"a}chen in Zentral- und Nordnamibia verlief zufrieden stellend. Mehrere Monate alte Brandfl{\"a}chen ließen sich mit dem dazu entwickelten Klassifikator jedoch nicht von anderen ph{\"a}nologisch und nutzungsbedingten Ver{\"a}nderungen trennen. Zur Analyse der Signifikanz der Change-Detektion-Ergebnisse wurden verschiedene Niederschlagsdaten und NDVI-Zeitreihen f{\"u}r den jeweiligen Beobachtungszeitraum hinzugezogen. Es zeigte sich, dass die Change-Detection-Ergebnisse stark mit den Niederschlagssummen korrelierten, die in der jeweiligen Regenzeit bis zum Aufnahmezeitpunkt der einzelnen Landsat-Szenen gefallen waren. War die Regenzeit zum ersten Vergleichszeitpunkt ergiebiger als zum zweiten, wurde {\"u}berwiegend Vegetationsr{\"u}ckgang detektiert. War die zweite Regenzeit hingegen feuchter als die erste, wurde {\"u}berwiegend Vegetationszunahme detektiert. Die Gr{\"o}ße der Niederschlagsdifferenz zwischen beiden Zeitpunkten spiegelte sich zudem im Fl{\"a}chenanteil der einzelnen Ver{\"a}nderungsklassen wider. Durch diesen starken ph{\"a}nologischen, d.h. niederschlagsbedingten Ver{\"a}nderungsanteil wurden „echte" Ver{\"a}nderungen z.T. verschleiert oder verst{\"a}rkt. Dieses Ergebnis korrespondiert mit den Ergebnissen vieler anderer Change-Detection-Arbeiten im semiariden Raum. Als relevante Ver{\"a}nderungen wurden daher nur solche bewertet, die dem allgemeinen ph{\"a}nologischen Trend im Vergleichszeitraum entgegenstanden. So konnten z.B. Fl{\"a}chen, auf denen Vegetationszuwachs detektiert wurde, obwohl die Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt schw{\"a}cher war als die erste, als tats{\"a}chlich verbuscht gelten. Unter Ber{\"u}cksichtigung dieser niederschlagsbedingten Einfl{\"u}sse wurden im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia die Fl{\"a}chenanteile bestimmt, f{\"u}r die Degradation detektiert wurde. Demnach hat im Vergleich der Szenen von 1984 und 2003 auf etwa 681 km², entsprechend 2,8 \% der Gesamtfl{\"a}che des Untersuchungsgebietes, eine niederschlagsunabh{\"a}ngige Verdichtung der Vegetation, d.h. eine Verbuschung stattgefunden. Die Lage der betroffenen Gebiete korrespondiert mit der in der Literatur genannten Region (vgl. BESTER 1998/99). Des Weiteren wurde im Untersuchungszeitraum von 1984 bis 2003 auf ca. 0,53 km², entsprechend 0,002 \% der Gesamtfl{\"a}che des Untersuchungsgebietes irreversible Verkahlung, d.h. Desertifikation detektiert. Damit stellt in Zentralnamibia die Ver{\"a}nderung durch Verbuschung die fl{\"a}chenm{\"a}ßig gr{\"o}ßte Bedrohung f{\"u}r Artenvielfalt und landwirtschaftliche Tragkraft der Savannen dar. Aufgrund der starken ph{\"a}nologischen Einfl{\"u}sse konnten von der Buschsterbe betroffene Regionen im Untersuchungsgebiet nicht sicher erkannt und quantifiziert werden. Kleinr{\"a}umig konnten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia Farmen identifiziert werden, die in einem oder mehreren Ergebnisbildern durch besondere Ver{\"a}nderungsmuster auffielen. Zumeist handelte es sich um Degradationserscheinungen wie Verbuschung und Verkahlung, f{\"u}r die bei der Besichtigung w{\"a}hrend der Feldkampagne im Jahr 2004 oft ein Zusammenhang mit ung{\"u}nstigen Landnutzungspraktiken, d.h. vor allem {\"U}berweidung hergestellt werden konnte. Des Weiteren wurden starke Ver{\"a}nderungen durch Entbuschungsmaßnahmen, kurzzeitige Weideeinfl{\"u}sse und auch einzelne wiederhergestellte Best{\"a}nde detektiert. Nutzungsbedingte Degradationserscheinungen treten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia insgesamt nur kleinr{\"a}umig auf einzelnen Farmen auf. F{\"u}r das Untersuchungsgebiet in S{\"u}dnamibia lagen zwei Landsat-Szenen f{\"u}r den kurzen Vergleichszeitraum von 2001 zu 2002 vor. Anhand dieser konnten unter Zuhilfenahme von Niederschlagsdaten stark degradierte Fl{\"a}chen identifiziert werden. W{\"a}hrend auf den intakten Fl{\"a}chen aufgrund der besseren Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt wie erwartet Vegetationszuwachs detektiert wurde, f{\"u}hrten ebendiese reichlichen Niederschl{\"a}ge im degradierten Gebiet zu einer großfl{\"a}chigen Erosion der Vegetationsdecke. Dies ist vermutlich auf die gr{\"o}ßere Geschwindigkeit des oberfl{\"a}chlich abfließenden Regenwassers in der sp{\"a}rlichen Vegetationsdecke der degradierten Fl{\"a}che zur{\"u}ck zu f{\"u}hren. In den {\"u}brigen Gebieten reduzierte hingegen die dichtere Vegetation den Oberfl{\"a}chenabfluss, wodurch mehr Wasser versickerte und verst{\"a}rktem Pflanzenwachstum zur Verf{\"u}gung stand. Im Untersuchungsgebiet in Nordnamibia wurden zwei Landsat-Szenen von April 1991 und April 2000 verglichen. Die gravierendste Ver{\"a}nderung in diesem Zeitraum war nutzungsbedingte Verkahlung, die auf rund 4,4 \% der Gesamtfl{\"a}che, entsprechend 81 km² detektiert wurde. Ursache ist hier die Umwandlung von Dornbuschsavanne in Acker- oder Siedlungsraum. Demgegen{\"u}ber wurde aber nur f{\"u}r 1,17 \% der Gesamtfl{\"a}che, entsprechend 21,76 km², Wiederbesiedelung detektiert. Dies sind zumeist Agrarfl{\"a}chen, die (kurzzeitig) aus der Nutzung genommen wurden. Das Ergebnis dokumentiert den zunehmenden Siedlungsdruck in der Kavango-Region. Die seit den 1970er Jahren verbesserte Infrastruktur erm{\"o}glicht hier immer mehr Menschen die Landnahme, Viehhaltung und Siedlung. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass mit der hier entwickelten Change-Detection-Methode unter Ber{\"u}cksichtigung der Niederschlagshistorie in den semiariden und ariden Testgebieten signifikante Ver{\"a}nderungen der Vegetation in verschiedenen Landschaftsr{\"a}umen detektiert werden k{\"o}nnen. Weitere Anwendungen der Methodik auf andere Testgebiete im s{\"u}dlichen und westlichen Afrika am Rande dieser Arbeit zeigten ebenfalls gute Ergebnisse, die allerdings bislang aus Mangel an Referenzdaten nicht validiert werden konnten. Zur zuk{\"u}nftigen Operationalisierung der Methodik sollte vor allem eine verbesserte Trennbarkeit von nutzungsbedingten und nat{\"u}rlichen Verkahlungsprozessen angestrebt werden. Des Weiteren wird eine Anpassung der Klassifikatoren auf andere Sensoren wie z.B. ASTER angedacht, um auch nach dem Ausfall von Landsat 7 im Jahr 2003 aktuelle Daten vergleichen zu k{\"o}nnen. Um den ph{\"a}nologischen Einfluss von unterschiedlichen Niederschlagshistorien im Vorfeld der Eingangsdaten zu minimieren, w{\"a}re zudem die Implementierung eines Kalibrierungsfaktors denkbar, der auf Niederschlags- oder auch MODIS-NDVI-Daten der entsprechenden Zeit- und Untersuchungsr{\"a}ume basiert. Das Ergebnis w{\"a}re eine sichere Methode zur Detektion von regionalen Ver{\"a}nderungen im semiariden Raum. Die Identifizierung dieser Ver{\"a}nderungen, speziell von Degradationserscheinungen stellt die Basis dar, dort gezielt nach den Ursachen zu suchen und Handlungsempfehlungen zu entwickeln, um einer fortschreitenden Zerst{\"o}rung von Lebensraum, Artenvielfalt und {\"o}konomischem Potenzial der betroffenen Fl{\"a}chen entgegen zu wirken.},
  subject      = {Namibia},
  language  = {de}
}