TY - JOUR A1 - Näschen, Kristian A1 - Diekkrüger, Bernd A1 - Evers, Mariele A1 - Höllermann, Britta A1 - Steinbach, Stefanie A1 - Thonfeld, Frank T1 - The impact of land use/land cover change (LULCC) on water resources in a tropical catchment in Tanzania under different climate change scenarios JF - Sustainability N2 - Many parts of sub-Saharan Africa (SSA) are prone to land use and land cover change (LULCC). In many cases, natural systems are converted into agricultural land to feed the growing population. However, despite climate change being a major focus nowadays, the impacts of these conversions on water resources, which are essential for agricultural production, is still often neglected, jeopardizing the sustainability of the socio-ecological system. This study investigates historic land use/land cover (LULC) patterns as well as potential future LULCC and its effect on water quantities in a complex tropical catchment in Tanzania. It then compares the results using two climate change scenarios. The Land Change Modeler (LCM) is used to analyze and to project LULC patterns until 2030 and the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is utilized to simulate the water balance under various LULC conditions. Results show decreasing low flows by 6–8% for the LULC scenarios, whereas high flows increase by up to 84% for the combined LULC and climate change scenarios. The effect of climate change is stronger compared to the effect of LULCC, but also contains higher uncertainties. The effects of LULCC are more distinct, although crop specific effects show diverging effects on water balance components. This study develops a methodology for quantifying the impact of land use and climate change and therefore contributes to the sustainable management of the investigated catchment, as it shows the impact of environmental change on hydrological extremes (low flow and floods) and determines hot spots, which are critical for environmental development. KW - SWAT model KW - Land Change Modeler KW - Scenario analysis KW - Extreme flows KW - Tanzania KW - Kilombero Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193825 SN - 2071-1050 VL - 11 IS - 24 ER - TY - JOUR A1 - Latifi, Hooman A1 - Valbuena, Ruben T1 - Current trends in forest ecological applications of three-dimensional remote sensing: Transition from experimental to operational solutions? JF - Forests N2 - The alarming increase in the magnitude and spatiotemporal patterns of changes in composition, structure and function of forest ecosystems during recent years calls for enhanced cross-border mitigation and adaption measures, which strongly entail intensified research to understand the underlying processes in the ecosystems as well as their dynamics. Remote sensing data and methods are nowadays the main complementary sources of synoptic, up-to-date and objective information to support field observations in forest ecology. In particular, analysis of three-dimensional (3D) remote sensing data is regarded as an appropriate complement, since they are hypothesized to resemble the 3D character of most forest attributes. Following their use in various small-scale forest structural analyses over the past two decades, these sources of data are now on their way to be integrated in novel applications in fields like citizen science, environmental impact assessment, forest fire analysis, and biodiversity assessment in remote areas. These and a number of other novel applications provide valuable material for the Forests special issue “3D Remote Sensing Applications in Forest Ecology: Composition, Structure and Function”, which shows the promising future of these technologies and improves our understanding of the potentials and challenges of 3D remote sensing in practical forest ecology worldwide. KW - 3D remote sensing KW - composition KW - forest ecology KW - function KW - structure Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193282 SN - 1999-4907 VL - 10 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Ghazaryan, Gohar A1 - Rienow, Andreas A1 - Oldenburg, Carsten A1 - Thonfeld, Frank A1 - Trampnau, Birte A1 - Sticksel, Sarah A1 - Jürgens, Carsten T1 - Monitoring of urban sprawl and densification processes in Western Germany in the light of SDG indicator 11.3.1 based on an automated retrospective classification approach JF - Remote Sensing N2 - By 2050, two-third of the world’s population will live in cities. In this study, we develop a framework for analyzing urban growth-related imperviousness in North Rhine-Westphalia (NRW) from the 1980s to date using Landsat data. For the baseline 2017-time step, official geodata was extracted to generate labelled data for ten classes, including three classes representing low, middle, and high level of imperviousness. We used the output of the 2017 classification and information based on radiometric bi-temporal change detection for retrospective classification. Besides spectral bands, we calculated several indices and various temporal composites, which were used as an input for Random Forest classification. The results provide information on three imperviousness classes with accuracies exceeding 75%. According to our results, the imperviousness areas grew continuously from 1985 to 2017, with a high imperviousness area growth of more than 167,000 ha, comprising around 30% increase. The information on the expansion of urban areas was integrated with population dynamics data to estimate the progress towards SDG 11. With the intensity analysis and the integration of population data, the spatial heterogeneity of urban expansion and population growth was analysed, showing that the urban expansion rates considerably excelled population growth rates in some regions in NRW. The study highlights the applicability of earth observation data for accurately quantifying spatio-temporal urban dynamics for sustainable urbanization and targeted planning. KW - impervious surface KW - Landsat time series KW - change detection KW - SDG 11.3.1 KW - population change Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236671 SN - 2072-4292 VL - 13 IS - 9 ER - TY - JOUR A1 - Fekri, Erfan A1 - Latifi, Hooman A1 - Amani, Meisam A1 - Zobeidinezhad, Abdolkarim T1 - A training sample migration method for wetland mapping and monitoring using Sentinel data in Google Earth Engine JF - Remote Sensing N2 - Wetlands are one of the most important ecosystems due to their critical services to both humans and the environment. Therefore, wetland mapping and monitoring are essential for their conservation. In this regard, remote sensing offers efficient solutions due to the availability of cost-efficient archived images over different spatial scales. However, a lack of sufficient consistent training samples at different times is a significant limitation of multi-temporal wetland monitoring. In this study, a new training sample migration method was developed to identify unchanged training samples to be used in wetland classification and change analyses over the International Shadegan Wetland (ISW) areas of southwestern Iran. To this end, we first produced the wetland map of a reference year (2020), for which we had training samples, by combining Sentinel-1 and Sentinel-2 images and the Random Forest (RF) classifier in Google Earth Engine (GEE). The Overall Accuracy (OA) and Kappa coefficient (KC) of this reference map were 97.93% and 0.97, respectively. Then, an automatic change detection method was developed to migrate unchanged training samples from the reference year to the target years of 2018, 2019, and 2021. Within the proposed method, three indices of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Normalized Difference Water Index (NDWI), and the mean Standard Deviation (SD) of the spectral bands, along with two similarity measures of the Euclidean Distance (ED) and Spectral Angle Distance (SAD), were computed for each pair of reference–target years. The optimum threshold for unchanged samples was also derived using a histogram thresholding approach, which led to selecting the samples that were most likely unchanged based on the highest OA and KC for classifying the test dataset. The proposed migration sample method resulted in high OAs of 95.89%, 96.83%, and 97.06% and KCs of 0.95, 0.96, and 0.96 for the target years of 2018, 2019, and 2021, respectively. Finally, the migrated samples were used to generate the wetland map for the target years. Overall, our proposed method showed high potential for wetland mapping and monitoring when no training samples existed for a target year. KW - wetland KW - Google Earth Engine (GEE) KW - training sample migration KW - sentinel Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248542 SN - 2072-4292 VL - 13 IS - 20 ER - TY - JOUR A1 - Hagg, Wilfried A1 - Mayr, Elisabeth A1 - Mannig, Birgit A1 - Reyers, Mark A1 - Schubert, David A1 - Pinto, Joaquim G. A1 - Peters, Juliane A1 - Pieczonka, Tino A1 - Juen, Martin A1 - Bolch, Tobias A1 - Paeth, Heiko A1 - Mayer, Christoph T1 - Future climate change and its impact on runoff generation from the debris-covered Inylchek glaciers, Central Tian Shan, Kyrgyzstan JF - Water N2 - The heavily debris-covered Inylchek glaciers in the central Tian Shan are the largest glacier system in the Tarim catchment. It is assumed that almost 50% of the discharge of Tarim River are provided by glaciers. For this reason, climatic changes, and thus changes in glacier mass balance and glacier discharge are of high impact for the whole region. In this study, a conceptual hydrological model able to incorporate discharge from debris-covered glacier areas is presented. To simulate glacier melt and subsequent runoff in the past (1970/1971–1999/2000) and future (2070/2071–2099/2100), meteorological input data were generated based on ECHAM5/MPI-OM1 global climate model projections. The hydrological model HBV-LMU was calibrated by an automatic calibration algorithm using runoff and snow cover information as objective functions. Manual fine-tuning was performed to avoid unrealistic results for glacier mass balance. The simulations show that annual runoff sums will increase significantly under future climate conditions. A sensitivity analysis revealed that total runoff does not decrease until the glacier area is reduced by 43%. Ice melt is the major runoff source in the recent past, and its contribution will even increase in the coming decades. Seasonal changes reveal a trend towards enhanced melt in spring, but a change from a glacial-nival to a nival-pluvial runoff regime will not be reached until the end of this century. KW - glaciers KW - debris-covered glaciers KW - hydrological modelling KW - climate scenarios KW - Tian Shan Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197592 SN - 2073-4441 VL - 10 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Mayr, Stefan A1 - Klein, Igor A1 - Rutzinger, Martin A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Systematic water fraction estimation for a global and daily surface water time-series JF - Remote Sensing N2 - Fresh water is a vital natural resource. Earth observation time-series are well suited to monitor corresponding surface dynamics. The DLR-DFD Global WaterPack (GWP) provides daily information on globally distributed inland surface water based on MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) images at 250 m spatial resolution. Operating on this spatiotemporal level comes with the drawback of moderate spatial resolution; only coarse pixel-based surface water quantification is possible. To enhance the quantitative capabilities of this dataset, we systematically access subpixel information on fractional water coverage. For this, a linear mixture model is employed, using classification probability and pure pixel reference information. Classification probability is derived from relative datapoint (pixel) locations in feature space. Pure water and non-water reference pixels are located by combining spatial and temporal information inherent to the time-series. Subsequently, the model is evaluated for different input sets to determine the optimal configuration for global processing and pixel coverage types. The performance of resulting water fraction estimates is evaluated on the pixel level in 32 regions of interest across the globe, by comparison to higher resolution reference data (Sentinel-2, Landsat 8). Results show that water fraction information is able to improve the product's performance regarding mixed water/non-water pixels by an average of 11.6% (RMSE). With a Nash-Sutcliffe efficiency of 0.61, the model shows good overall performance. The approach enables the systematic provision of water fraction estimates on a global and daily scale, using only the reflectance and temporal information contained in the input time-series. KW - earth observation KW - landsat KW - MODIS KW - remote sensing KW - probability KW - Sentinel-2 KW - subpixel KW - water Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242586 SN - 2072-4292 VL - 13 IS - 14 ER - TY - JOUR A1 - Stereńczak, Krzysztof A1 - Laurin, Gaia Vaglio A1 - Chirici, Gherardo A1 - Coomes, David A. A1 - Dalponte, Michele A1 - Latifi, Hooman A1 - Puletti, Nicola T1 - Global Airborne Laser Scanning Data Providers Database (GlobALS) — a new tool for monitoring ecosystems and biodiversity JF - Remote Sensing N2 - Protection and recovery of natural resource and biodiversity requires accurate monitoring at multiple scales. Airborne Laser Scanning (ALS) provides high-resolution imagery that is valuable for monitoring structural changes to vegetation, providing a reliable reference for ecological analyses and comparison purposes, especially if used in conjunction with other remote-sensing and field products. However, the potential of ALS data has not been fully exploited, due to limits in data availability and validation. To bridge this gap, the global network for airborne laser scanner data (GlobALS) has been established as a worldwide network of ALS data providers that aims at linking those interested in research and applications related to natural resources and biodiversity monitoring. The network does not collect data itself but collects metadata and facilitates networking and collaborative research amongst the end-users and data providers. This letter describes this facility, with the aim of broadening participation in GlobALS. KW - LiDAR KW - forest KW - database KW - networking KW - GlobALS Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207819 SN - 2072-4292 VL - 12 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Huth, Juliane A1 - Gessner, Ursula A1 - Klein, Igor A1 - Yesou, Hervé A1 - Lai, Xijun A1 - Oppelt, Natascha A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Analyzing water dynamics based on Sentinel-1 time series — a study for Dongting Lake wetlands in China JF - Remote Sensing N2 - In China, freshwater is an increasingly scarce resource and wetlands are under great pressure. This study focuses on China's second largest freshwater lake in the middle reaches of the Yangtze River — the Dongting Lake — and its surrounding wetlands, which are declared a protected Ramsar site. The Dongting Lake area is also a research region of focus within the Sino-European Dragon Programme, aiming for the international collaboration of Earth Observation researchers. ESA's Copernicus Programme enables comprehensive monitoring with area-wide coverage, which is especially advantageous for large wetlands that are difficult to access during floods. The first year completely covered by Sentinel-1 SAR satellite data was 2016, which is used here to focus on Dongting Lake's wetland dynamics. The well-established, threshold-based approach and the high spatio-temporal resolution of Sentinel-1 imagery enabled the generation of monthly surface water maps and the analysis of the inundation frequency at a 10 m resolution. The maximum extent of the Dongting Lake derived from Sentinel-1 occurred in July 2016, at 2465 km\(^2\), indicating an extreme flood year. The minimum size of the lake was detected in October, at 1331 km\(^2\). Time series analysis reveals detailed inundation patterns and small-scale structures within the lake that were not known from previous studies. Sentinel-1 also proves to be capable of mapping the wetland management practices for Dongting Lake polders and dykes. For validation, the lake extent and inundation duration derived from the Sentinel-1 data were compared with excerpts from the Global WaterPack (frequently derived by the German Aerospace Center, DLR), high-resolution optical data, and in situ water level data, which showed very good agreement for the period studied. The mean monthly extent of the lake in 2016 from Sentinel-1 was 1798 km\(^2\), which is consistent with the Global WaterPack, deviating by only 4%. In summary, the presented analysis of the complete annual time series of the Sentinel-1 data provides information on the monthly behavior of water expansion, which is of interest and relevance to local authorities involved in water resource management tasks in the region, as well as to wetland conservationists concerned with the Ramsar site wetlands of Dongting Lake and to local researchers. KW - Earth observation KW - SAR KW - Sentinel–1 KW - time series KW - Dongting Lake KW - water dynamics KW - floodpath lake KW - Ramsar Convention on Wetlands Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-205977 SN - 2072-4292 VL - 12 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Forkuor, Gerald A1 - Ullmann, Tobias A1 - Griesbeck, Mario T1 - Mapping and monitoring small-scale mining activities in Ghana using Sentinel-1 time series (2015−2019) JF - Remote Sensing N2 - Illegal small-scale mining (galamsey) in South-Western Ghana has grown tremendously in the last decade and caused significant environmental degradation. Excessive cloud cover in the area has limited the use of optical remote sensing data to map and monitor the extent of these activities. This study investigated the use of annual time-series Sentinel-1 data to map and monitor illegal mining activities along major rivers in South-Western Ghana between 2015 and 2019. A change detection approach, based on three time-series features — minimum, mean, maximum — was used to compute a backscatter threshold value suitable to identify/detect mining-induced land cover changes in the study area. Compared to the mean and maximum, the minimum time-series feature (in both VH and VV polarization) was found to be more sensitive to changes in backscattering within the period of investigation. Our approach permitted the detection of new illegal mining areas on an annual basis. A backscatter threshold value of +1.65 dB was found suitable for detecting illegal mining activities in the study area. Application of this threshold revealed illegal mining area extents of 102 km\(^2\), 60 km\(^2\) and 33 km\(^2\) for periods 2015/2016–2016/2017, 2016/2017–2017/2018 and 2017/2018–2018/2019, respectively. The observed decreasing trend in new illegal mining areas suggests that efforts at stopping illegal mining yielded positive results in the period investigated. Despite the advantages of Synthetic Aperture Radar data in monitoring phenomena in cloud-prone areas, our analysis revealed that about 25% of the Sentinel-1 data, mostly acquired in March and October (beginning and end of rainy season respectively), were unusable due to atmospheric effects from high intensity rainfall events. Further investigation in other geographies and climatic regions is needed to ascertain the susceptibility of Sentinel-1 data to atmospheric conditions. KW - Sentine-1 KW - mining KW - image artifacts KW - time-series features KW - galamsey KW - Ghana Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203204 SN - 2072-4292 VL - 12 IS - 6 ER - TY - JOUR A1 - Heinemann, Sascha A1 - Siegmann, Bastian A1 - Thonfeld, Frank A1 - Muro, Javier A1 - Jedmowski, Christoph A1 - Kemna, Andreas A1 - Kraska, Thorsten A1 - Muller, Onno A1 - Schultz, Johannes A1 - Udelhoven, Thomas A1 - Wilke, Norman A1 - Rascher, Uwe T1 - Land surface temperature retrieval for agricultural areas using a novel UAV platform equipped with a thermal infrared and multispectral sensor JF - Remote Sensing N2 - Land surface temperature (LST) is a fundamental parameter within the system of the Earth’s surface and atmosphere, which can be used to describe the inherent physical processes of energy and water exchange. The need for LST has been increasingly recognised in agriculture, as it affects the growth phases of crops and crop yields. However, challenges in overcoming the large discrepancies between the retrieved LST and ground truth data still exist. Precise LST measurement depends mainly on accurately deriving the surface emissivity, which is very dynamic due to changing states of land cover and plant development. In this study, we present an LST retrieval algorithm for the combined use of multispectral optical and thermal UAV images, which has been optimised for operational applications in agriculture to map the heterogeneous and diverse agricultural crop systems of a research campus in Germany (April 2018). We constrain the emissivity using certain NDVI thresholds to distinguish different land surface types. The algorithm includes atmospheric corrections and environmental thermal emissions to minimise the uncertainties. In the analysis, we emphasise that the omission of crucial meteorological parameters and inaccurately determined emissivities can lead to a considerably underestimated LST; however, if the emissivity is underestimated, the LST can be overestimated. The retrieved LST is validated by reference temperatures from nearby ponds and weather stations. The validation of the thermal measurements indicates a mean absolute error of about 0.5 K. The novelty of the dual sensor system is that it simultaneously captures highly spatially resolved optical and thermal images, in order to construct the precise LST ortho-mosaics required to monitor plant diseases and drought stress and validate airborne and satellite data. KW - UAV KW - thermal infrared KW - multispectral VNIR KW - LST KW - emissivity KW - NDVI thresholds KW - atmospheric correction KW - agricultural mapping KW - low-cost applications Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203557 SN - 2072-4292 VL - 12 IS - 7 ER - TY - JOUR A1 - Latifi, Hooman A1 - Heurich, Marco T1 - Multi-scale remote sensing-assisted forest inventory: a glimpse of the state-of-the-art and future prospects JF - Remote Sensing N2 - Advances in remote inventory and analysis of forest resources during the last decade have reached a level to be now considered as a crucial complement, if not a surrogate, to the long-existing field-based methods. This is mostly reflected in not only the use of multiple-band new active and passive remote sensing data for forest inventory, but also in the methodic and algorithmic developments and/or adoptions that aim at maximizing the predictive or calibration performances, thereby minimizing both random and systematic errors, in particular for multi-scale spatial domains. With this in mind, this editorial note wraps up the recently-published Remote Sensing special issue “Remote Sensing-Based Forest Inventories from Landscape to Global Scale”, which hosted a set of state-of-the-art experiments on remotely sensed inventory of forest resources conducted by a number of prominent researchers worldwide. KW - remote sensing KW - forest resources inventory KW - spatial scale Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197358 SN - 2072-4292 VL - 11 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Holzwarth, Stefanie A1 - Thonfeld, Frank A1 - Abdullahi, Sahra A1 - Asam, Sarah A1 - Da Ponte Canova, Emmanuel A1 - Gessner, Ursula A1 - Huth, Juliane A1 - Kraus, Tanja A1 - Leutner, Benjamin A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Earth Observation based monitoring of forests in Germany: a review JF - Remote Sensing N2 - Forests in Germany cover around 11.4 million hectares and, thus, a share of 32% of Germany's surface area. Therefore, forests shape the character of the country's cultural landscape. Germany's forests fulfil a variety of functions for nature and society, and also play an important role in the context of climate levelling. Climate change, manifested via rising temperatures and current weather extremes, has a negative impact on the health and development of forests. Within the last five years, severe storms, extreme drought, and heat waves, and the subsequent mass reproduction of bark beetles have all seriously affected Germany’s forests. Facing the current dramatic extent of forest damage and the emerging long-term consequences, the effort to preserve forests in Germany, along with their diversity and productivity, is an indispensable task for the government. Several German ministries have and plan to initiate measures supporting forest health. Quantitative data is one means for sound decision-making to ensure the monitoring of the forest and to improve the monitoring of forest damage. In addition to existing forest monitoring systems, such as the federal forest inventory, the national crown condition survey, and the national forest soil inventory, systematic surveys of forest condition and vulnerability at the national scale can be expanded with the help of a satellite-based earth observation. In this review, we analysed and categorized all research studies published in the last 20 years that focus on the remote sensing of forests in Germany. For this study, 166 citation indexed research publications have been thoroughly analysed with respect to publication frequency, location of studies undertaken, spatial and temporal scale, coverage of the studies, satellite sensors employed, thematic foci of the studies, and overall outcomes, allowing us to identify major research and geoinformation product gaps. KW - remote sensing KW - earth observation KW - forest KW - forest monitoring KW - forest disturbances KW - Germany KW - review Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216334 SN - 2072-4292 VL - 12 IS - 21 ER - TY - JOUR A1 - Usman, Muhammad A1 - Mahmood, Talha A1 - Conrad, Christopher A1 - Bodla, Habib Ullah T1 - Remote Sensing and modelling based framework for valuing irrigation system efficiency and steering indicators of consumptive water use in an irrigated region JF - Sustainability N2 - Water crises are becoming severe in recent times, further fueled by population increase and climate change. They result in complex and unsustainable water management. Spatial estimation of consumptive water use is vital for performance assessment of the irrigation system using Remote Sensing (RS). For this study, its estimation is done using the Soil Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) approach. Performance indicators including equity, adequacy, and reliability were worked out at various spatiotemporal scales. Moreover, optimization and sustainable use of water resources are not possible without knowing the factors mainly influencing consumptive water use of major crops. For that purpose, random forest regression modelling was employed using various sets of factors for site-specific, proximity, and cropping system. The results show that the system is underperforming both for Kharif (i.e., summer) and Rabi (i.e., winter) seasons. Performance indicators highlight poor water distribution in the system, a shortage of water supply, and unreliability. The results are relatively good for Rabi as compared to Kharif, with an overall poor situation for both seasons. Factors importance varies for different crops. Overall, distance from canal, road density, canal density, and farm approachability are the most important factors for explaining consumptive water use. Auditing of consumptive water use shows the potential for resource optimization through on-farm water management by the targeted approach. The results are based on the present situation without considering future changes in canal water supply and consumptive water use under climate change. KW - consumptive water use KW - performance assessment KW - indicator importance assessment KW - water management KW - Pakistan Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219358 SN - 2071-1050 VL - 12 IS - 22 ER - TY - THES A1 - Karama, Alphonse T1 - East African Seasonal Rainfall prediction using multiple linear regression and regression with ARIMA errors models T1 - Vorhersage des saisonalen Niederschlags in Ostafrika mit multipler linearer Regression und Regression mit ARIMA-Fehlermodellen N2 - The detrimental impacts of climate variability on water, agriculture, and food resources in East Africa underscore the importance of reliable seasonal climate prediction. To overcome this difficulty RARIMAE method were evolved. Applications RARIMAE in the literature shows that amalgamating different methods can be an efficient and effective way to improve the forecasts of time series under consideration. With these motivations, attempt have been made to develop a multiple linear regression model (MLR) and a RARIMAE models for forecasting seasonal rainfall in east Africa under the following objectives: 1. To develop MLR model for seasonal rainfall prediction in East Africa. 2. To develop a RARIMAE model for seasonal rainfall prediction in East Africa. 3. Comparison of model's efficiency under consideration In order to achieve the above objectives, the monthly precipitation data covering the period from 1949 to 2000 was obtained from Climate Research Unit (CRU). Next to that, the first differenced climate indices were used as predictors. In the first part of this study, the analyses of the rainfall fluctuation in whole Central- East Africa region which span over a longitude of 15 degrees East to 55 degrees East and a latitude of 15 degrees South to 15 degrees North was done by the help of maps. For models’ comparison, the R-squared values for the MLR model are subtracted from the R-squared values of RARIMAE model. The results show positive values which indicates that R-squared is improved by RARIMAE model. On the other side, the root mean square errors (RMSE) values of the RARIMAE model are subtracted from the RMSE values of the MLR model and the results show negative value which indicates that RMSE is reduced by RARIMAE model for training and testing datasets. For the second part of this study, the area which is considered covers a longitude of 31.5 degrees East to 41 degrees East and a latitude of 3.5 degrees South to 0.5 degrees South. This region covers Central-East of the Democratic Republic of Congo (DRC), north of Burundi, south of Uganda, Rwanda, north of Tanzania and south of Kenya. Considering a model constructed based on the average rainfall time series in this region, the long rainfall season counts the nine months lead of the first principal component of Indian sea level pressure (SLP_PC19) and the nine months lead of Dipole Mode Index (DMI_LR9) as selected predictors for both statistical and predictive model. On the other side, the short rainfall season counts the three months lead of the first principal component of Indian sea surface temperature (SST_PC13) and the three months lead of Southern Oscillation Index (SOI_SR3) as predictors for predictive model. For short rainfall season statistical model SAOD current time series (SAOD_SR0) was added on the two predictors in predictive model. By applying a MLR model it is shown that the forecast can explain 27.4% of the total variation and has a RMSE of 74.2mm/season for long rainfall season while for the RARIMAE the forecast explains 53.6% of the total variation and has a RMSE of 59.4mm/season. By applying a MLR model it is shown that the forecast can explain 22.8% of the total variation and has a RMSE of 106.1 mm/season for short rainfall season predictive model while for the RARIMAE the forecast explains 55.1% of the total variation and has a RMSE of 81.1 mm/season. From such comparison, a significant rise in R-squared, a decrease of RMSE values were observed in RARIMAE models for both short rainfall and long rainfall season averaged time series. In terms of reliability, RARIMAE outperformed its MLR counterparts with better efficiency and accuracy. Therefore, whenever the data suffer from autocorrelation, we can go for MLR with ARIMA error, the ARIMA error part is more to correct the autocorrelation thereby improving the variance and productiveness of the model. N2 - Die nachteiligen Auswirkungen der Klimavariabilität auf Wasser, Landwirtschaft und Nahrungsressourcen in Ostafrika unterstreichen die Bedeutung einer zuverlässigen saisonalen Klimavorhersage. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurden die Regression mit ARIMA-Fehlern (RARIMAE)-Methoden entwickelt. Die Anwendungen RARIMAE in der Literatur zeigen, dass die Zusammenführung verschiedener Methoden ein effizienter und effektiver Weg sein kann, um die Vorhersagen der betrachteten Zeitreihen zu verbessern. Aus dieser Motivation heraus wurde versucht, ein multiples lineares Regressionsmodell (MLR) und ein RARIMAE-Modell zur Vorhersage saisonaler Niederschläge in Ostafrika unter folgenden Zielsetzungen zu entwickeln: 1. Entwicklung eines MLR-Modells für die Vorhersage der saisonalen Regenfälle in Ostafrika. 2. Entwicklung eines RARIMAE-Modells für die saisonale Niederschlagsvorhersage in Ostafrika. 3. Vergleich der betrachteten Modelleffizienz Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wurden die monatlichen Niederschlagsdaten für den Zeitraum von 1949 bis 2000 von der Climate Research Unit (CRU) bezogen. Daneben wurden die ersten differenzierten Klimaindizes als Prädiktoren verwendet. Im ersten Teil dieser Studie wurden die Niederschlagsschwankungen in der gesamten Region Zentral-Ostafrika, die sich über einen Längengrad von 15 Grad Ost bis 55 Grad Ost und einen Breitengrad von 15 Grad Süd bis 15 Grad Nord erstrecken, analysiert mit Hilfe von Karten gemacht. Für den Modellvergleich werden die Erklärte Varianz-Werte für das MLR-Modell von den R-Quadrat-Werten des RARIMAE-Modells abgezogen. Die Ergebnisse zeigen positive Werte, was darauf hinweist, die Erklärte Varianz durch das RARIMAE-Modell verbessert wird. Auf der anderen Seite werden die Root-Mean-Square-Error-Werte (RMSE) des RARIMAE-Modells von den RMSE-Werten des MLR-Modells subtrahiert und die Ergebnisse zeigen einen negativen Wert, der darauf hinweist, dass der RMSE durch das RARIMAE-Modell für Trainings- und Testdatensätze reduziert wird. Für den zweiten Teil dieser Studie umfasst das betrachtete Gebiet einen Längengrad von 31,5 Grad Ost bis 41 Grad Ost und einen Breitengrad von 3,5 Grad Süd bis 0,5 Grad Süd. Diese Region umfasst den Zentral-Osten der Demokratischen Republik Kongo (DRC), nördlich von Burundi, südlich von Uganda, Ruanda, nördlich von Tansania und südlich von Kenia. Betrachtet man ein Modell, das auf der Grundlage der durchschnittlichen Niederschlagszeitreihen in dieser Region erstellt wurde, zählt die lange Regensaison den neunmonatigen Vorsprung der ersten Hauptkomponente des indischen Meeresspiegeldrucks (SLP_PC19) und den neunmonatigen Vorsprung des Dipolmodus-Index (DMI_LR9) als ausgewählte Prädiktoren für statistische und prädiktive Modelle. Auf der anderen Seite zählt die kurze Regenzeit den dreimonatigen Vorsprung der ersten Hauptkomponente der indischen Meeresoberflächentemperatur (SST_PC13) und den dreimonatigen Vorsprung des Southern Oscillation Index (SOI_SR3) als Prädiktoren für das Vorhersagemodell. Für das statistische Modell der kurzen Regenzeit wurde die aktuelle SAOD-Zeitreihe (SAOD_SR0) zu den beiden Prädiktoren im Vorhersagemodell hinzugefügt. Durch die Anwendung eines MLR-Modells wird gezeigt, dass die Vorhersage 27,4 % der Gesamtvariation erklären kann und einen RMSE von 74,2 mm/Saison für eine lange Regenzeit hat, während die Vorhersage für RARIMAE 53,6% der Gesamtvariation erklärt und einen RMSE von 59,4 mm/Saison hat. Durch die Anwendung eines MLR-Modells wird gezeigt, dass die Vorhersage 22,8% der Gesamtvariation erklären kann und einen RMSE von 106,1 mm/Saison für das Vorhersagemodell für kurze Regenzeiten hat, während die Vorhersage für RARIMAE 55,1% der Gesamtvariation erklärt und a RMSE von 81,1 mm/Saison. Aus einem solchen Vergleich wurde ein signifikanter Anstieg die Erklärte Varianz und eine Abnahme der RMSE-Werte in RARIMAE-Modellen sowohl für die gemittelten Zeitreihen für kurze Regenfälle als auch für lange Regenzeiten beobachtet. In Bezug auf die Zuverlässigkeit übertraf RARIMAE seine MLR-Pendants mit besserer Effizienz und Genauigkeit. Wenn die Daten unter Autokorrelation leiden, können wir uns daher für MLR mit ARIMA-Fehler entscheiden. Der ARIMA-Fehlerteil dient mehr dazu, die Autokorrelation zu korrigieren, wodurch die Varianz und Produktivität des Modells verbessert wird. KW - Regression KW - Niederschlag KW - Telekonnektion KW - Precipitation KW - ARIMA KW - Teleconnection Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-251831 ER - TY - JOUR A1 - Appel, Alexandra A1 - Hardaker, Sina T1 - Einzelhandel als Katalysator für nachhaltige urbane Radlogistik? – WüLivery, ein Fallbeispiel aus Würzburg JF - Standort N2 - Die Covid-19-Pandemie gilt in vielen gesellschaftlichen Teilbereichen als Beschleuniger für Transformationsprozesse. Auch im Bereich der Organisation urbaner Logistik und Einzelhandelslandschaften etablieren sich neue Akteur*innen und Funktionen. Logistiker*innen integrieren lokale Onlinemarktplätze in ihre Profile und der stationäre Einzelhandel generiert Wettbewerbsfähigkeit gegenüber großen Onlinehändler*innen über die Nutzung lokaler Radlogistiknetzwerke, mittels derer Lieferungen noch am Tag der Bestellung (Same-Day-Delivery) verteilt werden können. Damit leisten die involvierten Akteur*innen potenziell auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeitstransformation im Bereich urbaner Logistiksysteme. Im Fokus steht das Fallbeispiel WüLivery, ein Kooperationsprojekt des Stadtmarketingvereins, der Wirtschaftsförderung, Radlogistiker*innen sowie Einzelhändler*innen in Würzburg, welches während des zweiten coronabedingten Lockdowns im November 2020 umgesetzt wurde. Die entstehenden Dynamiken und Organisationsformen werden auf Basis von 11 Expert*inneninterviews dargestellt und analysiert. Es kann gezeigt werden, dass städtische Akteur*innen grundlegende Mediator*innen für Transformationsprozesse darstellen und Einzelhändler*innen und lokale Onlinemarktplätze als Katalysator*innen fungieren können. Das ist auch vor dem Hintergrund planerischer und politischer Kommunikationsprozesse zur Legitimation neuer Verkehrsinfrastrukturen nutzbar, da die einzelnen Akteur*innengruppen in Austausch kommen und ein gesteigertes Bewusstsein für die jeweiligen Bedarfe entsteht. KW - lokaler Onlinemarktplatz KW - urbane Logistik KW - Nachhaltigkeitstransformation KW - letzte Meile KW - Einzelhandel Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-268437 SN - 1432-220X VL - 46 IS - 1 ER - TY - RPRT A1 - Rossi, Angelo Pio A1 - Maurelli, Francesco A1 - Unnithan, Vikram A1 - Dreger, Hendrik A1 - Mathewos, Kedus A1 - Pradhan, Nayan A1 - Corbeanu, Dan-Andrei A1 - Pozzobon, Riccardo A1 - Massironi, Matteo A1 - Ferrari, Sabrina A1 - Pernechele, Claudia A1 - Paoletti, Lorenzo A1 - Simioni, Emanuele A1 - Maurizio, Pajola A1 - Santagata, Tommaso A1 - Borrmann, Dorit A1 - Nüchter, Andreas A1 - Bredenbeck, Anton A1 - Zevering, Jasper A1 - Arzberger, Fabian A1 - Reyes Mantilla, Camilo Andrés T1 - DAEDALUS - Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lava Underground Structures BT - Open Space Innovation Platform (OSIP) Lunar Caves-System Study N2 - The DAEDALUS mission concept aims at exploring and characterising the entrance and initial part of Lunar lava tubes within a compact, tightly integrated spherical robotic device, with a complementary payload set and autonomous capabilities. The mission concept addresses specifically the identification and characterisation of potential resources for future ESA exploration, the local environment of the subsurface and its geologic and compositional structure. A sphere is ideally suited to protect sensors and scientific equipment in rough, uneven environments. It will house laser scanners, cameras and ancillary payloads. The sphere will be lowered into the skylight and will explore the entrance shaft, associated caverns and conduits. Lidar (light detection and ranging) systems produce 3D models with high spatial accuracy independent of lighting conditions and visible features. Hence this will be the primary exploration toolset within the sphere. The additional payload that can be accommodated in the robotic sphere consists of camera systems with panoramic lenses and scanners such as multi-wavelength or single-photon scanners. A moving mass will trigger movements. The tether for lowering the sphere will be used for data communication and powering the equipment during the descending phase. Furthermore, the connector tether-sphere will host a WIFI access point, such that data of the conduit can be transferred to the surface relay station. During the exploration phase, the robot will be disconnected from the cable, and will use wireless communication. Emergency autonomy software will ensure that in case of loss of communication, the robot will continue the nominal mission. T3 - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 21 KW - Lunar Caves KW - Spherical Robot KW - Lunar Exploration KW - Mapping KW - 3D Laser Scanning KW - Mond KW - Daedalus-Projekt KW - Lava Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-227911 SN - 978-3-945459-33-1 SN - 1868-7466 ER - TY - THES A1 - Krech, Martin T1 - Pedosedimentäre Archive in prähistorischen Fundplätzen in Franken T1 - Pedosedimentary archives in prehistoric sites in Franconia N2 - Pedosedimentäre Archive liefern einen wichtigen Beitrag zur Rekonstruktion der Landschaftsgeschichte. Die anthropogene Besiedlung und Nutzung der Landoberfläche seit dem Beginn des Holozäns verursacht Boden-, Vegetations- und Reliefveränderungen, welche sich durch die Verbreitung von Böden mit ihren Erosionsstadien und Kolluvien zeigen. Das Ausmaß und die Art der Bodenerosion und die damit verbundene Bildung der Kolluvien werden neben den natürlichen Faktoren wesentlich durch die Landnutzung bestimmt. Böden und Kolluvien enthalten wichtige Informationen über die ursprüngliche Landschaft, ehemalige Landnutzungsphasen und Umweltveränderungen. Die spezifischen Merkmale in Kombination mit den archäologischen Befunden ermöglichen Rückschlüsse auf vergangene Natur- und Kulturräume. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein besseres Verständnis über die Siedlungs- und Landschaftsentwicklung der untersuchten Gebiete in Franken zu erlangen. Hierfür ist es angebracht, mehrere räumlich verteilte Standorte zu untersuchen. Um den menschlichen Einfluss auf die prähistorische Landschaft besser verstehen zu können, kam ein interdisziplinärer Ansatz mit archäologischen und physisch-geographischen Methoden zur Anwendung. Die Umgebungen der einzelnen Untersuchungsstandorte wurden nach geomorphologischen Kriterien charakterisiert und ausgewählten Befunde nach bodenkundlichen Fragestellungen aufgenommen. Die Bestimmung der bodenphysikalischen und -chemischen Eigenschaften von Böden und Sedimenten erfolgte anhand repräsentativer Probenmengen. Bei ausgewählten Profilen kamen zusätzlich die Analysen zur Bestimmung der Gesamt- und Tonmineralogie sowie die Methode der 14C-Datierung für Bodensedimente, Tierknochen und Holzkohlen hinzu. Die physisch-geographischen Ergebnisse konnten anschließend mit den archäologischen Informationen ergänzt. Die drei ausgewählten Untersuchungsgebiete befinden sich im Fränkischen Schichtstufenland. Der Bullenheimer Berg wurde aufgrund seiner bedeutenden Besiedlungsgeschichte ausgewählt. Die ausgewählten Profile liegen in verschiedenen Nutzungsarealen auf dem Plateau. Die Standorte Marktbergel und Ergersheim liegen im Gebiet des Fränkischen Gipskarstes. Diese Untersuchungen sind ein Teil des DFG-geförderten Projektes „Prähistorische Mensch-Umwelt-Beziehungen im Gipskarst der Windsheimer Bucht, Nordbayern. Dolinen als Archive für Siedlungs- und Landschaftsentwicklung.“ Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass der anthropogene Einfluss zu einer deutlichen Veränderung in der Landschaft führte. Für die Untersuchungsräume zeichnet sich eine lange Nutzungsgeschichte seit dem Beginn des Holozäns ab. Durch die Auswertung der Geländebefunde und der labortechnisch erzeugten Kennwerte konnten die untersuchten Profile in mehrere Phasen gegliedert werden. Es zeigten sich Stabilitätsphasen in denen Bodenbildung stattfinden konnte, aber auch geomorphodynamisch aktive Phasen der Erosion und Akkumulation von Bodensedimenten. N2 - Pedosedimentary archives make an important contribution to the reconstruction of landscape history. Since the beginning of the Holocene settlements and land use activities led to significant modifications of relief and soils. The extent and type of soil erosion and the associated formation of colluvials are essentially determined not only by natural factors but also by land use. Thus soils and colluvial contain important information about the original landscape, former land use phases and environmental changes. The specific features in combination with the archaeological findings allow for conclusions about past natural and cultural areas. The present work applied an interdisciplinary approach with archaeological and physical-geographical methods to analyse the settlement and landscape development of the investigated areas in Franconia. Therefor three study areas were selected in the Keuper landscape of Franconia: (1) the Bullenheimer Berg was chosen because of its important settlement history, with profiles located in different areas on its plateau. The locations (2) Marktbergel-West II and (3) Ergersheim are located in the area of the Franconian gypsum karst. The results show that the anthropogenic influence led to a significant change in the landscape. For the study areas a long history of human use can be proven since the beginning of the Holocene. KW - Pedostratigraphie KW - Fundplätze KW - Fundstätten KW - Franken KW - pedosedimentäre Archive KW - Geoarchäologie KW - Boden- und Landschaftswandel KW - Landschaftsrekonstruktion Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163682 ER - TY - JOUR A1 - Kleemann, Janina A1 - Zamora, Camilo A1 - Villacis-Chiluisa, Alexandra Belen A1 - Cuenca, Pablo A1 - Koo, Hongmi A1 - Noh, Jin Kyoung A1 - Fürst, Christine A1 - Thiel, Michael T1 - Deforestation in continental Ecuador with a focus on protected areas JF - Land N2 - Forest conservation is of particular concern in tropical regions where a large refuge of biodiversity is still existing. These areas are threatened by deforestation, forest degradation and fragmentation. Especially, pressures of anthropogenic activities adjacent to these areas significantly influence conservation effectiveness. Ecuador was chosen as study area since it is a globally relevant center of forest ecosystems and biodiversity. We identified hotspots of deforestation on the national level of continental Ecuador between 1990 and 2018, analyzed the most significant drivers of deforestation on national and biome level (the Coast, the Andes, The Amazon) as well as inside protected areas in Ecuador by using multiple regression analysis. We separated the national system of protected areas (SNAP) into higher and lower protection levels. Besides SNAP, we also considered Biosphere Reserves (BRs) and Ramsar sites. In addition, we investigated the rates and spatial patterns of deforestation in protected areas and buffer zones (5 km and 10 km outwards the protected area boundaries) using landscape metrics. Between 1990 and 2018, approximately 4% of the accumulated deforestation occurred within the boundaries of SNAP, and up to 25.5% in buffer zones. The highest rates of deforestation have been found in the 5 km buffer zone around the protected areas with the highest protection level. Protected areas and their buffer zones with higher protection status were identified as the most deforested areas among SNAP. BRs had the highest deforestation rates among all protected areas but most of these areas just became BRs after the year 2000. The most important driver of deforestation is agriculture. Other relevant drivers differ between the biomes. The results suggest that the SNAP is generally effective to prevent deforestation within their protection boundaries. However, deforestation around protected areas can undermine conservation strategies to sustain biodiversity. Actions to address such dynamics and patterns of deforestation and forest fragmentation, and developing conservation strategies of their landscape context are urgently needed especially in the buffer zones of areas with the highest protection status. KW - conservation KW - driving forces KW - forest KW - loss KW - human pressure KW - land use change KW - landscape metrics KW - protection status KW - spatial analysis Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262078 SN - 2073-445X VL - 11 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Saddique, Naeem A1 - Usman, Muhammad A1 - Bernhofer, Christian T1 - Simulating the impact of climate change on the hydrological regimes of a sparsely gauged mountainous basin, northern Pakistan JF - Water N2 - Projected climate changes for the 21st century may cause great uncertainties on the hydrology of a river basin. This study explored the impacts of climate change on the water balance and hydrological regime of the Jhelum River Basin using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Two downscaling methods (SDSM, Statistical Downscaling Model and LARS-WG, Long Ashton Research Station Weather Generator), three Global Circulation Models (GCMs), and two representative concentration pathways (RCP4.5 and RCP8.5) for three future periods (2030s, 2050s, and 2090s) were used to assess the climate change impacts on flow regimes. The results exhibited that both downscaling methods suggested an increase in annual streamflow over the river basin. There is generally an increasing trend of winter and autumn discharge, whereas it is complicated for summer and spring to conclude if the trend is increasing or decreasing depending on the downscaling methods. Therefore, the uncertainty associated with the downscaling of climate simulation needs to consider, for the best estimate, the impact of climate change, with its uncertainty, on a particular basin. The study also resulted that water yield and evapotranspiration in the eastern part of the basin (sub-basins at high elevation) would be most affected by climate change. The outcomes of this study would be useful for providing guidance in water management and planning for the river basin under climate change. KW - water balance KW - hydrological regime KW - evapotranspiration KW - uncertainties KW - climate change KW - SWAT Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193175 SN - 2073-4441 VL - 11 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Dirscherl, Mariel A1 - Dietz, Andreas J. A1 - Kneisel, Christof A1 - Kuenzer, Claudia T1 - A novel method for automated supraglacial lake mapping in Antarctica using Sentinel-1 SAR imagery and deep learning JF - Remote Sensing N2 - Supraglacial meltwater accumulation on ice sheets can be a main driver for accelerated ice discharge, mass loss, and global sea-level-rise. With further increasing surface air temperatures, meltwater-induced hydrofracturing, basal sliding, or surface thinning will cumulate and most likely trigger unprecedented ice mass loss on the Greenland and Antarctic ice sheets. While the Greenland surface hydrological network as well as its impacts on ice dynamics and mass balance has been studied in much detail, Antarctic supraglacial lakes remain understudied with a circum-Antarctic record of their spatio-temporal development entirely lacking. This study provides the first automated supraglacial lake extent mapping method using Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) imagery over Antarctica and complements the developed optical Sentinel-2 supraglacial lake detection algorithm presented in our companion paper. In detail, we propose the use of a modified U-Net for semantic segmentation of supraglacial lakes in single-polarized Sentinel-1 imagery. The convolutional neural network (CNN) is implemented with residual connections for optimized performance as well as an Atrous Spatial Pyramid Pooling (ASPP) module for multiscale feature extraction. The algorithm is trained on 21,200 Sentinel-1 image patches and evaluated in ten spatially or temporally independent test acquisitions. In addition, George VI Ice Shelf is analyzed for intra-annual lake dynamics throughout austral summer 2019/2020 and a decision-level fused Sentinel-1 and Sentinel-2 maximum lake extent mapping product is presented for January 2020 revealing a more complete supraglacial lake coverage (~770 km\(^2\)) than the individual single-sensor products. Classification results confirm the reliability of the proposed workflow with an average Kappa coefficient of 0.925 and a F\(_1\)-score of 93.0% for the supraglacial water class across all test regions. Furthermore, the algorithm is applied in an additional test region covering supraglacial lakes on the Greenland ice sheet which further highlights the potential for spatio-temporal transferability. Future work involves the integration of more training data as well as intra-annual analyses of supraglacial lake occurrence across the whole continent and with focus on supraglacial lake development throughout a summer melt season and into Antarctic winter. KW - Antarctica KW - Antarctic ice sheet KW - supraglacial lakes KW - ice sheet hydrology KW - Sentinel-1 KW - remote sensing KW - machine learning KW - deep learning KW - semantic segmentation KW - convolutional neural network Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222998 SN - 2072-4292 VL - 13 IS - 2 ER - TY - THES A1 - Höhn, Stefan T1 - Geologischer Rahmen und Genese der Kupferberger Cu-Zn-Lagerstätte T1 - Geology, geochemistry and genesis of the Cu-Zn deposit at Kupferberg N2 - Bei der Cu-Zn-Lagerstätte bei Kupferberg, 10 km nordöstlich von Kulmbach, handelt es sich um Bayerns größten, historischen Buntmetallabbau. Der etwa 4 km lange Zug einzelner, stratiformer Erzlinsen befindet sich im Nordwesten in der parautochthonen Randschiefer Formation und im Südosten in der Prasinit-Phyllit Formation, die ein Teil der allochthonen Münchberger Gneismasse ist. Bisherige Versuche, die Genese der Lagerstätte zu erklären, scheiterten daran, den versatzlosen Übertritt einer stratiformen Lagerstätte über eine regional bedeutende Störungszone zu erklären. U-Pb Zirkondatierungen an mafischen und felsischen Vulkaniten im Umfeld der Lagerstätte bestätigten das Bild eines kambrisch-ordovizischen Extensionsvulkanismus. Das Fehlen von N-MORB-ähnlichen geochemischen Signaturen in den untersuchten Proben der gesamten südwestlichen, saxothuringischen Vogtland Synklinale deutet auf eine gescheiterte Riftbildung am Nordrand Gondwanas hin und setzt somit den geotektonischen Rahmen für die Ablagerung der Wirtsformation(en). Die Cu-Zn-Vererzung selbst liegt hier im Wesentlichen als Vergesellschaftung von Pyrit, Chalkopyrit, Sphalerit, Quarz und Kalzit in kohlenstoffreichem Tonschiefer vor. Die verschiedenen Untersuchungen an den beiden Erzlinsen zeigten, dass in der „St. Veits“ Erzlinse eine syngenetische Pyrit-Anreicherung mit charakteristisch niedrigen Co/Ni-Verhältnissen (ø = 3,7) vorliegt. Darüber hinaus konnte dort noch mindestens eine hydrothermale Pyrit-Generation (Co/Ni-Verhältnis ca. 35) nachgewiesen werden, die nur dort auftritt, wo auch Chalkopyrit angereichert ist und deutlich höhere Co/Ni-Verhältnisse aufweist (ø = 35). Die Ermittlung der Cu-Isotopenverhältnisse des Chalkopyrits zeigte ein δ65Cu-Spektrum von -0,26 bis 0,36 ‰, was stark für eine hydrothermale Anreicherung unter hohen (>250 °C) Temperaturbedingungen spricht. Während sich die Erzlinsen in der Randschiefer und Prasinit-Phyllit Formation hinsichtlich ihrer Sulfid-Mineralogie so ähnlich sind, dass sie bisher immer als eine Lagerstätte angesprochen wurden, erbrachte ein statistischer Vergleich der beiden δ34S-Datensätze, dass es sich hier nur mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 2 % um Stichproben der gleichen Grundgesamtheit handelt. Entsprechend liegen innerhalb der Kupferberger Lagerstätte zwei unterschiedliche Schichten, reich an syngenetischem Pyrit, vor. Die Tatsache, dass das δ34S-Spektrum potentieller Schwefelquellen für die hydrothermale Chalkopyrit-Mineralisation theoretisch sehr groß, de facto aber mit dem δ34S-Spektrum der syngenetischen Sulfidanreicherung fast identisch ist (δ34S = 3,2 ± 0,6 ‰ bzw. δ34S = 3,1 ± 0,9 ‰), spricht für eine schichtinterne Sulfidmobilisierung. Aus den hier erbrachten Ergebnissen wird ein genetisches Modell für die Kupferberger Lagerstätte geschlussfolgert, in dem jeweils eine der zahlreichen sedimentären, Pyrit-reichen Schichten aus der Randschiefer und der Prasinit-Phyllit Formation bei der Überschiebung der Münchberger Gneismasse tektonisch in Kontakt gebracht wurden. Im Zuge eben dieser Raumnahme der allochthonen Masse wurden Teile der Randschiefer Formation unter Grünschiefer-fazielle Bedingungen gebracht. Dabei kam es sowohl zur Freisetzung von Buntmetallen, die vorher zum Großteil in Pyrit gebunden waren, als auch zur Entwässerung der umliegenden Tonschiefer. Durch die überlagernden, impermeablen metamorphen Decken wurde das entstandene metallreiche Fluid an der Überschiebungsbahn kanalisiert. Durch den Druckabfall in der Spröde-Duktil-Übergangszone kam es zum Sieden des aufsteigenden Fluids, was zur Ausfällung der Sulfide führte. Die Bildung bedeutender Erzlinsen erfolgte vor allem dort, wo das übersättigte Fluid auf Pyrit-reiche Schwarzschiefer bzw. Phyllite traf. Da die Abbauwürdigkeit dieser Erzlinsen im Wesentlichen auf die epigenetische Überprägung im Zuge der Deckenüberschiebung zurückzuführen ist, handelt es sich bei der Kupferberger Cu-Zn-Vererzung um eines der seltenen Beispiele für eine tatsächliche metamorphogene bzw. syntektonische Buntmetalllagerstätte. N2 - Kupferberg is located c. 10 km in the east of Kulmbach in Upper Franconia (northeastern Bavaria). The stratiform Cu-Zn deposit represents Bavaria´s largest base metal deposit, for which up to now no decent genetic model existed. In the northeast, the c. 4 km long string of separate, stratiform ore lenses is part of the parautochthonous Randschiefer Formation and in the southeast, it is hosted by the high-grade, allochthonous Münchberg metamorphic complex. None of the previous investigations were able to explain, why this stratiform ore deposit cross-cuts on of the region´s major fault zones without any offset. The ore itself has a remarkably simple mineralogy, it consists mainly of pyrite with variable amounts of chalcopyrite and sphalerite, accompanied by quartz and calcite. Various investigations (among others U-Pb zircon dating, Cu- and S-isotopic analyses) revealed a two-stage genetic model for the Kupferberg Cu-Zn deposit: A syngenetic pyrite-enrichment and a hydrothermal sulfide-enrichment. The latter was the product of a syn-orogenic fluid-expulsion from beneath the Münchberg metamorphic complex, which makes Kupferberg a syntectonic, metamorphogenic base metal deposit. KW - Lagerstätte KW - Saxothuringikum KW - Kupferberg KW - Kupfer KW - Variszische Gebirgsbildung KW - Variszische Orogenese KW - Metamorphogen Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155759 ER - TY - JOUR A1 - Ottinger, Marco A1 - Bachofer, Felix A1 - Huth, Juliane A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Mapping aquaculture ponds for the coastal zone of Asia with Sentinel-1 and Sentinel-2 time series JF - Remote Sensing N2 - Asia dominates the world's aquaculture sector, generating almost 90 percent of its total annual global production. Fish, shrimp, and mollusks are mainly farmed in land-based pond aquaculture systems and serve as a primary protein source for millions of people. The total production and area occupied for pond aquaculture has expanded rapidly in coastal regions in Asia since the early 1990s. The growth of aquaculture was mainly boosted by an increasing demand for fish and seafood from a growing world population. The aquaculture sector generates income and employment, contributes to food security, and has become a billion-dollar industry with high socio-economic value, but has also led to severe environmental degradation. In this regard, geospatial information on aquaculture can support the management of this growing food sector for the sustainable development of coastal ecosystems, resources, and human health. With free and open access to the rapidly growing volume of data from the Copernicus Sentinel missions as well as machine learning algorithms and cloud computing services, we extracted coastal aquaculture at a continental scale. We present a multi-sensor approach that utilizes Earth observation time series data for the mapping of pond aquaculture within the entire Asian coastal zone, defined as the onshore area up to 200 km from the coastline. In this research, we developed an object-based framework to detect and extract aquaculture at a single-pond level based on temporal features derived from high-spatial-resolution SAR and optical satellite data acquired from the Sentinel-1 and Sentinel-2 satellites. In a second step, we performed spatial and statistical data analyses of the Earth-observation-derived aquaculture dataset to investigate spatial distribution and identify production hotspots at various administrative units at regional, national, and sub-national scale. KW - aquaculture KW - Asia KW - Earth observation KW - ponds KW - coastal zone KW - Sentinel-1 KW - SAR KW - time series Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-252207 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Nwaila, Tsundukani Glen T1 - Geochemistry of Palaeoarchaean to Palaeoproterozoic Kaapvaal Craton marine shales: Implications for sediment provenance and siderophile elements endowment T1 - Geochemie paläoarchaischer bis paläoproterozoischer mariner Tonschiefer des Kaapvaal Kratons: Hinweise auf Sediment Provenienz und Anreicherung an siderophilen Elementen N2 - The Kaapvaal Craton hosts a number of large gold deposits (e.g. Witwatersrand Supergroup) which mining companies have exploited at certain stratigraphic positions. It also hosts the largest platinum group element (PGE) deposits (e.g. Bushveld Igneous Complex) which mining companies have exploited in different mineralised layered magmatic zones. In spite of the extensive exploration history in the Kaapvaal Craton, the origin of the Witwatersrand gold deposits and Bushveld Igneous Complex PGE deposits has remained one of the most debated topics in economic geology. The goal of this study was to identify the geochemical characteristics of marine shales in the Barberton, Witwatersrand, and Transvaal supergroups in South Africa in order to make inferences on their sediment provenance and siderophile element endowments. Understanding why some of the Archaean and Proterozoic hinterlands are heavily mineralised, compared to others with similar geological characteristics, will aid in the development of more efficient exploration models. Fresh, unmineralised marine shales from the Barberton (Fig Tree and Moodies groups), Witwatersrand (West Rand and Central Rand groups), and Transvaal (Black Reef Formation and Pretoria Group) supergroups were sampled from drill core and underground mining exposures. Analytical methods, such as X-ray powder diffraction (XRD), optical microscopy, X-ray fluorescence (XRF), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), and electron microprobe analysis (EMPA) were applied to comprehensively characterise the shales. All of the Au and PGE assays examined the newly collected shale samples. The Barberton Supergroup shales consist mainly of quartz, illite, chlorite, and albite, with diverse heavy minerals, including sulfides and oxides, representing the minor constituents. The regionally persistent Witwatersrand Supergroup shales consist mainly of quartz, muscovite, and chlorite, and also contain minor constituents of sulfides and oxides. The Transvaal Supergroup shales comprise quartz, chlorite, and carbonaceous material. Major, trace (including rare-earth element) concentrations were determined for shales from the above supergroups to constrain their source and post-depositional evolution. Chemical variations were observed in all the studied marine shales. Results obtained from this study revealed that post-depositional modification of shale chemistry was significant only near contacts with over- and underlying coarser-grained siliciclastic rocks and along cross-cutting faults, veins, and dykes. Away from such zones, the shale composition remained largely unaltered and can be used to draw inferences concerning sediment provenance and palaeoweathering in the source region and/or on intrabasinal erosion surfaces. Evaluation of weathering profiles through sections of the studied supergroups revealed that the shales therein are characterised by high chemical index of alteration (CIA), chemical index of weathering (CIW), and index of compositional variability (ICV), suggesting that the source area was lithologically complex and subject to intense chemical weathering. A progressive change in the chemical composition was identified, from a dominant ultramafic–mafic source for the Fig Tree Group to a progressively felsic–plutonic provenance for the Moodies Group. The West Rand Group of the Witwatersrand Supergroup shows a dominance of tonalite–trondhjemite–granodiorite and calcalkaline granite sources. Compositional profiles through the only major marine shale unit within the Central Rand Group indicate the progressive unroofing of a granitic source in an otherwise greenstone-dominated hinterland during the course of sedimentation. No plausible likely tectonic setting was obtained through geochemical modelling. However, the combination of the systematic shale chemistry, geochronology, and sedimentology in the Witwatersrand Supergroup supports the hypothesised passive margin setting for the >2.98 to 2.91 Ga West Rand Group, and an active continental margin source for the overlying >2.90 to 2.78 Ga Central Rand Group, along with a foreland basin setting for the latter. Ultra-low detection limit analyses of gold and PGE concentrations revealed a variable degree of gold accumulation within pristine unmineralised shales. All the studied shales contain elevated gold and PGE contents relative to the upper continental crust, with marine shales from the Central Rand Group showing the highest Au (±9.85 ppb) enrichment. Based on this variation in the provenance of contemporaneous sediments in different parts of the Kaapvaal Craton, one can infer that the siderophile elements were sourced from a fertile hinterland, but concentrated into the marine shales by a combination of different processes. It is proposed that accumulation of siderophile elements in the studied marine shales was mainly controlled by mechanical coagulation and aggregation. These processes involved suspended sediments, fine gold particles, and other trace elements being trapped in marine environments. Mechanical coagulation and aggregation resulted in gold enrichments by 2–3 orders of magnitude, whereas some of the gold in these marine shales can be reconciled by seawater adsorption into sedimentary pyrite. For the source of gold and PGEs in the studied marine shales in the Kaapvaal Craton, a genetic model is proposed that involves the following: (1) A highly siderophile elements enriched upper mantle domain, herein referred to as “geochemically anomalous mantle domain”, from which the Kaapvaal crust was sourced. This mantle domain enriched in highly siderophile elements was formed either by inhomogeneous mixing with cosmic material that was added during intense meteorite bombardment of the Hadaean to Palaeoarchaean Earth or by plume-like ascent of relics from the core–mantle boundary. In both cases, elevated siderophile elements concentrations would be expected. The geochemically anomalous mantle domain is likely the ultimate source of the Witwatersrand modified palaeoplacer gold deposits and was tapped again ca. 2.054 Ga during the emplacement of the Bushveld Igneous Complex. Therefore, I propose that there is a genetic link (i.e. common geochemically anomalous mantle source) between the Witwatersrand gold deposits and the younger Bushveld Igneous Complex PGE deposits. (2) Scavenging of crustal gold by various surface processes such as trapping of gold from Archaean/Palaeoproterozoic river water on the surface of local photosynthesizing cyanobacterial or microbial mats, and reworking of these mats into erosion channels during flooding events. The above two models complement each other, with model (1) providing a common geological source for the Witwatersrand gold and Bushveld Igneous Complex PGE deposits, and model (2) explaining the processes responsible for Witwatersrand-type gold pre-concentration processes. In sequences such as the Transvaal Supergroup, a less fertile hinterland and/or less reworking of older sediments led to a correspondingly lower gold endowment. These findings indicate temporal distribution of siderophile elements in the upper crust (e.g. marine shales). The overall implications of these findings are that background concentrations of gold and PGEs can be used to target potential exploration areas in other cratons of similar age. This increases the likelihood of finding other Witwatersrand-type gold or Bushveld Igneous Complex-type PGE deposits in other cratons. N2 - Der Kaapvaal Kraton beherbergt eine Vielzahl großer Goldlagerstätten (vor allem in der Witwatersrand Hauptgruppe), die von Bergbaugesellschaften in ihrer jeweiligen stratigraphischen Position abgebaut werden. Im diesem Kraton liegen auch die größten Lagerstätten für Platingruppenelemente (vornehmlich im Bushveld Komplex), die aus diversen magmatischen Intrusionskörpern gewonnen werden. Trotz der intensiven und langen Explorationsgeschichte im Bereich des Kaapvaal Kratons ist die Herkunft des Goldes in den Witwatersrand Lagerstätten und die der Platingruppenelemente in den Lagerstätten des Bushveld-Komplex noch ungeklärt und Gegenstand aktueller Diskussionen. Ziel der Arbeit war die geochemische Charakterisierung von Tonschiefern in den Barberton-, Witwatersrand und Transvaal-Hauptgruppen, um Aussagen über deren Provenienz zu treffen und die Gehalte an siderophilen Elementen darin zu ermitteln. Ein verbessertes Verständnis, warum manche archaischen und proterozoischen Einheiten stark mineralisiert sind und andere nicht, sollte bei der Planung zukünftiger Explorationsprojekte dienlich sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden unalterierte und nicht mineralisierte Proben mariner Tonschiefer aus der Barberton Hauptgruppe (Fig Tree und Moodies Gruppen), der Witwatersrand Hauptgruppe (West Rand und Central Rand Gruppen) und der Transvaal Hauptgruppe (Black Reef Formation und Pretoria Gruppe) aus Untertage Bergbau-Bereichen sowie aus Bohrkernen genommen. Zur Charakterisierung der Tonschiefer kamen verschiedene Methoden zum Einsatz, darunter die Pulverdiffraktometrie (XRD), Durchlichtmikroskopie, Röntgenfluoreszenz (XRF), Optische Emissionsspektroskopie (ICP-OES), Laserablationsmassenspektrometrie (ICP-MS) und Elektronenstrahlmikrosonde (EMPA), sowie Bestimmung der Gold und Platingruppen-Elementkonzentrationen mittels Graphitrohr-AAS nach Voranreicherung mit der Nickelsulfid-Dokimasie. Die untersuchten Tonschiefer verhielten sich seit ihrer Ablagerung als größtenteils geschlossene Systeme. Nur entlang der Kontakte mit unter- und überlagernden grobkörnigeren Metasedimentgesteinen sowie entlang durchkreuzender Störungen, Quarzadern und Gängen konnte lokal nennenswerte Alteration festgestellt werden. Solche Zonen wurden explizit von der Provenienz-Analyse ausgenommen. Systematische Unterschiede in der primären chemischen Zusammensetzung einzelner Tonschiefer-Abfolgen belegen unterschiedliche Sedimentquellen. So wurde in der Barberton Hauptgruppe der Sedimenteintrag der Fig Tree-Gruppe von einer ultramafisch-mafischen Quelle dominiert, während in der Moodies-Gruppe felsische Quellen eine zunehmende Rolle spielten. In der Witwatersrand Hauptgruppe wurde eine Dominanz von Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit sowie kalkalkaline Granite im Liefergebiet der West Rand Gruppe festgestellt, während in der Central Rand Gruppe anfänglich mafisch-ultramafische Gesteine im Sedimentliefergebiet vorherrschten, im Lauf der Zeit aber granitische Gesteine mehr und mehr durch Erosion im Hinterland freigelegt worden waren. Die Geochemie der Witwatersrand Tonschiefer unterstützt die Hypothese, dass die Sedimente der West Rand Gruppe an einem passiven Kontinentalrand abgelagert wurden, jene der Central Rand Gruppe in einem Vorlandbecken. Alle untersuchten archaischen Tonschiefer zeigen, verglichen mit dem Durchschnitt der oberen Erdkruste, deutlich erhöhte Gehalte an Gold und Platingruppenelementen, wobei die marinen Tonschiefer aus der Central Rand Gruppe mit durchschnittlich 9,85 ppm Au die höchsten Konzentrationen aufweisen. Die Gehalte an siderophilen Elementen in der palaeoproterozoischen Transvaal Hauptgruppe nähern sich hingegen typischen kontinentalen Krustenwerten an. Der verstärkte Eintrag von Au und PGE in die archaischen marinen tonigen Sedimente wird durch mechanische Koagulation und Aggregation erklärte, wobei feinstkörnige Goldpartikel im suspendierten Sediment weit ins Meer transportiert worden sind. Adsorption von Au aus Meerwasser an syn-sedimentärem Pyrit spielte auch eine Rolle, aber keine ausschlaggebende. Für die Quelle des Goldes und der Platingruppenelemente in den untersuchten Tonschiefern wurde folgendes genetisches Modell entwickelt. (1) Es wird angenommen, dass sich die Kaapvaal-Kruste aus einem Mantelreservoir differenzierte, welches an siderophilen Elementen angereichert war. Diese Anreicherung könnte entweder das Produkt eines nicht vollständig homogenisierten Eintrags kosmischen Materials sein, welches im Hadaikum oder im Paläoarchaikum durch intensives Meteoritenbombardement eingebracht wurde, oder durch den Aufstieg eines Manteldiapirs aus dem Bereich der Kern-Mantel-Grenze. (2) Tiefgründige Verwitterung unter anoxischen Bedingungen ermögliche die Freisetzung großer Mengen von Au, welches in gelöster Form über Oberflächenwässer in den archaischen Ozean transportiert wurde. Hinweise auf solch intensive Verwitterung liefern die geochemischen Daten der hier untersuchten Tonschiefern, insbesondere hohe chemische Alterationsindizes. Fixierung dieses Goldes durch verschiedene Oberflächenprozesse, wie Filterung aus archaischen/paläoproterozoischen Flüssen durch Photosynthese-betreibende Bakterienrasen führte vor allem im Mesoarchaikum in Zeiten der Sedimentation der Central Rand Gruppe zu lokal extremen Goldanreicherungen, die in der Folge durch Erosion und mechanischen Transport großteils weiter umgelagert wurden. Punkt 1 könnte eventuell die räumliche Nähe der weltweit größten bekannten Goldanomalie im Witwatersrand Becken und der größten PGE-Anomalie im Bushveld Komplex erklären. In wie weit die erhöhten Hintergrundkonzentrationen von Gold und Platingruppenelementen im Kaapvaal Kraton einzigartig sind, gilt es in zukünftigen Studien dieser Art auch an marinen Tonschiefern aus dem Archaikum in anderen Kratonen zu testen. KW - Gold KW - Gold KW - Platinmetalle KW - Tonschiefer KW - Kaapvaal Kraton KW - PGE KW - Shale KW - Kaapvaal Craton KW - Witwatersrand Supergroup KW - Barberton Supergroup KW - Transvaal Supergroup KW - Archean KW - Archaikum KW - Platingruppenmetalle Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155326 ER - TY - THES A1 - Ziegler, Katrin T1 - Implementierung von verbesserten Landoberflächenparametern und -prozessen in das hochaufgelöste Klimamodell REMO T1 - Implementation of improved land surface parameters and processes for the high-resolution climate model REMO N2 - Das Ziel dieser Arbeit war neue Eingangsdaten für die Landoberflächenbeschreibung des regionalen Klimamodells REMO zu finden und ins Modell zu integrieren, um die Vorhersagequalität des Modells zu verbessern. Die neuen Daten wurden so in das Modell eingebaut, dass die bisherigen Daten weiterhin als Option verfügbar sind. Dadurch kann überprüft werden, ob und in welchem Umfang sich die von jedem Klimamodell benötigten Rahmendaten auf Modellergebnisse auswirken. Im Zuge der Arbeit wurden viele unterschiedliche Daten und Methoden zur Generierung neuer Parameter miteinander verglichen, denn neben dem Ersetzen der konstanten Eingangswerte für verschiedene Oberflächenparameter und den damit verbundenen Änderungen wurden als zusätzliche Verbesserung auch Veränderungen an der Parametrisierung des Bodens speziell in Hinblick auf die Bodentemperaturen in REMO vorgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die durch die verschiedenen Änderungen ausgelösten Auswirkungen für das CORDEX-Gebiet EUR-44 mit einer Auflösung von ca. 50km und für das in dem darin eingebetteten neu definierten Deutschlandgebiet GER-11 mit einer Auflösung von ca. 12km getestet sowie alle Änderungen anhand von verschiedenen Beobachtungsdatensätzen validiert. Die vorgenommenen Arbeiten gliederten sich in drei Hauptteile. Der erste Teil bestand in dem vom eigentlichen Klimamodell unabhängigen Vergleich der verschiedenen Eingangsdaten auf unterschiedlichen Auflösungen und deren Performanz in allen Teilen der Erde, wobei ein besonderer Fokus auf der Qualität in den späteren Modellgebieten lag. Unter Berücksichtigung der Faktoren, wie einer globalen Verfügbarkeit der Daten, einer verbesserten räumlichen Auflösung und einer kostenlosen Nutzung der Daten sowie verschiedener Validationsergebnissen von anderen Studien, wurden in dieser Arbeit vier neue Topographiedatensätze (SRTM, ALOS, TANDEM und ASTER) und drei neue Bodendatensätze (FAOn, Soilgrid und HWSD) für die Verwendung im Präprozess von REMO aufbereitet und miteinander sowie mit den bisher in REMO verwendeten Daten verglichen. Auf Grundlage dieser Vergleichsstudien schieden bei den Topographiedaten die verwendeten Datensatz-Versionen von SRTM, ALOS und TANDEM für die in dieser Arbeit durchgeführten REMO-Läufe aus. Bei den neuen Bodendatensätzen wurde ausgenutzt, dass diese verschiedenen Bodeneigenschaften für unterschiedliche Tiefen als Karten zur Verfügung stellen. In REMO wurden bisher alle benötigten Bodenparameter abhängig von fünf verschiedenen Bodentexturklassen und einer zusätzlichen Torfklasse ausgewiesen und als konstant über die gesamte Modellbodensäule (bis ca. 10m) angenommen. Im zweiten Teil wurden auf Basis der im ersten Teil ausgewählten neuen Datensätze und den neu verfügbaren Bodenvariablen verschiedene Sensitivitätsstudien über das Beispieljahr 2000 durchgeführt. Dabei wurden verschiedene neue Parametrisierungen für die bisher aus der Textur abgeleiteten Bodenvariablen und die Parametrisierung von weiteren hydrologischen und thermalen Bodeneigenschaften verglichen. Ferner wurde aufgrund der neuen nicht über die Tiefe konstanten Bodeneigenschaften eine neue numerische Methode zur Berechnung der Bodentemperaturen der fünf Schichten in REMO getestet, welche wiederum andere Anpassungen erforderte. Der Test und die Auswahl der verschiedenen Datensatz- und Parametrisierungsversionen auf die Modellperformanz wurde in drei Experimentpläne unterteilt. Im ersten Plan wurden die Auswirkungen der ausgewählten Topographie- und Bodendatensätze überprüft. Der zweite Plan behandelte die Unterschiede der verschiedenen Parametrisierungsarten der Bodenvariablen hinsichtlich der verwendeten Variablen zur Berechnung der Bodeneigenschaften, der über die Tiefe variablen oder konstanten Eigenschaften und der verwendeten Berechnungsmethode der Bodentemperaturänderungen. Durch die Erkenntnisse aus diesen beiden Experimentplänen, die für beide Untersuchungsgebiete durchgeführt wurden, ergaben sich im dritten Plan weitere Parametrisierungsänderungen. Alle Änderungen dieses dritten Experimentplans wurden sukzessiv getestet, sodass der paarweise Vergleich von zwei aufeinanderfolgenden Modellläufen die Auswirkungen der Neuerung im jeweils zweiten Lauf widerspiegelt. Der letzte Teil der Arbeit bestand aus der Analyse von fünf längeren Modellläufen (2000-2018), die zur Überprüfung der Ergebnisse aus den Sensitivitätsstudien sowie zur Einschätzung der Performanz in weiteren teilweise extremen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wurden. Hierfür wurden die bisherige Modellversion von REMO (id01) für die beiden Untersuchungsgebiete EUR-44 und GER-11 als Referenzläufe, zwei aufgrund der Vergleichsergebnisse von Experimentplan 3 selektierte Modellversionen (id06 und id15a für GER-11) sowie die finale Version (id18a für GER-11), die alle vorgenommenen Änderungen dieser Arbeit enthält, ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass sowohl die neuen Topographiedaten als auch die neuen Bodendaten große Differenzen zu den bisherigen Daten in REMO haben. Zudem änderten sich die von diesen konstanten Eingangsdaten abgeleiteten Hilfsvariablen je nach verwendeter Parametrisierung sehr deutlich. Dies war besonders gut anhand der Bodenparameter zu erkennen. Sowohl die räumliche Verteilung als auch der Wertebereich der verschiedenen Modellversionen unterschieden sich stark. Eine Einschätzung der Qualität der resultierenden Parameter wurde jedoch dadurch erschwert, dass auch die verschiedenen zur Validierung herangezogenen Bodendatensätze für diese Parameter deutlich voneinander abweichen. Die finale Modellversion id18a ähnelte trotz der umfassenden Änderungen in den meisten Variablen den Ergebnissen der bisherigen REMO-Version. Je nach zeitlicher und räumlicher Aggregation sowie unterschiedlichen Regionen und Jahreszeiten wurden leichte Verbesserungen, aber auch leichte Verschlechterungen im Vergleich zu den klimatologischen Validationsdaten festgestellt. Größere Veränderungen im Vergleich zur bisherigen Modellversion konnten in den tieferen Bodenschichten aufgezeigt werden, welche allerdings aufgrund von fehlenden Validationsdaten nicht beurteilt werden konnten. Für alle 2m-Temperaturen konnte eine tendenzielle leichte Erwärmung im Vergleich zum bisherigen Modelllauf beobachtet werden, was sich einerseits negativ auf die ohnehin durchschnittlich zu hohe Minimumtemperatur, aber andererseits positiv auf die bisher zu niedrige Maximumtemperatur des Modells in den betrachteten Gebieten auswirkte. Im Niederschlagssignal und in den 10m-Windvariablen konnten keine signifikanten Änderungen nachgewiesen werden, obwohl die neue Topographie an manchen Stellen im Modellgebiet deutlich von der bisherigen abweicht. Des Weiteren variierte das Ranking der verschiedenen Modellversionen jeweils nach dem angewendeten Qualitätsindex. Um diese Ergebnisse besser einordnen zu können, muss berücksichtigt werden, dass die neuen Daten für Modellgebiete mit 50 bzw. 12km räumlicher Auflösung und der damit verbundenen hydrostatischen Modellversion getestet wurden. Zudem sind vor allem in Fall der Topographie die bisher enthaltenen GTOPO-Daten (1km Auflösung) für die Aggregation auf diese gröbere Modellauflösung geeignet. Die bisherigen Bodendaten stoßen jedoch mit 50km Auflösung bereits an ihre Grenzen. Zusätzlich ist zu beachten, dass nicht nur die Mittelwerte dieser Daten, sondern auch deren Subgrid-Variabilität als Variablen im Modell für verschiedene Parametrisierungen verwendet werden. Daher ist es essentiell, dass die Eingangsdaten eine deutlich höhere Auflösung bereitstellen als die zur Modellierung definierte Auflösung. Für lokale Klimasimulationen mit Auflösungen im niedrigen Kilometerbereich spielen auch die Vertikalbewegungen (nicht-hydrostatische Modellversion) eine wichtige Rolle, die stark von der Topographie sowie deren horizontaler und vertikaler Änderungsrate beeinflusst werden, was die in dieser Arbeit eingebauten wesentlich höher aufgelösten Daten für die zukünftige Weiterentwicklung von REMO wertvoll machen kann. N2 - The main aim of this work was to find new input data sets for the land surface description of the regional climate model REMO and to integrate them into the model in order to improve the predictive quality of the model. The new data sets have been incorporated into the model in such a way that the previous data are still available as an option for the model run. This allows to check whether and to what extent the boundary data required by each climate model have an impact on the model results. In this study comparisons of many different data sets and methods for generating new parameters are included. In addition to replacing the constant input values for different surface parameters and the associated changes, changes were also made for the parameterization of the soil, especially with regard to the soil temperatures in REMO. The effects of different changes which were made in this study were analysed for the CORDEX region EUR-44 with a resolution of 50km and for a newly defined German area GER-11 with a resolution of 12km. All changes were validated with different observational data sets. The work process was divided into three main parts. The first part was independent of the actual climate model and included the comparison of different input data sets at different resolutions and their performance in all parts of the world. Taking into account factors such as global availability of the data, improved spatial resolution and free use of the data, as well as various validation results from other studies, four new topography data sets (SRTM, ALOS, TANDEM and ASTER) and three new soil data sets (FAOn, Soilgrid and HWSD) were processed for the usage by REMO and compared with each other and with the data sets previously used in REMO. Based on these comparative studies of the topographical data sets the SRTM, ALOS and TANDEM data set versions were excluded from the further usage in REMO in this study. For the new soil data sets the fact that they provide different soil properties for different depths as maps has been taken advantage of. In the previous REMO versions, all required soil parameters so far have been determined depending on five different soil texture classes with an additional peat class and assumed to be constant over the entire model soil column (up to approximately 10m). In the second part, several sensitivity studies were tested for the year 2000 based on the new data sets selected in the first part of the analysis and on the new available soil variables. Different new parameterizations for soil variables previously derived from the soil texture now based on the sand, clay and organic content of the soil as well as new parameterizations of further hydrological and thermal properties of soil were compared. In addition, due to the new non-constant soil properties, a new numerical method for calculating the soil temperatures of the five layers in the model was tested, which in turn necessitated further adjustments. The testing and selection of the different data sets and parameterization versions for the model according to performance was divided into three experimental plans. In the first plan, the effects of the selected topography and soil data sets were examined. The second plan dealt with the differences between the different types of parameterization of the soil variables in terms of the variables used to calculate the properties, the properties variable or constant over depth, and the method used to calculate the changes in soil temperature. The findings of these two experimental plans, which were carried out for both study areas, led to further parameterization changes in the third plan. All changes in this third experimental plan were tested successively, so the pairwise comparison of two consecutive model runs reflects the impact of the innovation in the second run. The final part of the analysis consists of five longer model runs (2000-2018), which were carried out to review the results of the sensitivity studies and to assess the performance under other, sometimes extreme, atmospheric conditions. For this purpose, the previous model version of REMO (id01) for the two study areas (EUR-44 and GER-11) served as reference runs. Two new model versions (GER-11 of id06 and id15a) were selected on the basis of the comparison results of the third experimental plan and the final version (GER-11 of id18a) which contains all changes made in this work was also chosen for a detailed analysis. Taken together the results show that both the new topography data and the new soil data differ crucially from the previous data sets in REMO. In addition, the auxiliary variables derived from these constant input data change significantly depending on the parameterization used, especially for the soil parameters. Both the spatial distribution and the range of values of the different model versions differ greatly. However, a quality assessment of the parameterization is difficult because different soil data sets used for the validation of the parameters also differ significantly. The final model version (id18a) is similar to the results of the previous REMO version in most variables, despite the extensive changes of the input data and parametrizations. Depending on temporal and spatial aggregation as well as different regions and seasons, slight improvements have been observed, but also slight deterioration compared to the climatological validation data. In the deeper soil layers larger changes could be identified compared to the previous model version, which could not be assessed due to a lack of validation data. Overall, there was also a slight warming of all 2m temperatures compared to the previous model run, which on the one hand has a negative effect on the already too high minimum temperature, but on the other hand has a positive effect on the previously too low maximum temperature of the model in the study areas. No significant changes could be detected in the precipitation signal and in the 10m wind variables, although the new topography differs significantly from the previous topography at some points in the test area. Furthermore, the ranking of the different model versions varied according to the quality index applied. To evaluate the results it has to be considered that the new data were tested for model regions with 50 and 12km spatial resolution and the associated hydrostatic model version. The so far already included data are suitable for aggregation to this coarser model resolution, especially in the case of topography (GTOPO with 1km resolution). However, the previous soil data already reach their limits with 50km resolution. In addition, it should be noted that not only the mean values of these data, but also their subgrid variability are used as variables in the model for different parameterizations. Therefore, it is essential that the input data provide a significantly higher resolution than the resolution defined for modeling. Vertical fluxes (non-hydrostatic model version) play an important role in local climate simulations with resolutions in the low kilometre range, which are strongly influenced by the topography and its horizontal and vertical change rate, which may make the much higher resolution data incorporated in this work valuable for the future development of REMO. KW - Klimamodell KW - Datenanalyse KW - Modellierung KW - Topographie KW - Klimamodellierung KW - REMO KW - Vergleich verschiedener Modellparameterisierungen KW - Bodenparameter KW - Topographiedaten KW - parametrizations Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-261285 ER - TY - THES A1 - Beck, Christoph T1 - Zirkulationsdynamische Variabilität im Bereich Nordatlantik-Europa seit 1780 N2 - In der vorliegenden Studie wurden auf der Basis langer mitteleuropäischer Zeitreihen der Temperatur und des Niederschlags sowie rekonstruierter monatlicher Bodenluftdruckfelder für den Bereich Nordatlantik-Europa Untersuchungen zur langperiodischen klimatischen und zirkulationsdynamischen Variabilität im Zeitraum 1780-1995 durchgeführt. Der im Rahmen dieser Arbeit betrachtete Zeitraum umfaßt damit neben dem 20. Jahrhundert, das durch eine zunehmende menschliche Einflußnahme auf das Globalklima gekennzeichnet ist, eine historische, bezüglich ihrer Klimacharakteristik anthropogen nahezu unbeeinflußte Periode. Vor dem Hintergrund der zeitlichen Limitierung bisheriger zirkulationsdynamischer und synoptisch-klimatologischer Forschungsarbeiten auf die letzten etwa 100 Jahre wurden folgende zentrale Zielsetzungen formuliert: - Erfassung und Darstellung der räumlich differenzierten, niederfrequenten thermischen und hygrischen Variabilität in Mitteleuropa seit 1780, auf einer möglichst umfassenden und hinsichtlich ihres klimatologischen Aussagewertes optimierten Datenbasis. - Untersuchung der korrespondierenden nordatlantisch-europäischen Zirkulationsveränderungen und ihrer Relevanz für die zeitlichen Variationen von Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa. - Analyse der zeitlichen Variabilität der Beziehungen zwischen großräumiger atmosphärischer Zirkulation und regionalem Klima auf multidekadischer Zeitskala. Ein erster wesentlicher Arbeitsschritt umfaßte die Überprüfung der Homogenität der verfügbaren - im Rahmen der Arbeit teilweise wesentlich erweiterten - mitteleuropäischen Temperatur- und Niederschlagszeitreihen (72 bzw. 62 Stationsreihen) mittels verschiedener absoluter und relativer Homogenitätstests. Für einen beträchtlichen Teil der Zeitreihen wurden signifikante Inhomogenitäten diagnostiziert, die unter Verwendung homogener Referenzreihen homogenisiert werden konnten. Um die angestrebte räumlich differenzierte Analyse der klimatischen Veränderungen seit 1780 zu ermöglichen, erfolgten - basierend auf nichthierarchischen Clusteranalysen der Matrizen der paarweisen Korrelationen zwischen allen Temperatur- bzw. Niederschlagsreihen - objektive Regionalisierungen von Temperatur und Niederschlag. Für die resultierenden acht thermischen und neun hygrischen Regionen Mitteleuropas wurden regionale Temperatur- und Niederschlagsreihen berechnet, die bezüglich ihrer langperiodischen Variabilität analysiert wurden. Im Vordergrund standen dabei die Ermittlung der zeitlichen Abfolge thermischer bzw. hygrischer Anomaliephasen seit 1780 sowie der klimatische Vergleich der sog. frühinstrumentellen Periode (1780-1860) mit einer modernen Referenzperiode (1915-1995). Als wesentliches Ergebnis konnte eine gegenüber dem Zeitraum 1780-1860 verminderte kontinentale Prägung des mitteleuropäischen Klimas - mit wärmeren, feuchteren Wintern und kühleren Sommern - in diesem Jahrhundert (1915-1995) festgestellt werden. Als Grundlage für die Analyse der korrespondierenden zirkulationsdynamischen Variabilität wurde eine automatische - hauptkomponenten- und clusteranalytische - Klassifikation rekonstruierter monatlicher nordatlantisch-europäischer Bodenluftdruckfelder erarbeitet. Ein zweiter automatischer Klassifikationsalgorithmus wurde in Anlehnung an die Großwettertypenklassifikation nach Hess/Brezowski unter besonderer Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse über Europa entwickelt. Die aus den Klassifikationsverfahren resultierenden Druckmusterklassen repräsentieren wesentliche Zustandsformen der atmosphärischen Zirkulation im nordatlantisch-europäischen Bereich. Basierend auf der Untersuchung der zeitlichen Veränderungen der Auftrittshäufigkeiten der verschiedenen Druckmusterklassen konnten die folgenden wesentlichen Aussagen zur zirkulationsdynamischen Variabilität seit 1780 formuliert werden: - Die zeitliche Entwicklung der Auftrittshäufigkeiten der einzelnen Zirkulationstypen und der daraus aggregierten Zirkulationsformen - zonal, gemischt, meridional - zeigt keine deutlichen langzeitlichen Trends, sondern ist von Schwankungen unterschiedlicher Periodenlänge und Amplitude gekennzeichnet. - Einige rezent zu beobachtende Veränderungstendenzen (beispielsweise die Zunahme der winterlichen Zonalzirkulation seit den 1970er Jahren) erscheinen bei Betrachtung des 216-jährigen Gesamtzeitraums als nicht außergewöhnliche Ereignisse im Rahmen langperiodischer (dekadischer bis säkularer) zirkulationsdynamischer Variabilität. Aus dem direkten zirkulationsdynamischen Vergleich der beiden Zeiträume 1780-1860 und 1915-1995 ergeben sich folgende saisonal differenzierte Unterschiede: - In den Wintermonaten Dezember und Januar sind in diesem Jahrhundert deutlich größere Auftrittshäufigkeiten von Zirkulationstypen mit südwestlicher bis nordwestlicher Richtungsorientierung des Isobarenverlaufs bei gleichzeitig reduzierten Häufigkeiten winterkalter meridionaler Druckmuster festzustellen. Zeitliche Veränderungen umgekehrten Vorzeichens manifestieren sich hingegen im Februar. - Bei intrasaisonal variierenden Befunden im Frühjahr überwiegt bei saisonaler Betrachtung eine Zunahme meridionaler Strömungskonfigurationen auf Kosten der zonalen und vor allem der gemischten Zirkulationsform. - Im Sommer dominiert eine Abnahme der zonalen Zirkulationsform zugunsten meridionaler Zirkulationstypen, die eine Anströmung aus dem nördlichen Richtungssektor implizieren. - Für die Herbstmonate September mit November ergeben sich in diesem Jahrhundert vor allem gesteigerte Häufigkeiten von Strömungskonfigurationen, die die Heranführung von Luftmassen aus westlichen bis nordwestlichen Richtungen bedingen. - Eine möglicherweise grundlegende Modifikation der nordatlantisch-europäischen Zirkulation in diesem Jahrhundert deutet sich bezüglich des häufigeren Wechsels zwischen stark zonal bzw. meridional geprägten Phasen - vor allem im Winter - an. Mittels eines einfachen empirischen Modellansatzes wurde anschließend analysiert, inwieweit sich die diagnostizierten klimatischen Unterschiede zwischen den beiden Zeiträumen 1780-1860 und 1915-1995 aus den festgestellten zeitlichen Veränderungen der Zirkulationsstrukturen ergeben. Es wurde deutlich, daß nur ein Teil der Temperatur- und Niederschlagsveränderungen zwischen historischem Zeitraum und diesem Jahrhundert durch differierende Auftrittshäufigkeiten witterungsklimatisch homogener Zirkulationstypen erklärt werden kann. Ein beträchtlicher Anteil der klimatischen Unterschiedlichkeiten der beiden Vergleichszeiträume ist offensichtlich auf zeitlich variierende Witterungscharakteristika der einzelnen Strömungskonfigurationen („within-type changes“ - zirkulationstypinterne Veränderungen) zurückzuführen. Das Ausmaß der typinternen klimatischen Modifikationen konnte durch die Berechnung der in den beiden Vergleichszeiträumen ausgebildeten typspezifischen mittleren Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse quantifiziert werden. Die Fraktionierung der zirkulationstypspezifischen Temperatur- bzw. Niederschlagsänderungsbeträge in einen durch variierende Auftrittshäufigkeiten bedingten sowie einen auf typinterne Veränderungen zurückzuführenden Anteil belegt, daß in allen Jahreszeiten internen klimatischen Modifikationen der Zirkulationstypen mit südwestlicher bis nordwestlicher Isobarenverlaufsrichtung eine gewichtige Rolle bei der Generierung zeitlicher Unterschiede der mitteleuropäischen Temperatur- und Niederschlagscharakteristik zukommt. Als Ursache der zirkulationstypinternen Veränderungen konnten zum einen unterschiedliche Ausgestaltungen der typspezifischen Druckmuster im historischen und im rezenten Zeitraum identifiziert werden (beispielsweise zeitlich variierende Druckgradienten bei generell übereinstimmenden Strömungskonfigurationen), zum anderen deuten sich auf der täglichen Zeitskala Veränderungen der Persistenzen einzelner Zirkulationstypen an. Diese zirkulationsdynamischen Modifikationen stellen aber nicht in allen Fällen einen hinreichenden Erklärungsansatz für die diagnostizierten „within-type changes“ dar, so daß zusätzlich andere verursachende Faktorenkomplexe in Betracht gezogen werden müssen (beispielsweise modifizierte thermische und hygrische Luftmasseneigenschaften aufgrund veränderter Energieflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre). Mit Blick auf diese Resultate wurden die Beziehungen zwischen großräumiger Zirkulation und regionalem bodennahem Klima mittels kanonischer Korrelationsanalysen monatlicher Bodenluftdruckfelder und regionaler mitteleuropäischer Temperatur- und Niederschlagszeitreihen detaillierter hinsichtlich ihrer zeitlichen Variabilität untersucht. Die wesentlichen Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - In allen Jahreszeiten zeigen sich im Zeitraum 1780-1995 ausgeprägte zeitliche Schwankungen des statistisch beschreibbaren Zusammenhangs zwischen großräumiger atmosphärischer Zirkulation und regionalem Klima (Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa). - Ein Vergleich der beiden Perioden 1780-1860 und 1915-1995 hinsichtlich der Kopplungsmechanismen zwischen Bodenluftdruckverteilung und Klima ergibt teilweise hochsignifikante Unterschiede. - Die Modellierung von Temperatur und Niederschlag in Mitteleuropa aus monatlichen Druckfeldern jeweils einem der Zeitabschnitte 1780-1860 und 1915-1995 unter Verwendung der im jeweils anderen Zeitraum etablierten statistischen Zusammenhänge erbringt nur in einem Fall (Januartemperaturen) befriedigende Übereinstimmungen zwischen den modellierten und beobachteten Klimaverhältnissen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungsergebnisse lassen die Schlußfolgerung zu, daß sich die im 20. Jahrhundert zu verzeichnenden Zirkulationsveränderungen im nordatlantisch-europäischen Sektor bislang noch in das Spektrum natürlicher zirkulationsdynamischer Variabilität einfügen. Diese Aussage stellt aber weder die wahrscheinliche Mitwirkung des anthropogen verstärkten Treibhauseffekts an den in diesem Jahrhundert beobachteten Zirkulationsdynamischen Entwicklungen im euro-atlantischen Bereich in Frage, noch kann sie als Argument für die Aufschiebung notwendiger klimapolitischer Entscheidungen oder für die verzögerte Entwicklung und Umsetzung von Handlungsstrategien zur wirksamen Reduzierung klimawirksamer Treibhausgasemissionen aufgefaßt werden. T3 - Würzburger Geographische Arbeiten - 95 KW - Europa KW - Allgemeine atmosphärische Zirkulation KW - Klimavariation KW - Atlantischer Ozean KW - Geschichte 1780-2000 KW - Atlantischer Ozean Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238451 ER - TY - THES A1 - Nghengwa Ache, Patience T1 - Waste Management As a Correlate of Environmental Sustainability in Sub-Saharan Africa: The Example of Imo State, Nigeria T1 - Abfallwirtschaft als Korrelat der ökologischen Nachhaltigkeit in Subsahara-Afrika: Das Beispiel des Bundesstaates Imo, Nigeria N2 - Summary Introduction. Rapid and uncontrolled industrialisation and urbanisation in most developing countries are resulting in land, air and water pollution at rates that the natural environment cannot fully renew. These contemporary environmental issues have attracted local, national and international attention. The problem of urban garbage management is associated with rapid population growth in developing countries. These are pertinent environmental crises of sustainability and sanitation in Sub-Saharan Africa and other Third World countries. Despite efforts of the various tiers of government (the case of Nigeria with three tiers: Federal, State and Local governments) in managing solid waste in urban centres, it is still overflowing open dumpsites, litters streets and encroaches into water bodies. These affect the quality of urban living conditions and the natural environment. Sub-Saharan and other developing countries are experiencing an upsurge in the accumulation and the diversity of waste including E-waste, waste agricultural biomass and waste plastics. The need for effective, sustainable and efficient management of waste through the application of 3Rs principle (Reduce, Reuse, and Recycle) is an essential element for promoting sustainable patterns of consumption and production. This study examined waste management in Imo State, Nigeria as an aspect correlated to the sustainability of its environment. Materials and methods. To analyse waste management as a correlate of environmental sustainability in Sub-Saharan Africa, Imo State, in eastern Nigeria was chosen as a study area. Issues about waste handling and its impact on the environment in Imo have been reported since its creation in 1976; passing through the State with the cleanest State capital in 1980 to a ‘dunghill’ in 2013 and a ‘garbage capital’ on October 1, 2016. Within this State, three study sites were selected – Owerri metropolis (the State capital) Orlu and Okigwe towns. At these sites, households, commercial areas, accommodation and recreational establishments and schools, as well as dumpsites were investigated to ascertain the composition, quantity, distribution, handling patterns of waste in relation to the sustainability of the State’s environment. This was done conveniently but randomly through questionnaires, interviews, focus group discussions and non-participant observation; these were all heralded by a detailed deskwork. Data were entered using Microsoft Office Excel and were explored and analysed using the Statistical Package for Social Sciences - SPSS. Data were made essentially of categorical variables and were analysed using descriptive statistics. The association between categorical variables was measured using Cramer’s V the Chi-Square that makes the power and the reliability of the test. Cramer’s V is a measure of association tests directly integrated with cross-tabulation. The Chi-Square test of equal proportions was used to compare proportions for significant differences at 0.05 levels. The statistical package - the Epi Info 6.04d was also used since a contingency table had to be created from several sub-outputs and determine the extent of association between the row and column categories. The scale variable ‘quantity of waste generated’ was described using measures of central tendency. It was screened for normality using the Kolmogorov-Smirnov and Shapiro-Wilk tests for normality; in all context, the normality assumption was violated (P<0.05). Five null hypotheses were tested using Logistic Regression model. The explanatory power of individual conceptual component was calculated using the Cox & Snell R2 and that of individual indicators was also appraised using the Likelihood Ratio test. In the context of this work, the significance of the variability explained by the model (baseline model) was appraised using the Omnibus Tests of Model Coefficients, the magnitude of this variability explained by the model using the Cox & Snell R2 and the effects of individual predictors using the Likelihood Ratio test. Qualitatively, data from open-ended items, observations and interviews were analysed using the process of thematic analysis whereby concepts or ideas were grouped under umbrella terms or keywords. The results were presented using tables, charts, graphs, photos and maps. Findings and discussions. The total findings and analyses indicated that proper waste handling in Imo State, Nigeria has a positive impact on the environment. This was assessed by the community’s awareness of waste management via sources like the radio and the TV, their education on waste management and schools’ integration of environmental education in their program. Although most community members perceived the State’s environment as compared to it about 10 years’ back has worsened, where they were conscious of proper waste handling measures, the environment was described to be better. This influence of environmental awareness and education on environmental sustainability appraised using Logistic Regression Model, portrayed a significant variability (Omnibus Tests of Model Coefficients: χ2=42.742; P=0.014), inferring that environmental awareness and education significantly predict environmental sustainability. The findings also revealed that organic waste generation spearheaded amongst other waste types like paper, plastic, E-waste, metal, textile and glass. While waste pickers always sorted paper, plastics, aluminium and metal, some of them also sorted out textile and glass. Statistically (P<0.05), in situations where waste was least generated (i.e., 1-2kg per day), community members maintained that the environmental quality was better in comparison to 10 years’ back. Waste items like broken glass and textile as well as the remains of E-waste after the extraction of copper and brass were not sorted for and these contributed more to environmental degradation. Similarly, the influence of wealth on environmental sustainability was appraised using Logistic Regression Model including development index related indicators like education, occupation, income and the ability to pay for waste disposal. Harmonising the outcome, farmers, who were mostly the least educated claimed to notice more environmental improvement. In addition, those who did not agree to pay for waste disposal who were mostly those with low income (less than 200,000 Naira, i.e. about 620 Euros monthly) perceived environmental improvement more than those with income above 200,000 Naira. This irony can be attributed to the fact that those with low educational backing lack the capacity to appreciate environmental sustainability pointers well as compared to those with a broader educational background with critical thinking. The employment and poverty reduction opportunities pertaining to waste management on environmental sustainability was appraised using qualitative thematic analysis. All community members involved in sorting, buying and selling of waste items had no second job. They attested that the money earned from their activities sustained their livelihood and families. Some expressed love for the job, especially as they were their own masters. Waste picking and trading in waste items are offering employment opportunities to many communities around the world. For instance, in the waste recycling, waste composting, waste-to-energy plants and die Stadtreiniger in Würzburg city. The workers in these enterprises have jobs as a result of waste. Waste disposal influence on environmental sustainability was appraised using the Binary Logistic Regression Model and the variability explained by the model was significant. The validity was also supported by the Wald statistics (P<0.05), which indicates the effect of the predictors is significant. Environmental sustainability was greatly reliant on indicators like the frequency at which community members emptied their waste containers; how/where waste is disposed of, availability of disposal site or public bin near the house, etc. Imolites who asserted to have public waste bins or disposal sites near their houses maintained that the quality of the State’s environment had worsened as such containers/disposal sites were always stinking as well as had animals and smoke around them. Imolites around disposal sites complained of traits like diarrhoea, catarrh, insect bites, malaria, smoke and polluted air. Conclusions. The liaison between poor waste management strategies and the sustainability of the Imo State environment was considered likely as statistically significant ineffectiveness, lack of awareness, poverty, insufficient and unrealistic waste management measures were found in this study area. In these situations, the environment was said to have not improved. Such inadequacies in the handling of generated waste did not only expose the citizenry to health dangers but also gave rise to streets and roads characterized by filth and many unattended disposal sites unleashing horrible odour to the environment and attracting wild animals. This situation is not only prevalent in Imo State, Nigeria but in many Sub-Saharan cities. Future Perspectives. To improve the environment in Sub-Saharan Africa, it is imperative to practice an inclusive and integrated sustainable waste management system. The waste quantity in this region is fast growing, especially food/organic waste. The region should aim at waste management laws and waste reduction strategies, which will help save and produce more food that it really needs. Waste management should be dissociated from epidemic outbreaks like cholera, typhoid, Lassa fever and malaria, whose vectors thrive in filthy environments. Water channels and water bodies should not be waste disposal channels or waste disposal sites. N2 - Zusammenfassung Einführung. Die rasante und unkontrollierte Industrialisierung und Verstädterung in den meisten Entwicklungsländern führt zu Boden-, Luft- und Wasserverschmutzung in einem Ausmaß, das die natürliche Umwelt nicht vollständig ausgleichen kann. Diese gegenwärtigen Umweltprobleme haben lokale, nationale und internationale Aufmerksamkeit erregt. Das Problem der städtischen Abfallbewirtschaftung ist mit einem rasanten Bevölkerungswachstum in Entwicklungsländern verbunden. Daraus resultieren relevante Umweltkrisen in Bezug auf Nachhaltigkeit und Hygiene in Subsahara-Afrika und in anderen Ländern der Dritten Welt. Trotz der Bemühungen der verschiedenen Regierungsebenen (im Fall von Nigeria mit drei Regierungsebenen: Bundes-, Landes- und Kommunalregierungen), feste Abfälle in städtischen Zentren zu entsorgen, dominieren immer noch offene Mülldeponien, Straßenabfälle und Einträge in Gewässer. Dies wirkt sich auf die Qualität der städtischen Lebensbedingungen und auf die natürliche Umwelt aus. In den Subsahara Ländern und in anderen Entwicklungsländern nehmen sowohl die Abfallmenge als auch die Arten von Abfällen zu, darunter Elektroschrott, landwirtschaftliche Biomasse und Kunststoffabfälle. Die Notwendigkeit für eine effektive, nachhaltige und effiziente Bewirtschaftung von Abfällen durch die Anwendung des 3R-Prinzips (Reduzieren, Wiederverwenden (Reuse), Recyceln) ist ein wesentliches Element, um nachhaltigen Konsum und nachhaltige Produktions zu fördern. Diese Studie untersucht die Abfallbewirtschaftung im nigerianischen Bundesstaat Imo als einen Aspekt, der mit der Nachhaltigkeit seiner Umwelt zusammenhängt. Materialen und Methoden. Um die Abfallbewirtschaftung als Aspekt der Nachhaltigkeit und des Umweltmanagements in Subsahara-Afrika zu analysieren, wurde der Bundesstaat Imo im Osten Nigerias als Untersuchungsgebiet ausgewählt. Aus diesem Bundesstaat wurden seit seiner Gründung im Jahr 1976 Probleme in Bezug auf die Abfallbehandlung und deren Auswirkungen auf die Umwelt gemeldet. Imo State zeigt mit Owerri die sauberste Landeshauptstadt Nigerias im Jahr 1980 die Entwicklung zu einem „dunghill“ (Misthaufen) im Jahr 2013 und zu einer „Müllhauptstadt“ am 1. Oktober 2016 auf. Innerhalb dieses Staates wurden drei Untersuchungsgebiete ausgewählt: Owerri-Metropole (die Landeshauptstadt) und die Städte Orlu und Okigwe. An diesen Standorten wurden Haushalte, Gewerbegebiete, Unterbringungs- und Freizeiteinrichtungen sowie Schulen befragt und Untersuchungen an Mülldeponien vorgenommen. Damit wurde exemplarisch die Zusammensetzung, Menge, Verteilung und die Behandlung der Abfälle in Bezug auf das Nachhaltigkeitsmanagement in der städtischen und staatlichen Umwelt ermittelt. Dies geschah durch „convenient random sampling“… mit Fragebögen, Interviews, Fokusgruppendiskussionen und „non-participant observation“. Alle Zielgruppen wurden vorab kontaktiert. Die im Zuge der Untersuchung erhobenen Daten wurden in Microsoft Office Excel eingegeben und mit dem Statistical Package for Social Sciences - SPSS - untersucht und analysiert. Die Daten bestanden im Wesentlichen aus kategorialen Variablen und wurden unter Verwendung deskriptiver Statistiken analysiert. Die Assoziation zwischen kategorialen Variablen wurde mit Cramers V, dem Chi-Quadrat, gemessen, das die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Tests ausmacht. Cramers V ist ein Maß für Assoziationstests, die direkt in die Kreuztabelle integriert sind. Der Chi-Quadrat-Test mit gleichen Anteilen wurde verwendet, um die Anteile auf signifikante Unterschiede bei 0,05 Niveaus zu vergleichen. Das Statistikpaket - Epi Info 6.04d - wurde zur Erstellung einer Kontingenztabelle aus mehreren Unterausgaben und zur Bestimmung der Zuordnung zwischen den Zeilen- und Spaltenkategorien verwendet. Die Skalenvariable „Menge des anfallenden Abfalls“ wurde anhand von Maßnahmen zentraler Tendenz beschrieben. Es wurde unter Verwendung der Kolmogorov-Smirnov- und Shapiro-Wilk-Tests auf Normalität untersucht; in allen Zusammenhängen wurde die Normalitätsannahme verletzt (P <0,05). Fünf Nullhypothesen wurden unter Verwendung des logistischen Regressionsmodells getestet. Die Aussagekraft der einzelnen konzeptionellen Komponenten wurde mit dem Cox & Snell R-Square berechnet, und die der einzelnen Indikatoren wurde auch mit dem Likelihood Ratio-Test bewertet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bedeutung der vom Modell erklärten Variabilität (Baseline model) anhand der Omnibus-Tests der Modellkoeffizienten, die Größe dieser Variabilität anhand des Modells mit Cox & Snell R2 und die Auswirkungen des Individuums unter Verwendung von Prädiktoren, die den Likelihood Ratio-Test bewertet. Qualitativ wurden Daten aus offenen Items, Beobachtungen und Interviews unter Verwendung des Prozesses der thematischen Analyse analysiert, wobei Konzepte oder Ideen unter Oberbegriffen oder Schlüsselwörtern gruppiert wurden. Die Ergebnisse wurden anhand von Tabellen, Diagrammen, Grafiken, Fotos und Karten dargestellt. Erkenntnisse und Diskussionen. Die Gesamtheit der Untersuchungen hat ergeben, dass sich eine ordnungsgemäße Abfallbehandlung im nigerianischen Bundesstaat Imo positiv auf die Umwelt auswirkt. Dies wurde anhand des Bewusstseins der Gemeinschaft für die Abfallbewirtschaftung über Quellen wie Radio und Fernsehen, ihrer Aufklärung über die Abfallbewirtschaftung und der Einbeziehung der Umwelterziehung der Schulen in ihr Unterrichtsprogramm bewertet. Obwohl die meisten Befragten die Umweltsituation im Staat im Vergleich zu vor etwa 10 Jahren als verschlechtert empfanden und sich der Notwendigkeit einer ordnungsgemäßen Abfallentsorgung bewusst waren, wurde die aktuelle Umweltsituation als besser beschrieben. Dieser Einfluss des Umweltbewusstseins und der Umweltbildung auf die Umweltverträglichkeit, die mithilfe des logistischen Regressionsmodells bewertet wurden, zeigen eine signifikante Variabilität (Omnibus-Tests der Modellkoeffizienten: χ2 = 42,742; P = 0,014). Dies lässt darauf schließen, dass das Umweltbewusstsein und die Umweltbildung die Umweltverträglichkeit signifikant vorhersagen lassen. Die Ergebnisse zeigten auch, dass organische Abfälle häufiger als andere Abfallarten wie Papier, Kunststoff, Elektroschrott, Metall, Textil und Glas anfallen. Während die Müllsammler immer Papier, Plastik, Aluminium und Metall sortierten, sortierten einige von ihnen auch Textil und Glas. Statistisch gesehen (P <0,05) stellten die Befragten in dem Umfeld, in dem am wenigsten Abfall erzeugt wurde (d. h. 1 bis 2 kg pro Tag), fest, dass die Umweltqualität im Vergleich zu vor 10 Jahren besser war. Abfälle wie zerbrochenes Glas und Textile sowie die Reste von E-Abfällen nach der Gewinnung von Kupfer und Messing nicht sortiert wurden und diese mehr zur Umweltzerstörung beitrugen. In ähnlicher Weise wurde der Einfluss des Wohlstands auf die Umweltnachhaltigkeit mithilfe eines logistischen Regressionsmodells bewertet, das entwicklungsindexbezogene Indikatoren wie Bildung, Beruf, Einkommen und die Zahlungsfähigkeit für die Art der Abfallentsorgung umfasste. Bei der Harmonisierung des Ergebnisses gaben die Landwirte, die größtenteils am wenigsten ausgebildet waren, an, mehr Umweltverbesserungen zu bemerken. Darüber hinaus sahen diejenigen, die sich nicht bereit erklärten, für die Abfallentsorgung aufzukommen, bei denen es sich hauptsächlich um Personen mit niedrigem Einkommen handelte (weniger als 200.000 Naira, das heißt, 620 € monatlich), eine stärkere Verbesserung der Umweltbedingungen als diejenigen mit einem Einkommen von mehr als 200.000 Naira. Diese scheinbar widersprüchliche Wahrnehmung kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass Menschen mit geringem Bildungshintergrund nicht in der Lage sind, ökologische Nachhaltigkeitsaspekte richtig einzuschätzen, verglichen mit Menschen mit einem breiteren Bildungshintergrund und eher kritischem Denken. Die Beschäftigungs- und Verdienstmöglichkeiten im Zusammenhang mit der Abfallbewirtschaftung im Hinblick auf die Umweltnachhaltigkeit wurden anhand einer qualitativen thematischen Analyse bewertet. Alle Befragten, die mit dem Sortieren, Kaufen und Verkaufen von Abfällen befasst waren, hatten keine zweite Beschäftigung. Sie bescheinigten, dass das Geld, das sie mit ihren Aktivitäten verdient hatten, ihren Lebensunterhalt und den ihrer Familien sicherte. Einige gaben an, ihre Arbeit sehr gerne zu machen, besonders, wenn sie selbständig arbeitend waren. Die Müllsammlung und der Handel mit Abfällen bieten vielen Gruppen auf der ganzen Welt Beschäftigungsmöglichkeiten. Dies reicht vom Abfallrecycling, der Abfallkompostierung und der Beschäftigung bei der Müllverbrennung in Entwicklungsländern bis zur Tätigkeit bei den „Stadtreinigern“ in der Stadt Würzburg. Die Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen in diesen Unternehmen haben durch Abfall-(Behandlung) Arbeitsplätze. Der Einfluss der Abfallentsorgung auf die Umweltnachhaltigkeit wurde mithilfe des binären logistischen Regressionsmodells bewertet, und die durch das Modell erklärte Variabilität war signifikant. Die Validität wurde auch von der Wald-Statistik (P <0,05) gestützt, die anzeigt, dass die Wirkung der Prädiktoren signifikant ist. Die Umweltnachhaltigkeit ist stark abhängig von Indikatoren wie der Häufigkeit, in der die Befragten ihre Abfallbehälter entleerten; wie / wo Abfälle entsorgt werden, der Verfügbarkeit von Abfalldeponien oder öffentlichen Abfalleimern in der Nähe des Hauses usw. Nach Ansicht von Imolites, die behaupteten, öffentlichen Abfallsammelstellen/-behältern in der Nähe ihrer Häuser zu haben, hat sich die Qualität der staatlichen Umwelt verschlechtert, da sich die Qualität dieser Abfallsammelstellen/-behälter verschlechtert habe. Die Standorte sorgen für ständige Geruchsbelästigung, Rauch und ziehen Tiere/Ungeziefer an. Imolites in der Nähe von Deponien klagten über Beschwerden wie Durchfall, Katarrh, Insektenstiche, Malaria sowie Atembeschwerden durch Rauch und Gestank. Schlussfolgerungen. Der Zusammenhang zwischen schlechten Abfallbewirtschaftungsstrategien und mangelnder Nachhaltigkeit im Umweltmanagement im nigerianischen Bundestaat Imo wurde als wahrscheinlich angesehen, da in diesem Untersuchungsgebiet statistisch signifikante Ineffektivität in der Abfallbehandlung, mangelndes Bewusstsein, Armut sowie unzureichende und unrealistische Abfallbewirtschaftungsmaßnahmen festgestellt wurden. In diesen Situationen habe sich die Umwelt lt. Umfrageergebnis in den letzten ca. 10 Jahren nicht verbessert. Solche Unzulänglichkeiten im Umgang mit anfallenden Abfällen gefährden nicht nur die Gesundheit der Bürger und Bürgerinnen, sondern führen auch zu Straßen und Wegen, die von Schmutz und vielen unbeaufsichtigten Deponien gekennzeichnet sind. Diese verursachen eine starke Geruchsbelästigung und ziehen wilde Tiere und Ungeziefer an. Diese Situation ist nicht nur im nigerianischen Bundesstaat Imo, sondern auch in vielen Städten in Subsahara-Afrika verbreitet. Zukunftsperspektiven. Um die Umwelt in Subsahara-Afrika zu verbessern, ist ein integratives und integriertes nachhaltiges Abfallmanagementsystem unabdingbar. Die Abfallmenge in dieser Region wächst rasant, insbesondere Lebensmittel- und Bioabfälle. Die Region sollte auf Gesetze zur Abfallbewirtschaftung und Strategien zur Abfallreduzierung abzielen, um nur die tatsächlich benötigten Lebensmittel bereit zu stellen. Die Abfallbewirtschaftung sollte außerdem auf die Vermeidung von epidemischen Ausbrüchen von Cholera, Typhus, Lassafieber und Malaria abzielen, deren Überträger in schmutzigen Umgebungen gedeihen. Wasserkanäle und Gewässer sollten keine Abfallentsorgungskanäle sein. N2 - Résumé Introduction. L'industrialisation et l'urbanisation rapides et incontrôlées dans la plupart des pays en voie de développement entraînent une pollution des sols, de l'air et de l'eau à un rythme que l'environnement naturel ne peut pas entièrement renouveler. Ces questions environnementales contemporaines ont attiré l'attention locale, nationale et internationale. Le problème de la gestion des déchets urbains est associé à une croissance démographique rapide dans les pays en voie de développement. Il s’agit des crises environnementales pertinentes de la durabilité et de l'assainissement en Afrique subsaharienne et dans d'autres pays du tiers monde. Malgré les efforts des différents paliers de gouvernement (le cas du Nigeria avec trois niveaux : gouvernement fédéral, État et collectivités locales) dans la gestion des déchets solides dans les centres urbains, il déborde toujours de décharges ouvertes, de petites rues et empiète sur les plans d’eau. Celles-ci affectent la qualité de la vie urbaine et l'environnement naturel. L’Afrique subsaharien et les autres pays en voie de développement connaissent une recrudescence de l'accumulation et de la diversité des déchets, notamment les déchets électroniques, les déchets de biomasse agricole et les déchets plastiques. La nécessité d'une gestion durable et efficace des déchets grâce à l'application du principe des 3R (réduire, réutiliser et recycler) est un élément essentiel pour la promotion des modes de consommation et de production durables. Cette étude a examiné la gestion des déchets dans l'État d'Imo, au Nigéria, en tant qu'aspect corrélé à la durabilité de son environnement. Matériaux et méthodes. Pour analyser la gestion des déchets en tant que corrélat de la durabilité environnementale, en Afrique subsaharienne, l’État d’Imo, dans l’est du Nigéria, a été choisie comme zone d’étude. Depuis sa création en 1976, des problèmes liés à la gestion des déchets et à leur impact sur l’environnement ont été signalés. Passant par l’État avec la capitale la plus propre en 1980 jusqu’à une « colline de fumier » en 2013 et une « capitale des déchets » le 1er Octobre 2016. Dans cet État, trois sites d’étude ont été sélectionnés - la métropole d’Owerri (la capitale de l’État), Orlu et Okigwe villes. Sur ces sites, les ménages, les zones commerciales, les établissements d’hébergement et de loisirs, les écoles ainsi que les dépotoirs ont été examinés afin de déterminer la composition, la quantité, la distribution, les types de traitement des déchets en relation avec la durabilité de l’environnement de l’État. Cela s'est fait de manière pratique mais aléatoire au moyen de questionnaires, d'entretiens, de discussions de groupe et d'observation non-participants ; ceux-ci ont tous été annoncés par un travail de bureau détaillé. Les données ont été entrées à l'aide de Microsoft Office Excel et ont été explorées et analysées à l'aide du progiciel statistique pour les sciences sociales – SPSS. Les données ont été constituées essentiellement de variables catégorielles et ont été analysées à l'aide de statistiques descriptives. L’association entre les variables catégorielles a été mesurée à l’aide de Cramer’s V, le Chi-carré qui assure la puissance et la fiabilité du test. Cramer’s V est une mesure de tests d’association directement intégrée à la tabulation croisée. Le test du Chi carré de proportions égales a été utilisé pour comparer les proportions des différences significatives à 0,05. Le paquet statistique - Epi Info 6.04d a également été utilisé, car il fallait créer un tableau de contingence à partir de plusieurs sous-sorties et déterminer l’étendue de l’association entre les catégories de rangées et de colonnes. La variable d’échelle « quantité de déchets générée » a été décrite à l’aide de mesures de tendance centrale. Il a été testé pour la normalité à l'aide des tests de Kolmogorov-Smirnov et Shapiro-Wilk ; dans tous les contextes, l'hypothèse de normalité a été violée (P<0,05). Cinq hypothèses nulles ont été testées à l'aide du modèle de régression logistique. Le pouvoir explicatif de la composante conceptuelle individuelle a été calculé à l'aide du Cox & Snell R2 et celui des indicateurs individuels a également été évalué à l'aide du test du ratio de vraisemblance (Likelihood Ratio test). Dans le cadre de ce travail, l’importance de la variabilité expliquée par le modèle (modèle de base) a été évaluée à l’aide des tests Omnibus des coefficients du modèle, l’ampleur de cette variabilité expliquée par le modèle utilisant le Cox & Snell R2 et les effets de prédicteurs utilisant le test du ratio de vraisemblance. Sur le plan qualitatif, les données d’éléments ouverts, des observations et les entretiens ont été analysées à l’aide du processus d’analyse thématique consistant à regrouper les concepts ou les idées sous des termes génériques ou des mots clés. Les résultats ont été présentés sous forme de tableaux, graphiques, photos et cartes. Constatations et discussions. L’ensemble des résultats et des analyses indique qu’une gestion appropriée des déchets dans l'État d'Imo, au Nigéria, a un impact positif sur l'environnement. Cela a été évalué par la sensibilisation de la communauté à la gestion des déchets via des sources telles que la radio et la télévision, son éducation sur la gestion des déchets et l’intégration de l’éducation à l’environnement dans son programme. Bien que la plupart des membres de la communauté aient perçu la détérioration de l’environnement de l’État par rapport à celui-ci environ 10 ans en arrière, alors qu’ils étaient conscients de la nécessité de prendre des mesures adéquates pour la gestion des déchets, l’environnement a été décrit comme étant meilleur. Cette influence de la sensibilisation et de l’éducation environnementales sur la durabilité environnementale, évaluée à l’aide du modèle de régression logistique, traduit une variabilité significative (tests Omnibus des coefficients de modèle : χ2 = 42,742; P = 0,014), ce qui en déduit que la sensibilisation et l’éducation environnementales prédisent de manière significative la durabilité environnementale. Les résultats ont également révélé que la génération de déchets organiques était le fer de lance des autres types de déchets tels que le papier, le plastique, les déchets électroniques, le métal, le textile et le verre. Alors que les ramasseurs de déchets triaient toujours le papier, les plastiques, l'aluminium et le métal, certains d'entre eux triaient également le textile et le verre. Statistiquement (P <0,05), dans les situations où la production de déchets était la plus faible (1 à 2 kg par jour), les membres de la communauté ont affirmé que la qualité de l’environnement était meilleure par rapport à 10 ans en arrière. Les déchets tels que le verre brisé et le textile ainsi que le reste de déchets électroniques après l'extraction du cuivre et du laiton n'étaient pas triés et ceux-ci contribuaient davantage à la dégradation de l'environnement. De même, l’influence de la richesse sur la durabilité de l’environnement a été évaluée à l’aide du modèle de régression logistique, notamment des indicateurs liés à l’indice de développement, tels que l’éducation, la profession, le revenu et la capacité de payer pour l’élimination des déchets. En harmonisant les résultats, les agriculteurs, qui étaient pour la plupart les moins scolarisés, ont affirmé qu'ils remarquaient une amélioration de l'environnement. De plus, ceux qui n'acceptaient pas de payer pour l'élimination des déchets et qui étaient pour la plupart ceux ayant un faible revenu (moins de 200 000 nairas, soit 620 € par mois) percevaient une amélioration de l'environnement davantage que ceux ayant un revenu supérieur à 200 000 naira. Cette contradiction peut être attribuée au fait que ceux qui ont un faible niveau d’éducation n’ont pas la capacité d’apprécier les indicateurs de durabilité environnementale ainsi que ceux qui ont une formation plus approfondie avec une pensée critique. Les opportunités d'emploi et de réduction de la pauvreté liées à la gestion des déchets sur la durabilité environnementale ont été évaluées à l'aide d'une analyse thématique qualitative. Tous les membres de la communauté impliqués dans le tri, l'achat et la vente de déchets n'avaient pas de second emploi. Ils ont attesté que les revenus de leurs activités ont permis de maintenir leurs moyens de subsistance et leurs familles. Certains ont exprimé leur amour pour le travail, d'autant plus qu'ils étaient leurs propres maîtres. La collecte et le commerce des déchets offrent des possibilités d’emploi à de nombreuses communautés du monde entier. Par exemple, dans le recyclage des déchets, le compostage des déchets, usines d'incinération des déchets (les installations de valorisation énergétique des déchets) et 'die Stadtreiniger' dans la ville de Würzburg. Les travailleurs de ces entreprises ont des emplois grâce aux déchets. L'influence de l'élimination des déchets sur la durabilité de l'environnement a été évaluée à l'aide du modèle de régression logistique binaire et la variabilité expliquée par le modèle était significative. La validité était également étayée par les statistiques de Wald (P <0,05), qui indiquent que l'effet des prédicteurs est significatif. La durabilité environnementale dépendait en grande partie d'indicateurs tels que la fréquence à laquelle les membres de la communauté vidaient leurs poubelles ; comment / où les déchets sont éliminés, disponibilité de dépotoirs ou de poubelles publiques à proximité de la maison, etc. Les habitants qui prétendaient avoir des poubelles publiques ou des dépotoirs à proximité de leurs maisons ont dit de leur qualité de l'environnement que celle-ci se détériorait, car ces sites étaient nauséabonds, avaient des animaux et de la fumée autour d'eux. Ces habitants se sont également plaints de diarrhée, (de) catarrhe, (de) piqûres d'insectes et (de) morsures d'animaux, de paludisme et d´air puant. Conclusions. La liaison entre les stratégies de gestion des déchets médiocres et la durabilité de l’environnement de l’État d’Imo a été jugée probable : inefficacité statistiquement significative, manque de sensibilisation, pauvreté, mesures de gestion des déchets insuffisantes et irréalistes ont été trouvées dans cette zone d’étude. Dans ces situations, l’environnement ne s’est pas amélioré. Ces insuffisances dans la gestion des déchets générés exposaient non seulement les citoyens à des risques pour la santé, mais donnaient également lieu à des rues et à des routes caractérisées par la saleté et à de nombreux dépotoirs sans surveillance, dégageant une odeur désastreuse pour l'environnement et attirant des animaux sauvages. Cette situation prévaut non seulement dans l'État d'Imo, au Nigéria, mais dans de nombreuses villes d'Afrique subsaharienne. Perspectives d'avenir. Pour améliorer l'environnement en Afrique subsaharienne, il est impératif de mettre en œuvre un système de gestion des déchets durable et inclusif. La quantité de déchets dans cette région augmente rapidement, en particulier les déchets alimentaires / organiques. La région devrait viser des lois sur la gestion des déchets et des stratégies de réduction des déchets, qui contribueront à économiser et à produire plus d´ aliments dont elle a réellement besoin. La gestion des déchets doit être dissociée d'épidémies telles que le choléra, la typhoïde, la fièvre de Lassa et le paludisme, dont les vecteurs se développent bien dans des environnements immondes. Les canaux et les plans d'eau ne doivent pas être des canaux d'évacuation de déchets ou des sites de décharge d´ ordures. KW - Waste management KW - Abfallwirtschaft KW - La gestion des déchets KW - Sub-Saharan Africa KW - environmental sustainability KW - Imo State - Nigeria KW - fly-tipping KW - flying toilet KW - waste sorting KW - open waste burning KW - Umwelt KW - Nachhaltigkeit KW - Abfallbehandlung KW - Imo Bundesstaat KW - Nigeria KW - Fliegenkippen KW - fliegende Toilette KW - la durabilité environnementale KW - État d'Imo KW - les toilettes volantes Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192240 ER - TY - THES A1 - Emmert, Adrian Alexander T1 - The Internal Structure of Periglacial Landforms - Assessments of Subsurface Variations in Permafrost-related and Frost-related Phenomena by Multi-dimensional Geophysical Investigations T1 - Der innere Aufbau Periglazialer Landformen N2 - The internal structure of periglacial landforms contains valuable information on past and present environmental conditions. To benefit from this archive, however, an enhanced understanding of subsurface variations is crucial. This enables to assess the influence of the internal structure on prevailing process regimes and to evaluate the sensitivity of different landform units to environmental changes. This thesis investigates structural variations in the subsurface of (i) rock glaciers,(ii) solifluction lobes, (iii) palsas/ lithalsas and (iv) patterned ground, which occur between the different landform types, but also between landform units of the same type. Investigated variables comprise (i) the spatial distribution of permafrost, (ii) ground ice content, (iii) the origin of ground ice, (iv) thickness of the active layer and (v) frost table topography. Multi-dimensional investigations by the geophysical methods Electrical Resistivity Imaging (ERI) and Ground-Penetrating Radar (GPR) were performed in six study areas (a–f): four of them are located in high-alpine environments in Switzerland and two of them are located in the subarctic highlands of Iceland. Additionally, surface and subsurface temperature values were continuously recorded at selected study sites. At one study site, pF-values, representing the matric potential (or water potential), were recorded. From a methodological view, this thesis focuses on the application of quasi-3-D ERI, an approach in which many two-dimensional data sets are combined to create one three-dimensional data set. This permits e.g., a three-dimensional delimitation of subsurface structures and a spatial investigation of the distribution of ground ice. Besides the analysis of field data, this thesis incudes a comparison between inversion models produced with different software products, based on two synthetic data sets. The detection of resistivity structures and reflection patterns provides valuable insights into the internal structure of the investigated landform units: At the high-alpine study site at (a) Piz Nair, a highly variable ice content indicates a complex development of the investigated rock glacier assembly. The local formation of ground ice is attributed to an embedding of surface patches of snow or ice into the subsurface by rockfall. Results of geoelectric monitoring surveys on selected rock glaciers show the influence of seasonal alterations in the internal structure on subsurface meltwater flow. At the study site at (b) Piz Üertsch, results indicate the occurrences of isolated ground ice patches in a significantly larger rock glacier. Detected characteristics of the internal structure enable to reconstruct the development of the rock glacier, in which a temporary override of an adjacent glacier tongue on the rock glacier is considered crucial for the current distribution of ground ice. However, results of this thesis clearly show the absence of buried glacier ice in the subsurface of the rock glacier. Results from a rock glacier near the (c) Las Trais Fluors mountain ridge affirm the existence of a water-permeable frozen layer, which was assumed in previous studies. Furthermore, results show that the rock glacier contains large amounts of rockfall deposits. A joint interpretation of ERI and GPR results from the investigated scree slope at the mountain (d) Blauberg (Furka Pass) reveals characteristic structures in the subsurface, which enable a differentiation between solifluction lobes and pebbly rock glaciers. At the subarctic study site (e) Orravatnsrústir, results show that the internal structure of palsas can be used to deduce their current development stage and to assess past and future developments. Presented results affirm a long history of palsa development at the study site, as assumed in previous studies, but indicate recently changing environmental conditions. The investigated occurrences of patterned ground in the proglacial area of the glacier (f) Hofsjökull are currently not influenced by the detected occurrence of permafrost, according to the presented results. Therefore, a temporary formation of pattered ground is assumed, which is linked to the retreat of the glacier. This thesis shows discrepancies between the internal structure of some of the investigated landform units and the recent environmental conditions. This indicates a delayed adaption and a low sensitivity of the landform units to environmental changes. Findings indicate that the future development of permafrost will be strongly affected by variations in snowfall. Furthermore, the detection of isolated occurrences of ground ice at several study sites contradicts the widely assumed effectivity of balancing heat fluxes to create homogenous subsurface conditions in relatively fine-grained subsurface materials. N2 - Der strukturelle Aufbau periglazialer Landformen beinhaltet wertvolle Informationen über vergangene und heutige Umweltbedingungen. Um diese Informationen nutzen zu können, muss jedoch ein vertieftes Verständnis für den Zustand der inneren Struktur und möglicher Variationen entwickelt werden. Dieses Wissen ermöglicht beispielsweise eine Abschätzung des Einflusses der inneren Struktur auf das momentan dominierende Prozess-Regime und eine Beurteilung der Sensitivität gegenüber sich verändernden Umweltbedingungen. Die vorliegende Arbeit untersucht Unterschiede im Aufbau von (i) Blockgletschern, (ii) Solifluktionsloben, (iii) Palsas/ Lithalsas und (iv) Frostmusterböden, die zwischen den Landformtypen, aber auch zwischen einzelnen Einheiten desselben Typs bestehen. Betrachtet werden dabei (i) die räumliche Verbreitung von Permafrost,(ii) der Eisgehalt im Untergrund, (iii) die Entstehung von Untergrundeis, (iv) die Mächtigkeit der Auftauschicht sowie (v) die Formung der Frosttafel. In sechs Untersuchungsgebieten (a–f), davon vier in Hochgebirgsregionen der Schweiz und zwei im subarktischen Hochland Islands, wurden Untersuchungen mittels mehr-dimensionaler geophysikalischer Verfahren, Widerstandsgeoelektrik (ERI) und Bodenradar (GPR), durchgeführt. Zudem wurden an ausgewählten Standorten kontinuierlich Temperaturwerte der Oberfläche und des Untergrunds aufgezeichnet. An einem Standort wurden ergänzend pF-Werte, die die Saugspannung des Porenwassers angeben, aufgezeichnet. Methodischer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Anwendung von quasi-3-D ERI, einem Ansatz bei dem Datenpunkte mehrerer zweidimensionaler Datensätze zu einem dreidimensionalen Datensatz vereinigt werden. Dies erlaubt beispielsweise eine dreidimensionale Abgrenzung von Untergrundstrukturen und damit eine räumliche Untersuchung der Verbreitung von Untergrundeis. Ergänzend zur Arbeit mit Felddaten enthält die vorliegende Arbeit einen Vergleich zwischen Inversionsmodellen, die auf Basis von zwei identischen, synthetischen Datensätzen mit unterschiedlichen Softwareprodukten generiert wurden. Durch die Detektion von Widerstandsstrukturen und Reflektionsmustern lassen sich wertvolle Erkenntnisse über den strukturellen Aufbau der untersuchten Einheiten gewinnen: Im hochalpinen Untersuchungsgebiet am (a) Piz Nair weisen stark schwankende Eisgehalte auf eine komplexe Entwicklungsgeschichte der untersuchten Blockgletschergruppe hin. Die lokale Entstehung von Untergrundeis wird auf Verschüttungen oberflächlicher Schnee- oder Eisfelder durch Steinschlag zurückgeführt. An einem Blockgletscher der Gruppe wird mittels geoelektrischer Wiederholungsmessungen der saisonale Einfluss der inneren Struktur auf den Schmelzwasserabfluss im Untergrund durch Veränderungen der Permafrosttafel gezeigt. An einem deutlich größeren Blockgletscher im Untersuchungsgebiet am (b) Piz Üertsch zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit isolierte Vorkommen von Untergrundeis. Hier kann anhand der inneren Struktur die Entwicklung des Blockgletschers nachvollzogen werden, wobei insbesondere eine zeitweilige Überdeckung des Blockgletschers durch eine benachbarte Gletscherzunge als ausschlaggebend für die lokale Verteilung von Untergrundeis angesehen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass kein Gletschereis in den Block gletscher eingebettet wurde. Die vorgestellten Ergebnisse der Untersuchungen an einem Blockgletscher nahe des Bergkamms (c) Las Trais Fluors bestätigen die dort in vorherigen Studien angenommene Wasserdurchlässigkeit der Frosttafel. Zudem zeigt der Aufbau des Blockgletschers das Auftreten großer Mengen von Steinschlagablagerungen. Am untersuchten Schutthang am (d) Blauberg (Furkapass) können durch eine gemeinsame Auswertung der Ergebnisse von ERI und GPR charakteristische Strukturen detektiert werden, durch die sich die dort auftretenden Lobenstrukturen in Solifluktionsloben und Feinmaterial-Blockgletscher (Pebbly Rock Glaciers) unterscheiden lassen. Im subarktischen Untersuchungsgebiet (e) Orravatnsrústir zeigen die Ergebnisse, dass vom strukturellen Aufbau von Palsas auf deren gegenwärtiges Entwicklungsstadium geschlossen werden kann und dass Rückschlüsse auf vergangene und zukünftige Entwicklungen möglich sind. Die vorgestellten Ergebnisse bestätigen die in vorherigen Studien getroffene Annahme einer lange zurückreichenden Entwicklungsgeschichte der Palsas, weisen aber auch auf sich seit kurzem verändernde Umweltbedingungen hin. Die untersuchten Frostmusterböden im Gletschervorfeld des (f) Hofsjökull zeigen gegenwärtig keine Beeinflussung durch Permafrost, obwohl ein rezentes Vorkommen von Permafrost angenommen wird. Daher wird eine temporäre Bildung der untersuchten Oberflächenstrukturen angenommen, die an den Rückzug des Gletschers gebunden ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die innere Struktur einiger der untersuchten Landform-Einheiten Diskrepanzen zu den momentanen Umweltbedingungen aufweist. Dies deutet auf eine geringe Sensitivität, beziehungsweise eine verzögerte Anpassung der Landschaftsformung auf sich verändernde Umweltbedingungen hin. Des Weiteren zeigt die vorliegende Arbeit, dass besonders Veränderungen im Schneedeckenauf- und abbau wesentlich zur zukünftigen Entwicklung von Permafrost in den untersuchten Gebieten beitragen werden. Die Beobachtung isolierter Vorkommen von Untergrundeis in mehreren Untersuchungsgebieten steht in Kontrast zur verbreiteten Annahme, dass die ausgleichende Wirkung von Wärmeströmen im Untergrund in feinkörnigem Material besonders stark ist N2 - Periglacial environments are facing dramatic changes. Warming air temperatures and strong snow cover variations fundamentally affect landforming processes in this hotspot region of Climate Change. But before we can assess the response of landform development to a changing climate, we need to enhance our understanding of the internal structure of those landforms. Within this study, a broad scope of landform types from alpine and subarctic regions is investigated: rock glaciers, solifluction lobes, palsas and patterned ground. By using the geophysical methods 2-D and 3-D ERI, as well as GPR surveying, structural differences and similarities between landform units of different or the same landform types are highlighted. This enables a reconstruction of their past and a projection of their future development. KW - Permafrost KW - Geophysik KW - permafrost KW - internal structure KW - applied geophysics KW - periglacial landform Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202437 SN - 978-3-95826-138-9 SN - 978-3-95826-139-6 N1 - Parallel erschienen als Druckausgabe in Würzburg University Press, 978-3-95826-138-9, 34,90 EUR. PB - Würzburg University Press CY - Würzburg ET - 1. Auflage ER - TY - JOUR A1 - Rösch, Moritz A1 - Plank, Simon T1 - Detailed mapping of lava and ash deposits at Indonesian volcanoes by means of VHR PlanetScope change detection JF - Remote Sensing N2 - Mapping of lava flows in unvegetated areas of active volcanoes using optical satellite data is challenging due to spectral similarities of volcanic deposits and the surrounding background. Using very high-resolution PlanetScope data, this study introduces a novel object-oriented classification approach for mapping lava flows in both vegetated and unvegetated areas during several eruptive phases of three Indonesian volcanoes (Karangetang 2018/2019, Agung 2017, Krakatau 2018/2019). For this, change detection analysis based on PlanetScope imagery for mapping loss of vegetation due to volcanic activity (e.g., lava flows) is combined with the analysis of changes in texture and brightness, with hydrological runoff modelling and with analysis of thermal anomalies derived from Sentinel-2 or Landsat-8. Qualitative comparison of the mapped lava flows showed good agreement with multispectral false color time series (Sentinel-2 and Landsat-8). Reports of the Global Volcanism Program support the findings, indicating the developed lava mapping approach produces valuable results for monitoring volcanic hazards. Despite the lack of bands in infrared wavelengths, PlanetScope proves beneficial for the assessment of risk and near-real-time monitoring of active volcanoes due to its high spatial (3 m) and temporal resolution (mapping of all subaerial volcanoes on a daily basis). KW - lava KW - volcanoes KW - PlanetScope KW - change detection KW - object-based image analysis Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262232 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 5 ER - TY - JOUR A1 - Rößler, Sebastian A1 - Witt, Marius S. A1 - Ikonen, Jaakko A1 - Brown, Ian A. A1 - Dietz, Andreas J. T1 - Remote sensing of snow cover variability and its influence on the runoff of Sápmi's rivers JF - Geosciences N2 - The boreal winter 2019/2020 was very irregular in Europe. While there was very little snow in Central Europe, the opposite was the case in northern Fenno-Scandia, particularly in the Arctic. The snow cover was more persistent here and its rapid melting led to flooding in many places. Since the last severe spring floods occurred in the region in 2018, this raises the question of whether more frequent occurrences can be expected in the future. To assess the variability of snowmelt related flooding we used snow cover maps (derived from the DLR's Global SnowPack MODIS snow product) and freely available data on runoff, precipitation, and air temperature in eight unregulated river catchment areas. A trend analysis (Mann-Kendall test) was carried out to assess the development of the parameters, and the interdependencies of the parameters were examined with a correlation analysis. Finally, a simple snowmelt runoff model was tested for its applicability to this region. We noticed an extraordinary variability in the duration of snow cover. If this extends well into spring, rapid air temperature increases leads to enhanced thawing. According to the last flood years 2005, 2010, 2018, and 2020, we were able to differentiate between four synoptic flood types based on their special hydrometeorological and snow situation and simulate them with the snowmelt runoff model (SRM). KW - remote sensing KW - snow parameters KW - snow variability KW - MODIS KW - snow hydrology KW - spring flood KW - Sápmi KW - Mann-Kendall test KW - snowmelt runoff model Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234261 SN - 2076-3263 VL - 11 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Dobiński, Wojciech A1 - Kneisel, Christof T1 - Permafrost and glaciers: perspectives for the Earth and planetary sciences — another step forward JF - Geosciences N2 - No abstract available KW - permafrost KW - glaciers Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228766 SN - 2076-3263 VL - 11 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Remelgado, Ruben A1 - Safi, Kamran A1 - Wegmann, Martin T1 - From ecology to remote sensing: using animals to map land cover JF - Remote Sensing in Ecology and Conservation N2 - Land cover is a key variable in monitoring applications and new processing technologies made deriving this information easier. Yet, classification algorithms remain dependent on samples collected on the field and field campaigns are limited by financial, infrastructural and political boundaries. Here, animal tracking data could be an asset. Looking at the land cover dependencies of animal behaviour, we can obtain land cover samples over places that are difficult to access. Following this premise, we evaluated the potential of animal movement data to map land cover. Specifically, we used 13 White Storks (Cicona cicona) individuals of the same population to map agriculture within three test regions distributed along their migratory track. The White Stork has adapted to foraging over agricultural lands, making it an ideal source of samples to map this land use. We applied a presence-absence modelling approach over a Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) time series and validated our classifications, with high-resolution land cover information. Our results suggest White Stork movement is useful to map agriculture, however, we identified some limitations. We achieved high accuracies (F1-scores > 0.8) for two test regions, but observed poor results over one region. This can be explained by differences in land management practices. The animals preferred agriculture in every test region, but our data showed a biased distribution of training samples between irrigated and non-irrigated land. When both options occurred, the animals disregarded non-irrigated land leading to its misclassification as non-agriculture. Additionally, we found difference between the GPS observation dates and the harvest times for non-irrigated crops. Given the White Stork takes advantage of managed land to search for prey, the inactivity of these fields was the likely culprit of their underrepresentation. Including more species attracted to agriculture - with other land-use dependencies and observation times - can contribute to better results in similar applications. KW - Animal Tracking KW - land cover KW - land use KW - movement ecology KW - R KW - remote sensing Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225200 VL - 6 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Arendt, Robert A1 - Reinhardt-Imjela, Christian A1 - Schulte, Achim A1 - Faulstich, Leona A1 - Ullmann, Tobias A1 - Beck, Lorenz A1 - Martinis, Sandro A1 - Johannes, Petrina A1 - Lengricht, Joachim T1 - Natural pans as an important surface water resource in the Cuvelai Basin — Metrics for storage volume calculations and identification of potential augmentation sites JF - Water N2 - Numerous ephemeral rivers and thousands of natural pans characterize the transboundary Iishana-System of the Cuvelai Basin between Namibia and Angola. After the rainy season, surface water stored in pans is often the only affordable water source for many people in rural areas. High inter- and intra-annual rainfall variations in this semiarid environment provoke years of extreme flood events and long periods of droughts. Thus, the issue of water availability is playing an increasingly important role in one of the most densely populated and fastest growing regions in southwestern Africa. Currently, there is no transnational approach to quantifying the potential storage and supply functions of the Iishana-System. To bridge these knowledge gaps and to increase the resilience of the local people's livelihood, suitable pans for expansion as intermediate storage were identified and their metrics determined. Therefore, a modified Blue Spot Analysis was performed, based on the high-resolution TanDEM-X digital elevation model. Further, surface area–volume ratio calculations were accomplished for finding suitable augmentation sites in a first step. The potential water storage volume of more than 190,000 pans was calculated at 1.9 km\(^3\). Over 2200 pans were identified for potential expansion to facilitate increased water supply and flood protection in the future. KW - Namibia KW - Angola KW - Oshana KW - flood KW - drought KW - water retention KW - storage volume KW - Blue Spot Analysis KW - TanDEM-X KW - pan Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223019 SN - 2073-4441 VL - 13 IS - 2 ER - TY - THES A1 - Dirscherl, Mariel Christina T1 - Remote Sensing of Supraglacial Lake Dynamics in Antarctica - Exploiting Methods from Artificial Intelligence for Derivation of Antarctic Supraglacial Lake Extents in Multi-Sensor Remote Sensing Data T1 - Fernerkundung der Dynamik supraglazialer Seen in der Antarktis - Analyse von supraglazialen Seen in Multi-Sensor Fernerkundungsdaten mittels Methoden der Künstlichen Intelligenz N2 - With accelerating global climate change, the Antarctic Ice Sheet is exposed to increasing ice dynamic change. During 1992 and 2017, Antarctica contributed ~7.6 mm to global sea-level-rise mainly due to ocean thermal forcing along West Antarctica and atmospheric warming along the Antarctic Peninsula (API). Together, these processes caused the progressive retreat of glaciers and ice shelves and weakened their efficient buttressing force causing widespread ice flow accelerations. Holding ~91% of the global ice mass and 57.3 m of sea-level-equivalent, the Antarctic Ice Sheet is by far the largest potential contributor to future sea-level-rise. Despite the improved understanding of Antarctic ice dynamics, the future of Antarctica remains difficult to predict with its contribution to global sea-level-rise representing the largest uncertainty in current projections. Given that recent studies point towards atmospheric warming and melt intensification to become a dominant driver for future Antarctic ice mass loss, the monitoring of supraglacial lakes and their impacts on ice dynamics is of utmost importance. In this regard, recent progress in Earth Observation provides an abundance of high-resolution optical and Synthetic Aperture Radar (SAR) satellite data at unprecedented spatial and temporal coverage and greatly supports the monitoring of the Antarctic continent where ground-based mapping efforts are difficult to perform. As an automated mapping technique for supraglacial lake extent delineation in optical and SAR satellite imagery as well as a pan-Antarctic inventory of Antarctic supraglacial lakes at high spatial and temporal resolution is entirely missing, this thesis aims to advance the understanding of Antarctic surface hydrology through exploitation of spaceborne remote sensing. In particular, a detailed literature review on spaceborne remote sensing of Antarctic supraglacial lakes identified several research gaps including the lack of (1) an automated mapping technique for optical or SAR satellite data that is transferable in space and time, (2) high-resolution supraglacial lake extent mappings at intra-annual and inter-annual temporal resolution and (3) large-scale mapping efforts across the entire Antarctic continent. In addition, past method developments were found to be restricted to purely visual, manual or semi-automated mapping techniques hindering their application to multi-temporal satellite imagery at large-scale. In this context, the development of automated mapping techniques was mainly limited by sensor-specific characteristics including the similar appearance of supraglacial lakes and other ice sheet surface features in optical or SAR data, the varying temporal signature of supraglacial lakes throughout the year as well as effects such as speckle noise and wind roughening in SAR data or cloud coverage in optical data. To overcome these limitations, this thesis exploits methods from artificial intelligence and big data processing for development of an automated processing chain for supraglacial lake extent delineation in Sentinel-1 SAR and optical Sentinel-2 satellite imagery. The combination of both sensor types enabled to capture both surface and subsurface lakes as well as to acquire data during cloud cover or wind roughening of lakes. For Sentinel-1, a deep convolutional neural network based on residual U-Net was trained on the basis of 21,200 labeled Sentinel-1 SAR image patches covering 13 Antarctic regions. Similarly, optical Sentinel-2 data were collected over 14 Antarctic regions and used for training of a Random Forest classifier. Optical and SAR classification products were combined through decision-level fusion at bi-weekly temporal scale and unprecedented 10 m spatial resolution. Finally, the method was implemented as part of DLR’s High-Performance Computing infrastructure allowing for an automated processing of large amounts of data including all required pre- and postprocessing steps. The results of an accuracy assessment over independent test scenes highlighted the functionality of the classifiers returning accuracies of 93% and 95% for supraglacial lakes in Sentinel-1 and Sentinel-2 satellite imagery, respectively. Exploiting the full archive of Sentinel-1 and Sentinel-2, the developed framework for the first time enabled the monitoring of seasonal characteristics of Antarctic supraglacial lakes over six major ice shelves in 2015-2021. In particular, the results for API ice shelves revealed low lake coverage during 2015-2018 and particularly high lake coverage during the 2019-2020 and 2020-2021 melting seasons. On the contrary, East Antarctic ice shelves were characterized by high lake coverage during 2016-2019 and extremely low lake coverage during the 2020-2021 melting season. Over all six investigated ice shelves, the development of drainage systems was revealed highlighting an increased risk for ice shelf instability. Through statistical correlation analysis with climate data at varying time lags as well as annual data on Southern Hemisphere atmospheric modes, environmental drivers for meltwater ponding were revealed. In addition, the influence of the local glaciological setting was investigated through computation of annual recurrence times of lakes. Over both ice sheet regions, the complex interplay between local, regional and large-scale environmental drivers was found to control supraglacial lake formation despite local to regional discrepancies, as revealed through pixel-based correlation analysis. Local control factors included the ice surface topography, the ice shelf geometry, the presence of low-albedo features as well as a reduced firn air content and were found to exert strong control on lake distribution. On the other hand, regional controls on lake evolution were revealed to be the amount of incoming solar radiation, air temperature and wind occurrence. While foehn winds were found to dictate lake evolution over the API, katabatic winds influenced lake ponding in East Antarctica. Furthermore, the regional near-surface climate was shown to be driven by large-scale atmospheric modes and teleconnections with the tropics. Overall, the results highlight that similar driving factors control supraglacial lake formation on the API and EAIS pointing towards their transferability to other Antarctic regions. N2 - Der antarktische Eisschild erfährt angesichts der globalen Erderwärmung zunehmende eisdynamische Veränderungen. Zwischen 1992 und 2017 trug die Antarktis mit ~7.6 mm zum globalen Meeresspiegelanstieg bei, was vor allem auf die Erwärmung des Ozeans entlang der Westantarktis und die Erwärmung der Atmosphäre entlang der Antarktischen Halbinsel zurückzuführen ist. Zusammen verursachten diese Prozesse den fortschreitenden Rückgang von Gletschern und Schelfeis und schwächten ihren Rückhalteeffekt. Mit einem Anteil von ~91% an der globalen Eismasse und einem Meeresspiegeläquivalent von 57.3 m ist der antarktische Eisschild der größte potentielle Verursacher eines zukünftigen Meeresspiegelanstiegs. Trotz des verbesserten Verständnisses der antarktischen Eisdynamik kann die Zukunft der Antarktis nur schwer vorhergesagt werden. In Anbetracht der Tatsache, dass die Erwärmung der Atmosphäre und die damit einhergehende Oberflächenschmelze eine der Hauptursachen für künftige Massenverluste der Antarktis sein werden, ist die Kartierung von supraglazialen Seen von größter Bedeutung und Wichtigkeit. In dieser Hinsicht liefert die Erdbeobachtung eine Vielzahl von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Satellitendaten für das Monitoring der Antarktis. Da eine automatisierte Methode zur Kartierung von supraglazialen Seen in Satellitendaten sowie ein großräumiges Inventar gänzlich fehlen, ist das Ziel dieser Arbeit zu einem besseren Verständnis der antarktischen Oberflächenhydrologie beizutragen. Zu diesem Zweck wurde ein neuartiges Prozessierungsverfahren für die automatisierte Kartierung von supraglazialen Seen in Sentinel-1 und Sentinel-2 Satellitenbilddaten entwickelt. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche in Bezug auf die satellitengestützte Fernerkundung von antarktischen supraglazialen Seen wurden mehrere Forschungslücken identifiziert, darunter das Fehlen von (1) einem automatisierten Klassifikationsalgorithmus für optische und Radar Satellitendaten, der in Raum und Zeit übertragbar ist, (2) hochaufgelösten Kartierungen von supraglazialen Seen mit jährlicher sowie saisonaler zeitlicher Auflösung und (3) großräumigen Kartierungen über der gesamten Antarktis. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich vergangene Methodenentwicklungen auf eine rein visuelle, manuelle oder halbautomatisierte Kartierungstechnik stützten, was ihre Anwendung auf multitemporale Satellitenbilder über dem gesamten Kontinent verhinderte. Die Entwicklung einer automatisierten Kartierungsmethode wurde hierbei vor allem durch sensorspezifische Merkmale eingeschränkt, darunter das ähnliche Erscheinungsbild von supraglazialen Seen und anderen Landbedeckungsklassen in optischen oder Radar Daten, die variierende zeitliche Signatur von supraglazialen Seen sowie Effekte wie SpeckleRauschen oder die Windaufrauhung von Seen in Radar Daten. Um diese Limitierungen zu überwinden, basiert der entwickelte Algorithmus zur automatisierten Kartierung von supraglazialen Seen in optischen and Radar Satellitendaten auf Methoden der künstlichen Intelligenz und der Big-Data-Analytik. Die Kombination von beiden Sensortypen ermöglicht es, sowohl supraglaziale als auch mit Schnee bedeckte Seen zu erfassen. Für Sentinel-1 wurde ein neuronales Netzwerk basierend auf „residual U-Net“ mittels 21,200 Radaraufnahmen über 13 antarktischen Regionen trainiert. In ähnlicher Weise wurden optische Sentinel-2 Daten über 14 antarktischen Regionen gesammelt und zum Trainieren eines „Random Forest“ Klassifikators verwendet. Die beiden Methoden wurden durch die Fusion von optischen und Radar Klassifikationsergebnissen kombiniert und als Teil der DLR-internen Prozessierungs-Infrastruktur auf Hochleistungsrechnern implementiert, die eine vollautomatische Verarbeitung großer Datenmengen einschließlich aller erforderlichen Vor- und Nachverarbeitungsschritte ermöglichen. Eine Fehleranalyse über unabhängigen Testszenen zeigte die Funktionalität der Algorithmen, die Genauigkeiten von 93% bzw. 95% für supraglaziale Seen in Sentinel-1 und Sentinel-2 Daten erreichten. Unter Nutzung des gesamten Archivs an Sentinel-1 und Sentinel-2 Daten im Zeitraum 2015-2021 ermöglichte die entwickelte Prozessierungs-Kette erstmals die Erfassung von saisonalen Merkmalen supraglazialer Seen über sechs großen SchelfeisRegionen. Die Ergebnisse für die Antarktische Halbinsel zeigten ein geringes Auftreten von supraglazialen Seen im Zeitraum 2015-2018 und ein stark erhöhtes Auftreten von supraglazialen Seen während der Schmelzsaison 2019-2020 und 2020-2021. Im Gegensatz dazu war die Ostantarktis durch ein stark erhöhtes Auftreten von supraglazialen Seen in den Jahren 2016-2019 sowie ein stark reduziertes Auftreten von supraglazialen Seen während der Schmelzsaison 2020-2021 gekennzeichnet. Über beiden Regionen entwickelten sich ausgeprägte Seen-Netzwerke, die ein erhöhtes Risiko für die Stabilität von Schelfeis darstellen. Durch statistische Korrelationsanalysen mit saisonalen Klimadaten sowie jährlichen Daten zu atmosphärischen Modi wurden Umwelteinflüsse auf die Entstehung von Seen analysiert. In beiden antarktischen Regionen wurde festgestellt, dass das komplexe Zusammenspiel von lokalen, regionalen und großräumigen Umweltfaktoren die Entstehung von supraglazialen Seen begünstigt. Zu den lokalen Einflussfaktoren gehören die Topographie, die Schelfeisgeometrie, das Vorhandensein von Oberflächen mit geringer Albedo sowie ein reduzierter Luftgehalt im Firn. Andererseits wurde festgestellt, dass die Sonneneinstrahlung, die Lufttemperatur und Wind die Entstehung von Seen regional beeinflussen. Während Föhnwinde über der Antarktischen Halbinsel auftreten, dominieren katabatische Winde in der Ostantarktis. Darüber hinaus wurde verdeutlicht, dass das regionale Klima von atmosphärischen Modi beeinflusst wird. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass ähnliche Umweltfaktoren die Entstehung von supraglazialen Seen über beiden Regionen steuern, was Rückschlüsse auf ihre Übertragbarkeit in andere antarktische Regionen zulässt. KW - Optische Fernerkundung KW - Radarfernerkundung KW - Antarktis KW - Gletscher KW - Fernerkundung KW - Supraglaziale Seen Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-279505 ER - TY - JOUR A1 - Meister, Julia A1 - Garbe, Philipp A1 - Trappe, Julian A1 - Ullmann, Tobias A1 - Es-Senussi, Ashraf A1 - Baumhauer, Roland A1 - Lange-Athinodorou, Eva A1 - El-Raouf, Amr Abd T1 - The Sacred Waterscape of the Temple of Bastet at Ancient Bubastis, Nile Delta (Egypt) JF - Geosciences N2 - Sacred water canals or lakes, which provided water for all kinds of purification rites and other activities, were very specific and important features of temples in ancient Egypt. In addition to the longer-known textual record, preliminary geoarchaeological surveys have recently provided evidence of a sacred canal at the Temple of Bastet at Bubastis. In order to further explore the location, shape, and course of this canal and to find evidence of the existence of a second waterway, also described by Herodotus, 34 drillings and five 2D geoelectrical measurements were carried out in 2019 and 2020 near the temple. The drillings and 2D ERT surveying revealed loamy to clayey deposits with a thickness of up to five meters, most likely deposited in a very low energy fluvial system (i.e., a canal), allowing the reconstruction of two separate sacred canals both north and south of the Temple of Bastet. In addition to the course of the canals, the width of about 30 m fits Herodotus’ description of the sacred waterways. The presence of numerous artefacts proved the anthropogenic use of the ancient canals, which were presumably connected to the Nile via a tributary or canal located west or northwest of Bubastis. KW - ancient Egypt KW - Tell Basta KW - sacred lakes KW - Herodotus KW - ERT KW - drilling KW - Isheru Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246129 SN - 2076-3263 VL - 11 IS - 9 ER - TY - THES A1 - Blättler, Regine T1 - Rezente fluviale Morphodynamik im Stubaital, Tirol N2 - Andauernde Starkniederschläge führten 1987 in zahlreichen Alpentälem zu schweren Hochwasser- und Murkatastrophen. Auch das von der Ruetz entwässerte Tiroler Stubaital südwestlich Innsbruck zählte zu den betroffenen Tälern. Im Abstand von nur sechs Wochen verursachten hier zwei Hochwasserereignisse ähnlichen Ausmaßes schwere Verwüstungen und Landschaftsschäden. Die Auswirkungen beider Hochwässer bildeten die Ansatzpunkte der als Teilprojekt Stubai von Mitte 1988 bis Ende 1991 im Stubaital und einem seiner Seitentäler laufenden Forschungsarbeit. Das Hauptinteresse galt dabei, nach Abschluß einer ausführlichen Schadenskartierung und Photodokumentation, den Ursachen, Zusammenhängen und Auswirkungen einzelner morphodynamisch wirksamer Prozesse. Verschiedene Felduntersuchungen in einem Seitental des Stubaitales gaben hinsichtlich des Zusammenspiels von Abfluß, Niederschlag, Hangabtrag und Vegetation Aufschluß darüber, wann, wie und in welchem Zeitraum einzelne morphodynamisch wirksame Prozesse im Bachbett bzw. im Kontaktbereich Hang/Bach ablaufen. Um Aussagen darüber machen zu können, inwieweit das Hochwassersedimentationsverhalten der Ruetz innerhalb der letzten Jahrhunderte klimatisch beeinflußt wurde, und ob die touristische Erschließung des hinteren Stubaitales das Hochwasserabflußgeschehen der Ruetz in Bezug auf Häufigkeit und Intensität in den letzten Jahren erkennbar beeinflußte, wurden im Auebereich der Ruetz mehrere Schlitzsonden- und Kernbohrungen abgeteuft. Die Auswertung der Bohrkeme und verschiedene Laboranalysen des gewonnenen Probenmaterials gaben einerseits Auskunft über Zusammensetzung, Mächtigkeit und Herkunft einzelner Hochwasserablagerungen, andererseits konnten anhand dieser Aussagen das frühere Akkumulationsverhalten und verschiedene Laufverlagerungen der Ruetz für diesen Auebereich rekonstruiert werden. Ebenso konnte der direkte Einfluß des Menschen auf das Hochwassersed imentationsgeschehen und somit die anthropogene Beeinflussung der Hochflut-/Auedynamik bereits für historische Zeit festgestellt und belegt werden. T3 - Würzburger Geographische Arbeiten - 90 KW - Stubai KW - Fluss KW - Dynamische Geomorphologie Y1 - 1995 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239248 ER - TY - JOUR A1 - Usman, Muhammad A1 - Reimann, Thomas A1 - Liedl, Rudolf A1 - Abbas, Azhar A1 - Conrad, Christopher A1 - Saleem, Shoaib T1 - Inverse parametrization of a regional groundwater flow model with the aid of modelling and GIS: test and application of different approaches JF - ISPRS International Journal of Geo-Information N2 - The use of inverse methods allow efficient model calibration. This study employs PEST to calibrate a large catchment scale transient flow model. Results are demonstrated by comparing manually calibrated approaches with the automated approach. An advanced Tikhonov regularization algorithm was employed for carrying out the automated pilot point (PP) method. The results indicate that automated PP is more flexible and robust as compared to other approaches. Different statistical indicators show that this method yields reliable calibration as values of coefficient of determination (R-2) range from 0.98 to 0.99, Nash Sutcliffe efficiency (ME) range from 0.964 to 0.976, and root mean square errors (RMSE) range from 1.68 m to 1.23 m, for manual and automated approaches, respectively. Validation results of automated PP show ME as 0.969 and RMSE as 1.31 m. The results of output sensitivity suggest that hydraulic conductivity is a more influential parameter. Considering the limitations of the current study, it is recommended to perform global sensitivity and linear uncertainty analysis for the better estimation of the modelling results. KW - pilot-point-approach KW - inverse parameterization KW - groundwater KW - sensitivity analysis KW - tikhonov regularization KW - PEST Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175721 VL - 7 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Ziegler, Katrin A1 - Pollinger, Felix A1 - Böll, Susanne A1 - Paeth, Heiko T1 - Statistical modeling of phenology in Bavaria based on past and future meteorological information JF - Theoretical and Applied Climatology N2 - Plant phenology is well known to be affected by meteorology. Observed changes in the occurrence of phenological phases arecommonly considered some of the most obvious effects of climate change. However, current climate models lack a representationof vegetation suitable for studying future changes in phenology itself. This study presents a statistical-dynamical modelingapproach for Bavaria in southern Germany, using over 13,000 paired samples of phenological and meteorological data foranalyses and climate change scenarios provided by a state-of-the-art regional climate model (RCM). Anomalies of severalmeteorological variables were used as predictors and phenological anomalies of the flowering date of the test plantForsythiasuspensaas predictand. Several cross-validated prediction models using various numbers and differently constructed predictorswere developed, compared, and evaluated via bootstrapping. As our approach needs a small set of meteorological observationsper phenological station, it allows for reliable parameter estimation and an easy transfer to other regions. The most robust andsuccessful model comprises predictors based on mean temperature, precipitation, wind velocity, and snow depth. Its averagecoefficient of determination and root mean square error (RMSE) per station are 60% and ± 8.6 days, respectively. However, theprediction error strongly differs among stations. When transferred to other indicator plants, this method achieves a comparablelevel of predictive accuracy. Its application to two climate change scenarios reveals distinct changes for various plants andregions. The flowering date is simulated to occur between 5 and 25 days earlier at the end of the twenty-first century comparedto the phenology of the reference period (1961–1990). KW - statistical modeling KW - phenology KW - Bavaria Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232717 SN - 0177-798X VL - 140 ER - TY - JOUR A1 - Libanda, Brigadier A1 - Paeth, Heiko T1 - Modelling wind speed across Zambia: Implications for wind energy JF - International Journal of Climatology N2 - Wind energy is a key option in global dialogues about climate change mitigation. Here, we combined observations from surface wind stations, reanalysis datasets, and state‐of‐the‐art regional climate models from the Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX Africa) to study the current and future wind energy potential in Zambia. We found that winds are dominated by southeasterlies and are rarely strong with an average speed of 2.8 m·s\(^{−1}\). When we converted the observed surface wind speed to a turbine hub height of 100 m, we found a ~38% increase in mean wind speed for the period 1981–2000. Further, both simulated and observed wind speed data show statistically significant increments across much of the country. The only areas that divert from this upward trend of wind speeds are the low land terrains of the Eastern Province bordering Malawi. Examining projections of wind power density (WPD), we found that although wind speed is increasing, it is still generally too weak to support large‐scale wind power generation. We found a meagre projected annual average WPD of 46.6 W·m\(^{−2}\). The highest WPDs of ~80 W·m\(^{−2}\) are projected in the northern and central parts of the country while the lowest are to be expected along the Luangwa valley in agreement with wind speed simulations. On average, Zambia is expected to experience minor WPD increments of 0.004 W·m\(^{−2}\) per year from 2031 to 2050. We conclude that small‐scale wind turbines that accommodate cut‐in wind speeds of 3.8 m·s\(^{−1}\) are the most suitable for power generation in Zambia. Further, given the limitations of small wind turbines, they are best suited for rural and suburban areas of the country where obstructions are few, thus making them ideal for complementing the government of the Republic of Zambia's rural electrification efforts. KW - CORDEX Africa KW - renewable energy KW - wind speed KW - Zambia Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312134 VL - 43 IS - 2 SP - 772 EP - 786 ER - TY - JOUR A1 - Ibebuchi, Chibuike Chiedozie A1 - Paeth, Heiko T1 - The Imprint of the Southern Annular Mode on Black Carbon AOD in the Western Cape Province JF - Atmosphere N2 - This study examines the relationship between variations of the Southern Annular Mode (SAM) and black carbon (BC) at 550 nm aerosol optical depth (AOD) in the Western Cape province (WC). Variations of the positive (negative) phase of the SAM are found to be related to regional circulation types (CTs) in southern Africa, associated with suppressed (enhanced) westerly wind over the WC through the southward (northward) migration of Southern Hemisphere mid-latitude cyclones. The CTs related to positive (negative) SAM anomalies induce stable (unstable) atmospheric conditions over the southwestern regions of the WC, especially during the austral winter and autumn seasons. Through the control of CTs, positive (negative) SAM phases tend to contribute to the build-up (dispersion and dilution) of BC in the study region because they imply dry (wet) conditions which favor the build-up (washing out) of pollutant particles in the atmosphere. Indeed, recent years with an above-average frequency of CTs related to positive (negative) SAM anomalies are associated with a high (low) BC AOD over southwesternmost Africa. KW - black carbon AOD KW - Western Cape KW - southern annular mode KW - circulation type KW - air quality Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248387 SN - 2073-4433 VL - 12 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Mayr, Stefan A1 - Klein, Igor A1 - Rutzinger, Martin A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Determining temporal uncertainty of a global inland surface water time series JF - Remote Sensing N2 - Earth observation time series are well suited to monitor global surface dynamics. However, data products that are aimed at assessing large-area dynamics with a high temporal resolution often face various error sources (e.g., retrieval errors, sampling errors) in their acquisition chain. Addressing uncertainties in a spatiotemporal consistent manner is challenging, as extensive high-quality validation data is typically scarce. Here we propose a new method that utilizes time series inherent information to assess the temporal interpolation uncertainty of time series datasets. For this, we utilized data from the DLR-DFD Global WaterPack (GWP), which provides daily information on global inland surface water. As the time series is primarily based on optical MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) images, the requirement of data gap interpolation due to clouds constitutes the main uncertainty source of the product. With a focus on different temporal and spatial characteristics of surface water dynamics, seven auxiliary layers were derived. Each layer provides probability and reliability estimates regarding water observations at pixel-level. This enables the quantification of uncertainty corresponding to the full spatiotemporal range of the product. Furthermore, the ability of temporal layers to approximate unknown pixel states was evaluated for stratified artificial gaps, which were introduced into the original time series of four climatologic diverse test regions. Results show that uncertainty is quantified accurately (>90%), consequently enhancing the product's quality with respect to its use for modeling and the geoscientific community. KW - Earth observation KW - interpolation KW - MODIS KW - optical remote sensing KW - probability KW - reliability KW - validation KW - variability Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245234 SN - 2072-4292 VL - 13 IS - 17 ER - TY - JOUR A1 - Sogno, Patrick A1 - Klein, Igor A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Remote sensing of surface water dynamics in the context of global change — a review JF - Remote Sensing N2 - Inland surface water is often the most accessible freshwater source. As opposed to groundwater, surface water is replenished in a comparatively quick cycle, which makes this vital resource — if not overexploited — sustainable. From a global perspective, freshwater is plentiful. Still, depending on the region, surface water availability is severely limited. Additionally, climate change and human interventions act as large-scale drivers and cause dramatic changes in established surface water dynamics. Actions have to be taken to secure sustainable water availability and usage. This requires informed decision making based on reliable environmental data. Monitoring inland surface water dynamics is therefore more important than ever. Remote sensing is able to delineate surface water in a number of ways by using optical as well as active and passive microwave sensors. In this review, we look at the proceedings within this discipline by reviewing 233 scientific works. We provide an extensive overview of used sensors, the spatial and temporal resolution of studies, their thematic foci, and their spatial distribution. We observe that a wide array of available sensors and datasets, along with increasing computing capacities, have shaped the field over the last years. Multiple global analysis-ready products are available for investigating surface water area dynamics, but so far none offer high spatial and temporal resolution. KW - remote sensing KW - surface water KW - dynamics KW - global change KW - earth observation KW - hydrology KW - biosphere KW - anthroposphere KW - review Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-275274 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Lappe, Ronja A1 - Ullmann, Tobias A1 - Bachofer, Felix T1 - State of the Vietnamese coast — assessing three decades (1986 to 2021) of coastline dynamics using the Landsat archive JF - Remote Sensing N2 - Vietnam's 3260 km coastline is densely populated, experiences rapid urban and economic growth, and faces at the same time a high risk of coastal hazards. Satellite archives provide a free and powerful opportunity for long-term area-wide monitoring of the coastal zone. This paper presents an automated analysis of coastline dynamics from 1986 to 2021 for Vietnam's entire coastal zone using the Landsat archive. The proposed method is implemented within the cloud-computing platform Google Earth Engine to only involve publicly and globally available datasets and tools. We generated annual coastline composites representing the mean-high water level and extracted sub-pixel coastlines. We further quantified coastline change rates along shore-perpendicular transects, revealing that half of Vietnam's coast did not experience significant change, while the remaining half is classified as erosional (27.7%) and accretional (27.1%). A hotspot analysis shows that coastal segments with the highest change rates are concentrated in the low-lying deltas of the Mekong River in the south and the Red River in the north. Hotspots with the highest accretion rates of up to +47 m/year are mainly associated with the construction of artificial coastlines, while hotspots with the highest erosion rates of −28 m/year may be related to natural sediment redistribution and human activity. KW - coastline dynamics KW - Landsat archive KW - sub-pixel coastline extraction KW - time series KW - hotspot analysis KW - Google Earth Engine Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-275281 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Yang, Xuting A1 - Yao, Wanqiang A1 - Li, Pengfei A1 - Hu, Jinfei A1 - Latifi, Hooman A1 - Kang, Li A1 - Wang, Ningjing A1 - Zhang, Dingming T1 - Changes of SOC content in China's Shendong coal mining area during 1990–2020 investigated using remote sensing techniques JF - Sustainability N2 - Coal mining, an important human activity, disturbs soil organic carbon (SOC) accumulation and decomposition, eventually affecting terrestrial carbon cycling and the sustainability of human society. However, changes of SOC content and their relation with influential factors in coal mining areas remained unclear. In the study, predictive models of SOC content were developed based on field sampling and Landsat images for different land-use types (grassland, forest, farmland, and bare land) of the largest coal mining area in China (i.e., Shendong). The established models were employed to estimate SOC content across the Shendong mining area during 1990–2020, followed by an investigation into the impacts of climate change and human disturbance on SOC content by a Geo-detector. Results showed that the models produced satisfactory results (R\(^2\) > 0.69, p < 0.05), demonstrating that SOC content over a large coal mining area can be effectively assessed using remote sensing techniques. Results revealed that average SOC content in the study area rose from 5.67 gC·kg\(^{−1}\) in 1990 to 9.23 gC·kg\(^{−1}\) in 2010 and then declined to 5.31 gC·Kg\(^{−1}\) in 2020. This could be attributed to the interaction between the disturbance of soil caused by coal mining and the improvement of eco-environment by land reclamation. Spatially, the SOC content of farmland was the highest, followed by grassland, and that of bare land was the lowest. SOC accumulation was inhibited by coal mining activities, with the effect of high-intensity mining being lower than that of moderate- and low-intensity mining activities. Land use was found to be the strongest individual influencing factor for SOC content changes, while the interaction between vegetation coverage and precipitation exerted the most significant influence on the variability of SOC content. Furthermore, the influence of mining intensity combined with precipitation was 10 times higher than that of mining intensity alone. KW - loess plateau KW - coal mining area KW - SOC content prediction KW - human disturbance KW - vegetation restoration KW - climate change Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-278939 SN - 2071-1050 VL - 14 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Emmert, Adrian A1 - Kneisel, Christof T1 - Internal structure and palsa development at Orravatnsrústir Palsa Site (Central Iceland), investigated by means of integrated resistivity and ground‐penetrating radar methods JF - Permafrost and Periglacial Processes N2 - The natural cyclical development of palsas makes it difficult to use visible signs of decay as reference points for environmental change. Thus, to determine the actual development stage of a palsa, investigations of the internal structure are crucial. Our study presents 2‐D and 3‐D electrical resistivity imaging (ERI) and 2‐D ground‐penetrating radar (GPR) results, measurements of surface and subsurface temperatures, and of the soil matric potential from Orravatnsrústir Palsa Site in Central Iceland. By a joint interpretation of the results, we deduce the internal structure (i.e., thickness of thaw zone and permafrost, ice/water content) of five palsas of different size and shape. The results differentiate between initial and mature development stages and show that palsas of different development stages can exist in close proximity. While internal characteristics indicate undisturbed development of four palsas, one palsa shows indications of environmental change. Our study shows the value of the multimethod geophysical approach and introduces measurements of the soil matric potential as a promising method to assess the current state of the subsurface. KW - 3‐D electrical resistivity imaging KW - ground‐penetrating radar KW - palsa development KW - soil matric potential Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238933 VL - 32 IS - 3 SP - 503 EP - 519 ER - TY - JOUR A1 - Ibebuchi, Chibuike Chiedozie T1 - On the representation of atmospheric circulation modes in regional climate models over Western Europe JF - International Journal of Climatology N2 - Atmospheric circulation is a key driver of climate variability, and the representation of atmospheric circulation modes in regional climate models (RCMs) can enhance the credibility of regional climate projections. This study examines the representation of large‐scale atmospheric circulation modes in Coupled Model Inter‐comparison Project phase 5 RCMs once driven by ERA‐Interim, and by two general circulation models (GCMs). The study region is Western Europe and the circulation modes are classified using the Promax rotated T‐mode principal component analysis. The results indicate that the RCMs can replicate the classified atmospheric modes as obtained from ERA5 reanalysis, though with biases dependent on the data providing the lateral boundary condition and the choice of RCM. When the boundary condition is provided by ERA‐Interim that is more consistent with observations, the simulated map types and the associating time series match well with their counterparts from ERA5. Further, on average, the multi‐model ensemble mean of the analysed RCMs, driven by ERA‐Interim, indicated a slight improvement in the representation of the modes obtained from ERA5. Conversely, when the RCMs are driven by the GCMs that are models without assimilation of observational data, the representation of the atmospheric modes, as obtained from ERA5, is relatively less accurate compared to when the RCMs are driven by ERA‐Interim. This suggests that the biases stem from the GCMs. On average, the representation of the modes was not improved in the multi‐model ensemble mean of the five analysed RCMs driven by either of the GCMs. However, when the best‐performed RCMs were selected on average the ensemble mean indicated a slight improvement. Moreover, the presence of the North Atlantic Oscillation (NAO) in the simulated modes depends also on the lateral boundary conditions. The relationship between the modes and the NAO was replicated only when the RCMs were driven by reanalysis. The results indicate that the forcing model is the main factor in reproducing the atmospheric circulation. KW - general circulation model KW - large‐scale atmospheric circulation modes KW - multi‐model ensemble KW - regional climate model KW - Western Europe Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312424 VL - 43 IS - 1 SP - 668 EP - 682 ER - TY - JOUR A1 - Geyer, Gerd A1 - Landing, Ed T1 - The Souss lagerstatte of the Anti-Atlas, Morocco: discovery of the first Cambrian fossil lagerstatte from Africa JF - Scientific Reports N2 - Episodic low oxygenated conditions on the sea-floor are likely responsible for exceptional preservation of animal remains in the upper Amouslek Formation (lower Cambrian, Stage 3) on the northern slope of the western Anti-Atlas, Morocco. This stratigraphic interval has yielded trilobite, brachiopod, and hyolith fossils with preserved soft parts, including some of the oldest known trilobite guts. The "Souss fossil lagerstatte" (newly proposed designation) represents the first Cambrian fossil lagerstatte in Cambrian strata known from Africa and is one of the oldest trilobite-bearing fossil lagerstatten on Earth. Inter-regional correlation of the Souss fossil lagerstatte in West Gondwana suggests its development during an interval of high eustatic levels recorded by dark shales that occur in informal upper Cambrian Series 2 in Siberia, South China, and East Gondwana. KW - biodiversity KW - palaeontology KW - sedimentology Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259236 VL - 11 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Stanley, Jean-Daniel A1 - Ullmann, Tobias A1 - Lange-Athinodorou, Eva T1 - Holocene aridity-induced interruptions of human activity along a fluvial channel in Egypt's northern delta JF - Quaternary N2 - Geoarchaeological information presented here pertains to a subsidiary Nile channel that once flowed west of the main Sebennitic distributary and discharged its water and sediments at Egypt’s then north-central deltaic coast. Periodical paleoclimatic episodes during the later Middle and Upper Holocene included decreased rainfall and increased aridity that reduced the Nile’s flow levels and thus likely disrupted nautical transport and anthropogenic activity along this channel. Such changes in this deltaic sector, positioned adjacent to the Levantine Basin in the Eastern Mediterranean, can be attributed to climatic shifts triggered as far as the North Atlantic to the west, and African highland source areas of the Egyptian Nile to the south. Of special interest in a study core recovered along the channel are several sediment sequences without anthropogenic material that are interbedded between strata comprising numerous potsherds. The former are interpreted here as markers of increased regional aridity and reduced Nile flow which could have periodically disrupted the regional distribution of goods and nautical activities. Such times occurred ~5000 years B.P., ~4200–4000 years B.P., ~3200–2800 years B.P., ~2300–2200 years B.P., and more recently. Periods comparable to these are also identified by altered proportions of pollen, isotopic and compositional components in different radiocarbon-dated Holocene cores recovered elsewhere in the Nile delta, the Levantine region to the east and north of Egypt, and in the Faiyum depression south of the delta. KW - Nile delta KW - Sebennitic KW - paleoenvironment KW - paleoclimate KW - Nile flow KW - geoarchaeology Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-250285 SN - 2571-550X VL - 4 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Remelgado, Ruben A1 - Leutner, Benjamin A1 - Safi, Kamran A1 - Sonnenschein, Ruth A1 - Kuebert, Carina A1 - Wegmann, Martin T1 - Linking animal movement and remote sensing - mapping resource suitability from a remote sensing perspective JF - Remote Sensing in Ecology and Conservation N2 - Optical remote sensing is an important tool in the study of animal behavior providing ecologists with the means to understand species-environment interactions in combination with animal movement data. However, differences in spatial and temporal resolution between movement and remote sensing data limit their direct assimilation. In this context, we built a data-driven framework to map resource suitability that addresses these differences as well as the limitations of satellite imagery. It combines seasonal composites of multiyear surface reflectances and optimized presence and absence samples acquired with animal movement data within a cross-validation modeling scheme. Moreover, it responds to dynamic, site-specific environmental conditions making it applicable to contrasting landscapes. We tested this framework using five populations of White Storks (Ciconia ciconia) to model resource suitability related to foraging achieving accuracies from 0.40 to 0.94 for presences and 0.66 to 0.93 for absences. These results were influenced by the temporal composition of the seasonal reflectances indicated by the lower accuracies associated with higher day differences in relation to the target dates. Additionally, population differences in resource selection influenced our results marked by the negative relationship between the model accuracies and the variability of the surface reflectances associated with the presence samples. Our modeling approach spatially splits presences between training and validation. As a result, when these represent different and unique resources, we face a negative bias during validation. Despite these inaccuracies, our framework offers an important basis to analyze species-environment interactions. As it standardizes site-dependent behavioral and environmental characteristics, it can be used in the comparison of intra- and interspecies environmental requirements and improves the analysis of resource selection along migratory paths. Moreover, due to its sensitivity to differences in resource selection, our approach can contribute toward a better understanding of species requirements. KW - Landsat KW - movement ecology KW - optical remote sensing KW - resource mapping KW - resource suitability KW - surface reflectances Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225199 VL - 4 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Paeth, Heiko A1 - Pollinger, Felix T1 - Changes in mean flow and atmospheric wave activity in the North Atlantic sector JF - Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society N2 - In recent years, the midlatitudes are characterized by more intense heatwaves in summer and sometimes severe cold spells in winter that might emanate from changes in atmospheric circulation, including synoptic‐scale and planetary wave activity in the midlatitudes. In this study, we investigate the heat and momentum exchange between the mean flow and atmospheric waves in the North Atlantic sector and adjacent continents by means of the physically consistent Eliassen–Palm flux diagnostics applied to reanalysis and forced climate model data. In the long‐term mean, momentum is transferred from the mean flow to atmospheric waves in the northwest Atlantic region, where cyclogenesis prevails. Further downstream over Europe, eddy fluxes return momentum to the mean flow, sustaining the jet stream against friction. A global climate model is able to reproduce this pattern with high accuracy. Atmospheric variability related to atmospheric wave activity is much more expressed at the intraseasonal rather than the interannual time‐scale. Over the last 40 years, reanalyses reveal a northward shift of the jet stream and a weakening of intraseasonal weather variability related to synoptic‐scale and planetary wave activity. This pertains to the winter and summer seasons, especially over central Europe, and correlates with changes in the North Atlantic Oscillation as well as regional temperature and precipitation. A very similar phenomenon is found in a climate model simulation with business‐as‐usual scenario, suggesting an anthropogenic trigger in the weakening of intraseasonal weather variability in the midlatitudes. KW - atmospheric waves KW - climate change KW - Elissen-Palm flux KW - jet stream Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208079 VL - 145 IS - 725 ER - TY - JOUR A1 - Geyer, Gerd A1 - Pais, Miguel Caldeira A1 - Wotte, Thomas T1 - Unexpectedly curved spines in a Cambrian trilobite: considerations on the spinosity in Kingaspidoides spinirecurvatus sp. nov. from the Anti-Atlas, Morocco, and related Cambrian ellipsocephaloids JF - PalZ N2 - The new ellipsocephaloid trilobite species Kingaspidoides spinirecurvatus has a spectacular morphology because of a unique set of two long and anteriorly recurved spines on the occipital ring and the axial ring of thoracic segment 8. Together with the long genal spines this whimsical dorsally directed spine arrangement is thought to act as a non-standard protective device against predators. This is illustrated by the body posture during different stages of enrolment, contrasting with the more sophisticated spinosities seen in later trilobites, which are discussed in brief. Kingaspidoides spinirecurvatus from the lower–middle Cambrian boundary interval of the eastern Anti-Atlas in Morocco has been known for about two decades, with specimens handled as precious objects on the fossil market. Similar, but far less spectacular, spine arrangements on the thoracic axial rings are known from other ellipsocephaloid trilobites from the Anti-Atlas of Morocco and the Franconian Forest region of Germany. This suggests that an experimental phase of spine development took place within the Kingaspi-doides clade during the early–middle Cambrian boundary interval. KW - Cambrian KW - Trilobita KW - Systematics KW - Biostratigraphy KW - West Gondwana KW - Morocco Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231873 SN - 0031-0220 VL - 94 ER - TY - JOUR A1 - Höhn, Stefan A1 - Frimmel, Hartwig E. A1 - Debaille, Vinciane A1 - Price, Westley T1 - Pre‐Klondikean oxidation prepared the ground for Broken Hill‐type mineralization in South Africa JF - Terra Nova N2 - New Cu isotope data obtained on chalcopyrite from the Black Mountain and the Broken Hill deposits in the medium‐ to high‐grade metamorphic Aggeneys‐Gamsberg ore district (South Africa) require a revision of our understanding of the genesis of metamorphic Broken Hill‐type massive sulphide deposits. Chalcopyrite from both deposits revealed unusually wide ranges in δ\(^{65}\)Cu (−2.41 to 2.84‰ NIST 976 standard) in combination with distinctly positive mean values (0.27 and 0.94‰, respectively). This is interpreted to reflect derivation from various silicate and oxide precursor minerals in which Cu occurred in higher oxidation states. Together with the observation of a typical supergene base metal distribution within the deposits and their spatial association with an unconformity only meters above the ore horizon, our new data are best explained by supergene oxidation of originally possibly SEDEX deposits prior to metamorphic sulphide formation, between the Okiepian (1,210–1,180 Ma) and Klondikean (1,040–1,020 Ma) orogenic events. KW - South Africa KW - mineralization KW - Broken Hill Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218545 VL - 33 IS - 2 SP - 168 EP - 173 ER - TY - JOUR A1 - Hardaker, Sina T1 - More Than Infrastructure Providers – Digital Platforms' Role and Power in Retail Digitalisation in Germany JF - Tijdschrift voor Economische en Sociale Geografie N2 - Digital platforms, such as Amazon, represent the major beneficiaries of the Covid‐19 crisis. This study examines the role of digital platforms and their engagement in digitalisation initiatives targeting (small) brick‐and‐mortar retailers in Germany, thereby contributing to a better understanding of how digital platforms augment, substitute or reorganise physical retail spaces. This study applies a mixed‐method approach based on qualitative interviews, participant observation as well as media analysis. First, the study illustrates the controversial role of digital platforms by positioning themselves as supporting partners of the (offline) retailers, while simultaneously shifting power towards the platforms themselves. Second, digital platforms have established themselves not only as infrastructure providers but also as actors within these infrastructures, framing digital as well as physical retail spaces, inter alia due to their role as publicly legitimised retail advisers. Third, while institutions want to help retailers to survive, they simultaneously enhance retailers' dependency on digital platforms. KW - platform economy KW - digitalisation initiative KW - e‐commerce KW - Covid‐19 KW - two‐sided markets KW - framing Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-287297 VL - 113 IS - 3 SP - 310 EP - 328 ER - TY - JOUR A1 - Ibebuchi, Chibuike Chiedozie T1 - Revisiting the 1992 severe drought episode in South Africa: the role of El Niño in the anomalies of atmospheric circulation types in Africa south of the equator JF - Theoretical and Applied Climatology N2 - During strong El Niño events, below-average rainfall is expected in large parts of southern Africa. The 1992 El Niño season was associated with one of the worst drought episodes in large parts of South Africa. Using reanalysis data set from NCEP-NCAR, this study examined circulation types (CTs) in Africa south of the equator that are statistically related to the El Niño signal in the southwest Indian Ocean and the implication of this relationship during the 1992 drought episode in South Africa. A statistically significant correlation was found between the above-average Nino 3.4 index and a CT that features widespread cyclonic activity in the tropical southwest Indian Ocean, coupled with a weaker state of the south Indian Ocean high-pressure. During the analysis period, it was found that the El Niño signal enhanced the amplitude of the aforementioned CT. The impacts of the El Niño signal on CTs in southern Africa, which could have contributed to the 1992 severe drought episode in South Africa, were reflected in (i) robust decrease in the frequency of occurrence of the austral summer climatology pattern of atmospheric circulation that favors southeasterly moisture fluxes, advected by the South Indian Ocean high-pressure; (ii) modulation of easterly moisture fluxes, advected by the South Atlantic Ocean high-pressure, ridging south of South Africa; (iii) and enhancement of the amplitude of CTs that both enhances subsidence over South Africa, and associated with the dominance of westerlies across the Agulhas current. Under the ssp585 scenario, the analyzed climate models suggested that the impact of radiative heating on the CT significantly related to El Niño might result in an anomalous increase in surface pressure at the eastern parts of South Africa. KW - South Africa KW - drought KW - El Niño Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-268569 SN - 1434-4483 VL - 146 IS - 1-2 ER - TY - JOUR A1 - Kacic, Patrick A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Forest biodiversity monitoring based on remotely sensed spectral diversity — a review JF - Remote Sensing N2 - Forests are essential for global environmental well-being because of their rich provision of ecosystem services and regulating factors. Global forests are under increasing pressure from climate change, resource extraction, and anthropologically-driven disturbances. The results are dramatic losses of habitats accompanied with the reduction of species diversity. There is the urgent need for forest biodiversity monitoring comprising analysis on α, β, and γ scale to identify hotspots of biodiversity. Remote sensing enables large-scale monitoring at multiple spatial and temporal resolutions. Concepts of remotely sensed spectral diversity have been identified as promising methodologies for the consistent and multi-temporal analysis of forest biodiversity. This review provides a first time focus on the three spectral diversity concepts “vegetation indices”, “spectral information content”, and “spectral species” for forest biodiversity monitoring based on airborne and spaceborne remote sensing. In addition, the reviewed articles are analyzed regarding the spatiotemporal distribution, remote sensing sensors, temporal scales and thematic foci. We identify multispectral sensors as primary data source which underlines the focus on optical diversity as a proxy for forest biodiversity. Moreover, there is a general conceptual focus on the analysis of spectral information content. In recent years, the spectral species concept has raised attention and has been applied to Sentinel-2 and MODIS data for the analysis from local spectral species to global spectral communities. Novel remote sensing processing capacities and the provision of complementary remote sensing data sets offer great potentials for large-scale biodiversity monitoring in the future. KW - forest KW - biodiversity KW - alpha diversity KW - beta diversity KW - gamma diversity KW - spectral variation hypothesis KW - spectral diversity KW - optical diversity KW - satellite data KW - remote sensing Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-290535 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 21 ER - TY - JOUR A1 - Ayala-Carrillo, Mariana A1 - Farfán, Michelle A1 - Cárdenas-Nielsen, Anahí A1 - Lemoine-Rodríguez, Richard T1 - Are wildfires in the wildland-urban interface increasing temperatures? A land surface temperature assessment in a semi-arid Mexican city JF - Land N2 - High rates of land conversion due to urbanization are causing fragmented and dispersed spatial patterns in the wildland-urban interface (WUI) worldwide. The occurrence of anthropogenic fires in the WUI represents an important environmental and social issue, threatening not only vegetated areas but also periurban inhabitants, as is the case in many Latin American cities. However, research has not focused on the dynamics of the local climate in the WUI. This study analyzes whether wildfires contribute to the increase in land surface temperature (LST) in the WUI of the metropolitan area of the city of Guanajuato (MACG), a semi-arid Mexican city. We estimated the pre- and post-fire LST for 2018–2021. Spatial clusters of high LST were detected using hot spot analysis and examined using ANOVA and Tukey’s post-hoc statistical tests to assess whether LST is related to the spatial distribution of wildfires during our study period. Our results indicate that the areas where the wildfires occurred, and their surroundings, show higher LST. This has negative implications for the local ecosystem and human population, which lacks adequate infrastructure and services to cope with the effects of rising temperatures. This is the first study assessing the increase in LST caused by wildfires in a WUI zone in Mexico. KW - fire KW - grassland KW - urban climate KW - burned area KW - periurban Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-297308 SN - 2073-445X VL - 11 IS - 12 ER - TY - THES A1 - Dhillon, Maninder Singh T1 - Potential of Remote Sensing in Modeling Long-Term Crop Yields T1 - Potenzial der Fernerkundung für die Modellierung Langfristiger Ernteerträge N2 - Accurate crop monitoring in response to climate change at a regional or field scale plays a significant role in developing agricultural policies, improving food security, forecasting, and analysing global trade trends. Climate change is expected to significantly impact agriculture, with shifts in temperature, precipitation patterns, and extreme weather events negatively affecting crop yields, soil fertility, water availability, biodiversity, and crop growing conditions. Remote sensing (RS) can provide valuable information combined with crop growth models (CGMs) for yield assessment by monitoring crop development, detecting crop changes, and assessing the impact of climate change on crop yields. This dissertation aims to investigate the potential of RS data on modelling long-term crop yields of winter wheat (WW) and oil seed rape (OSR) for the Free State of Bavaria (70,550 km2 ), Germany. The first chapter of the dissertation describes the reasons favouring the importance of accurate crop yield predictions for achieving sustainability in agriculture. Chapter second explores the accuracy assessment of the synthetic RS data by fusing NDVIs of two high spatial resolution data (high pair) (Landsat (30 m, 16-days; L) and Sentinel-2 (10 m, 5–6 days; S), with four low spatial resolution data (low pair) (MOD13Q1 (250 m, 16-days), MCD43A4 (500 m, one day), MOD09GQ (250 m, one-day), and MOD09Q1 (250 m, 8-days)) using the spatial and temporal adaptive reflectance fusion model (STARFM), which fills regions' cloud or shadow gaps without losing spatial information. The chapter finds that both L-MOD13Q1 (R2 = 0.62, RMSE = 0.11) and S-MOD13Q1 (R2 = 0.68, RMSE = 0.13) are more suitable for agricultural monitoring than the other synthetic products fused. Chapter third explores the ability of the synthetic spatiotemporal datasets (obtained in chapter 2) to accurately map and monitor crop yields of WW and OSR at a regional scale. The chapter investigates and discusses the optimal spatial (10 m, 30 m, or 250 m), temporal (8 or 16-day) and CGMs (World Food Studies (WOFOST), and the semi-empiric light use efficiency approach (LUE)) for accurate crop yield estimations of both crop types. Chapter third observes that the observations of high temporal resolution (8-day) products of both S-MOD13Q1 and L-MOD13Q1 play a significant role in accurately measuring the yield of WW and OSR. The chapter investigates that the simple light use efficiency (LUE) model (R2 = 0.77 and relative RMSE (RRMSE) = 8.17%) that required fewer input parameters to simulate crop yield is highly accurate, reliable, and more precise than the complex WOFOST model (R2 = 0.66 and RRMSE = 11.35%) with higher input parameters. Chapter four researches the relationship of spatiotemporal fusion modelling using STRAFM on crop yield prediction for WW and OSR using the LUE model for Bavaria from 2001 to 2019. The chapter states the high positive correlation coefficient (R) = 0.81 and R = 0.77 between the yearly R2 of synthetic accuracy and modelled yield accuracy for WW and OSR from 2001 to 2019, respectively. The chapter analyses the impact of climate variables on crop yield predictions by observing an increase in R2 (0.79 (WW)/0.86 (OSR)) and a decrease in RMSE (4.51/2.57 dt/ha) when the climate effect is included in the model. The fifth chapter suggests that the coupling of the LUE model to the random forest (RF) model can further reduce the relative root mean square error (RRMSE) from -8% (WW) and -1.6% (OSR) and increase the R2 by 14.3% (for both WW and OSR), compared to results just relying on LUE. The same chapter concludes that satellite-based crop biomass, solar radiation, and temperature are the most influential variables in the yield prediction of both crop types. Chapter six attempts to discuss both pros and cons of RS technology while analysing the impact of land use diversity on crop-modelled biomass of WW and OSR. The chapter finds that the modelled biomass of both crops is positively impacted by land use diversity to the radius of 450 (Shannon Diversity Index ~0.75) and 1050 m (~0.75), respectively. The chapter also discusses the future implications by stating that including some dependent factors (such as the management practices used, soil health, pest management, and pollinators) could improve the relationship of RS-modelled crop yields with biodiversity. Lastly, chapter seven discusses testing the scope of new sensors such as unmanned aerial vehicles, hyperspectral sensors, or Sentinel-1 SAR in RS for achieving accurate crop yield predictions for precision farming. In addition, the chapter highlights the significance of artificial intelligence (AI) or deep learning (DL) in obtaining higher crop yield accuracies. N2 - Die genaue Überwachung von Nutzpflanzen als Reaktion auf den Klimawandel auf regionaler oder feldbezogener Ebene spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Agrarpolitiken, der Verbesserung der Ernährungssicherheit, der Erstellung von Prognosen und der Analyse von Trends im Welthandel. Es wird erwartet, dass sich der Klimawandel erheblich auf die Landwirtschaft auswirken wird, da sich Verschiebungen bei den Temperaturen, Niederschlagsmustern und extremen Wetterereignissen negativ auf die Ernteerträge, die Bodenfruchtbarkeit, die Wasserverfügbarkeit, die Artenvielfalt und die Anbaubedingungen auswirken werden. Die Fernerkundung (RS) kann in Kombination mit Wachstumsmodellen (CGM) wertvolle Informationen für die Ertragsbewertung liefern, indem sie die Entwicklung von Pflanzen überwacht, Veränderungen bei den Pflanzen erkennt und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ernteerträge bewertet. Ziel dieser Dissertation ist es, das Potenzial von RS-Daten für die Modellierung langfristiger Ernteerträge von Winterweizen (WW) und Ölraps (OSR) für den Freistaat Bayern (70.550 km2 ), Deutschland, zu untersuchen. Das erste Kapitel der Dissertation beschreibt die Gründe, die für die Bedeutung genauer Ernteertragsvorhersagen für die Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft sprechen. Das zweite Kapitel befasst sich mit der Bewertung der Genauigkeit der synthetischen RS Daten durch die Fusion der NDVIs von zwei Daten mit hoher räumlicher Auflösung (hohes Paar) (Landsat (30 m, 16 Tage; L) und Sentinel-2 (10 m, 5-6 Tage; S) mit vier Daten mit geringer räumlicher Auflösung (niedriges Paar) (MOD13Q1 (250 m, 16 Tage), MCD43A4 (500 m, ein Tag), MOD09GQ (250 m, ein Tag) und MOD09Q1 (250 m, 8 Tage)) unter Verwendung des räumlich und zeitlich adaptiven Reflexionsfusionsmodells (STARFM), das Wolken- oder Schattenlücken in Regionen füllt, ohne räumliche Informationen zu verlieren. In diesem Kapitel wird festgestellt, dass sowohl L-MOD13Q1 (R2 = 0,62, RMSE = 0,11) als auch S-MOD13Q1 (R2 = 0,68, RMSE = 0,13) für die Überwachung der Landwirtschaft besser geeignet sind als die anderen fusionierten synthetischen Produkte. Im dritten Kapitel wird untersucht, inwieweit die (in Kapitel 2 gewonnenen) synthetischen raum-zeitlichen Datensätze geeignet sind, die Ernteerträge von WW und OSR auf regionaler Ebene genau zu kartieren und zu überwachen. Das Kapitel untersucht und diskutiert die optimalen räumlichen (10 m, 30 m oder 250 m),zeitlichen (8 oder 16 Tage) und CGMs (World Food Studies (WOFOST) und den semi-empirischen Ansatz der Lichtnutzungseffizienz (LUE)) für genaue Ertragsschätzungen beider Kulturarten. Im dritten Kapitel wird festgestellt, dass die Beobachtung von Produkten mit hoher zeitlicher Auflösung (8 Tage) sowohl des S-MOD13Q1 als auch des L-MOD13Q1 eine wichtige Rolle bei der genauen Messung des Ertrags von WW und OSR spielt. In diesem Kapitel wird untersucht, dass das einfache Modell der Lichtnutzungseffizienz (LUE) (R2 = 0,77 und relativer RMSE (RRMSE) = 8,17 %), das weniger Eingabeparameter zur Simulation des Ernteertrags benötigt, sehr genau, zuverlässig und präziser ist als das komplexe WOFOST-Modell (R2 = 0,66 und RRMSE = 11,35 %) mit höheren Eingabeparametern. In Kapitel vier wird der Zusammenhang zwischen der raum-zeitlichen Fusionsmodellierung mit STRAFM und der Ertragsvorhersage für WW und OSR mit dem LUE-Modell für Bayern von 2001 bis 2019 untersucht. Das Kapitel stellt den hohen positiven Korrelationskoeffizienten (R) = 0,81 und R = 0,77 zwischen dem jährlichen R2 der synthetischen Genauigkeit und der modellierten Ertragsgenauigkeit für WW bzw. OSR von 2001 bis 2019 fest. In diesem Kapitel werden die Auswirkungen der Klimavariablen auf die Ertragsvorhersagen analysiert, wobei ein Anstieg des R2 (0,79 (WW)/0,86 (OSR)) und eine Verringerung des RMSE (4,51/2,57 dt/ha) festgestellt werden, wenn der Klimaeffekt in das Modell einbezogen wird. Das fünfte Kapitel deutet darauf hin, dass die Kopplung des LUE-Modells mit dem Random-Forest-Modell (RF) den relativen mittleren quadratischen Fehler (RRMSE) von -8 % (WW) und -1,6 % (OSR) weiter reduzieren und das R2 um 14,3 % (sowohl für WW als auch für OSR) erhöhen kann, verglichen mit Ergebnissen, die nur auf LUE beruhen. Das gleiche Kapitel kommt zu dem Schluss, dass die satellitengestützte Pflanzenbiomasse, die Sonneneinstrahlung und die Temperatur die einflussreichsten Variablen bei der Ertragsvorhersage für beide Kulturarten sind. In Kapitel sechs wird versucht, sowohl die Vor- als auch die Nachteile der RS-Technologie zu erörtern, indem die Auswirkungen der unterschiedlichen Landnutzung auf die modellierte Biomasse von WW und OSR analysiert werden. In diesem Kapitel wird festgestellt, dass die modellierte Biomasse beider Kulturen durch die Landnutzungsvielfalt bis zu einem Radius von 450 (Shannon Diversity Index ~0,75) bzw. 1050 m (~0,75) positiv beeinflusst wird. In diesem Kapitel werden auch künftige Auswirkungen erörtert, indem festgestellt wird, dass die Einbeziehung einiger abhängiger Faktoren (wie die angewandten Bewirtschaftungsmethoden, die Bodengesundheit, die Schädlingsbekämpfung und die Bestäuber) die Beziehung zwischen den mit RS modellierten Ernteerträgen und der biologischen Vielfalt verbessern könnte. Im siebten Kapitel schließlich wird die Erprobung neuer Sensoren wie unbemannte Luftfahrzeuge, hyperspektrale Sensoren oder Sentinel-1 SAR in der RS erörtert, um genaue Ertragsvorhersagen für die Präzisionslandwirtschaft zu erreichen. Darüber hinaus wird in diesem Kapitel die Bedeutung der künstlichen Intelligenz (KI) oder des Deep Learning (DL) für die Erzielung einer höheren Genauigkeit der Ernteerträge hervorgehoben. KW - Satellite Remote Sensing KW - Crop YIelds KW - Ernteertrag KW - Datenfusion KW - Landwirtschaft / Nachhaltigkeit KW - Winterweizen KW - Data Fusion KW - Sustainable Agriculture KW - Crop Growth Models KW - Winter wheat Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-322581 N1 - eine "revised edition" der Arbeit finden Sie hier: https://doi.org/10.25972/OPUS-33052 ER - TY - THES A1 - Dhillon, Maninder Singh T1 - Potential of Remote Sensing in Modeling Long-Term Crop Yields T1 - Potenzial der Fernerkundung für die Modellierung Langfristiger Ernteerträge N2 - Accurate crop monitoring in response to climate change at a regional or field scale plays a significant role in developing agricultural policies, improving food security, forecasting, and analysing global trade trends. Climate change is expected to significantly impact agriculture, with shifts in temperature, precipitation patterns, and extreme weather events negatively affecting crop yields, soil fertility, water availability, biodiversity, and crop growing conditions. Remote sensing (RS) can provide valuable information combined with crop growth models (CGMs) for yield assessment by monitoring crop development, detecting crop changes, and assessing the impact of climate change on crop yields. This dissertation aims to investigate the potential of RS data on modelling long-term crop yields of winter wheat (WW) and oil seed rape (OSR) for the Free State of Bavaria (70,550 km2), Germany. The first chapter of the dissertation describes the reasons favouring the importance of accurate crop yield predictions for achieving sustainability in agriculture. Chapter second explores the accuracy assessment of the synthetic RS data by fusing NDVIs of two high spatial resolution data (high pair) (Landsat (30 m, 16-days; L) and Sentinel-2 (10 m, 5–6 days; S), with four low spatial resolution data (low pair) (MOD13Q1 (250 m, 16-days), MCD43A4 (500 m, one day), MOD09GQ (250 m, one-day), and MOD09Q1 (250 m, 8-days)) using the spatial and temporal adaptive reflectance fusion model (STARFM), which fills regions' cloud or shadow gaps without losing spatial information. The chapter finds that both L-MOD13Q1 (R2 = 0.62, RMSE = 0.11) and S-MOD13Q1 (R2 = 0.68, RMSE = 0.13) are more suitable for agricultural monitoring than the other synthetic products fused. Chapter third explores the ability of the synthetic spatiotemporal datasets (obtained in chapter 2) to accurately map and monitor crop yields of WW and OSR at a regional scale. The chapter investigates and discusses the optimal spatial (10 m, 30 m, or 250 m), temporal (8 or 16-day) and CGMs (World Food Studies (WOFOST), and the semi-empiric light use efficiency approach (LUE)) for accurate crop yield estimations of both crop types. Chapter third observes that the observations of high temporal resolution (8-day) products of both S-MOD13Q1 and L-MOD13Q1 play a significant role in accurately measuring the yield of WW and OSR. The chapter investigates that the simple light use efficiency (LUE) model (R2 = 0.77 and relative RMSE (RRMSE) = 8.17%) that required fewer input parameters to simulate crop yield is highly accurate, reliable, and more precise than the complex WOFOST model (R2 = 0.66 and RRMSE = 11.35%) with higher input parameters. Chapter four researches the relationship of spatiotemporal fusion modelling using STRAFM on crop yield prediction for WW and OSR using the LUE model for Bavaria from 2001 to 2019. The chapter states the high positive correlation coefficient (R) = 0.81 and R = 0.77 between the yearly R2 of synthetic accuracy and modelled yield accuracy for WW and OSR from 2001 to 2019, respectively. The chapter analyses the impact of climate variables on crop yield predictions by observing an increase in R2 (0.79 (WW)/0.86 (OSR)) and a decrease in RMSE (4.51/2.57 dt/ha) when the climate effect is included in the model. The fifth chapter suggests that the coupling of the LUE model to the random forest (RF) model can further reduce the relative root mean square error (RRMSE) from -8% (WW) and -1.6% (OSR) and increase the R2 by 14.3% (for both WW and OSR), compared to results just relying on LUE. The same chapter concludes that satellite-based crop biomass, solar radiation, and temperature are the most influential variables in the yield prediction of both crop types. Chapter six attempts to discuss both pros and cons of RS technology while analysing the impact of land use diversity on crop-modelled biomass of WW and OSR. The chapter finds that the modelled biomass of both crops is positively impacted by land use diversity to the radius of 450 (Shannon Diversity Index ~0.75) and 1050 m (~0.75), respectively. The chapter also discusses the future implications by stating that including some dependent factors (such as the management practices used, soil health, pest management, and pollinators) could improve the relationship of RS-modelled crop yields with biodiversity. Lastly, chapter seven discusses testing the scope of new sensors such as unmanned aerial vehicles, hyperspectral sensors, or Sentinel-1 SAR in RS for achieving accurate crop yield predictions for precision farming. In addition, the chapter highlights the significance of artificial intelligence (AI) or deep learning (DL) in obtaining higher crop yield accuracies. N2 - Die genaue Überwachung von Nutzpflanzen als Reaktion auf den Klimawandel auf regionaler oder feldbezogener Ebene spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Agrarpolitiken, der Verbesserung der Ernährungssicherheit, der Erstellung von Prognosen und der Analyse von Trends im Welthandel. Es wird erwartet, dass sich der Klimawandel erheblich auf die Landwirtschaft auswirken wird, da sich Verschiebungen bei den Temperaturen, Niederschlagsmustern und extremen Wetterereignissen negativ auf die Ernteerträge, die Bodenfruchtbarkeit, die Wasserverfügbarkeit, die Artenvielfalt und die Anbaubedingungen auswirken werden. Die Fernerkundung (RS) kann in Kombination mit Wachstumsmodellen (CGM) wertvolle Informationen für die Ertragsbewertung liefern, indem sie die Entwicklung von Pflanzen überwacht, Veränderungen bei den Pflanzen erkennt und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ernteerträge bewertet. Ziel dieser Dissertation ist es, das Potenzial von RS-Daten für die Modellierung langfristiger Ernteerträge von Winterweizen (WW) und Ölraps (OSR) für den Freistaat Bayern (70.550 km2 ), Deutschland, zu untersuchen. Das erste Kapitel der Dissertation beschreibt die Gründe, die für die Bedeutung genauer Ernteertragsvorhersagen für die Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft sprechen. Das zweite Kapitel befasst sich mit der Bewertung der Genauigkeit der synthetischen RS Daten durch die Fusion der NDVIs von zwei Daten mit hoher räumlicher Auflösung (hohes Paar) (Landsat (30 m, 16 Tage; L) und Sentinel-2 (10 m, 5-6 Tage; S) mit vier Daten mit geringer räumlicher Auflösung (niedriges Paar) (MOD13Q1 (250 m, 16 Tage), MCD43A4 (500 m, ein Tag), MOD09GQ (250 m, ein Tag) und MOD09Q1 (250 m, 8 Tage)) unter Verwendung des räumlich und zeitlich adaptiven Reflexionsfusionsmodells (STARFM), das Wolken- oder Schattenlücken in Regionen füllt, ohne räumliche Informationen zu verlieren. In diesem Kapitel wird festgestellt, dass sowohl L-MOD13Q1 (R2 = 0,62, RMSE = 0,11) als auch S-MOD13Q1 (R2 = 0,68, RMSE = 0,13) für die Überwachung der Landwirtschaft besser geeignet sind als die anderen fusionierten synthetischen Produkte. Im dritten Kapitel wird untersucht, inwieweit die (in Kapitel 2 gewonnenen) synthetischen raum-zeitlichen Datensätze geeignet sind, die Ernteerträge von WW und OSR auf regionaler Ebene genau zu kartieren und zu überwachen. Das Kapitel untersucht und diskutiert die optimalen räumlichen (10 m, 30 m oder 250 m),zeitlichen (8 oder 16 Tage) und CGMs (World Food Studies (WOFOST) und den semi-empirischen Ansatz der Lichtnutzungseffizienz (LUE)) für genaue Ertragsschätzungen beider Kulturarten. Im dritten Kapitel wird festgestellt, dass die Beobachtung von Produkten mit hoher zeitlicher Auflösung (8 Tage) sowohl des S-MOD13Q1 als auch des L-MOD13Q1 eine wichtige Rolle bei der genauen Messung des Ertrags von WW und OSR spielt. In diesem Kapitel wird untersucht, dass das einfache Modell der Lichtnutzungseffizienz (LUE) (R2 = 0,77 und relativer RMSE (RRMSE) = 8,17 %), das weniger Eingabeparameter zur Simulation des Ernteertrags benötigt, sehr genau, zuverlässig und präziser ist als das komplexe WOFOST-Modell (R2 = 0,66 und RRMSE = 11,35 %) mit höheren Eingabeparametern. In Kapitel vier wird der Zusammenhang zwischen der raum-zeitlichen Fusionsmodellierung mit STRAFM und der Ertragsvorhersage für WW und OSR mit dem LUE-Modell für Bayern von 2001 bis 2019 untersucht. Das Kapitel stellt den hohen positiven Korrelationskoeffizienten (R) = 0,81 und R = 0,77 zwischen dem jährlichen R2 der synthetischen Genauigkeit und der modellierten Ertragsgenauigkeit für WW bzw. OSR von 2001 bis 2019 fest. In diesem Kapitel werden die Auswirkungen der Klimavariablen auf die Ertragsvorhersagen analysiert, wobei ein Anstieg des R2 (0,79 (WW)/0,86 (OSR)) und eine Verringerung des RMSE (4,51/2,57 dt/ha) festgestellt werden, wenn der Klimaeffekt in das Modell einbezogen wird. Das fünfte Kapitel deutet darauf hin, dass die Kopplung des LUE-Modells mit dem Random-Forest-Modell (RF) den relativen mittleren quadratischen Fehler (RRMSE) von -8 % (WW) und -1,6 % (OSR) weiter reduzieren und das R2 um 14,3 % (sowohl für WW als auch für OSR) erhöhen kann, verglichen mit Ergebnissen, die nur auf LUE beruhen. Das gleiche Kapitel kommt zu dem Schluss, dass die satellitengestützte Pflanzenbiomasse, die Sonneneinstrahlung und die Temperatur die einflussreichsten Variablen bei der Ertragsvorhersage für beide Kulturarten sind. In Kapitel sechs wird versucht, sowohl die Vor- als auch die Nachteile der RS-Technologie zu erörtern, indem die Auswirkungen der unterschiedlichen Landnutzung auf die modellierte Biomasse von WW und OSR analysiert werden. In diesem Kapitel wird festgestellt, dass die modellierte Biomasse beider Kulturen durch die Landnutzungsvielfalt bis zu einem Radius von 450 (Shannon Diversity Index ~0,75) bzw. 1050 m (~0,75) positiv beeinflusst wird. In diesem Kapitel werden auch künftige Auswirkungen erörtert, indem festgestellt wird, dass die Einbeziehung einiger abhängiger Faktoren (wie die angewandten Bewirtschaftungsmethoden, die Bodengesundheit, die Schädlingsbekämpfung und die Bestäuber) die Beziehung zwischen den mit RS modellierten Ernteerträgen und der biologischen Vielfalt verbessern könnte. Im siebten Kapitel schließlich wird die Erprobung neuer Sensoren wie unbemannte Luftfahrzeuge, hyperspektrale Sensoren oder Sentinel-1 SAR in der RS erörtert, um genaue Ertragsvorhersagen für die Präzisionslandwirtschaft zu erreichen. Darüber hinaus wird in diesem Kapitel die Bedeutung der künstlichen Intelligenz (KI) oder des Deep Learning (DL) für die Erzielung einer höheren Genauigkeit der Ernteerträge hervorgehoben. KW - Accurate crop monitoring KW - Ernteertrag KW - Datenfusion KW - Landwirtschaft / Nachhaltigkeit KW - Winterweizen KW - Climate change KW - Remote sensing (RS) KW - Crop growth models (CGMs) KW - Synthetic RS data KW - Spatiotemporal fusion KW - Crop yield estimations KW - Light use efficiency (LUE) model KW - Random forest (RF) model KW - Land use diversity Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-330529 N1 - die originale ursprüngliche Dissertation finden Sie hier: https://doi.org/10.25972/OPUS-32258 ER - TY - JOUR A1 - Ansah, Christabel Edena A1 - Abu, Itohan-Osa A1 - Kleemann, Janina A1 - Mahmoud, Mahmoud Ibrahim A1 - Thiel, Michael T1 - Environmental contamination of a biodiversity hotspot — action needed for nature conservation in the Niger Delta, Nigeria JF - Sustainability N2 - The Niger Delta belongs to the largest swamp and mangrove forests in the world hosting many endemic and endangered species. Therefore, its conservation should be of highest priority. However, the Niger Delta is confronted with overexploitation, deforestation and pollution to a large extent. In particular, oil spills threaten the biodiversity, ecosystem services, and local people. Remote sensing can support the detection of spills and their potential impact when accessibility on site is difficult. We tested different vegetation indices to assess the impact of oil spills on the land cover as well as to detect accumulations (hotspots) of oil spills. We further identified which species, land cover types, and protected areas could be threatened in the Niger Delta due to oil spills. The results showed that the Enhanced Vegetation Index, the Normalized Difference Vegetation Index, and the Soil Adjusted Vegetation Index were more sensitive to the effects of oil spills on different vegetation cover than other tested vegetation indices. Forest cover was the most affected land-cover type and oil spills also occurred in protected areas. Threatened species are inhabiting the Niger Delta Swamp Forest and the Central African Mangroves that were mainly affected by oil spills and, therefore, strong conservation measures are needed even though security issues hamper the monitoring and control. KW - nature conservation KW - NDVI KW - pollution KW - remote sensing KW - species KW - vegetation indices KW - oil spill Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-297214 SN - 2071-1050 VL - 14 IS - 21 ER - TY - JOUR A1 - Höhn, Stefan A1 - Frimmel, Hartwig E. A1 - Prince, Westley T1 - Syn-metamorphic sulfidation of the Gamsberg zinc deposit, South Africa JF - Mineralogy and Petrology N2 - The Mesoproterozoic Aggeneys-Gamsberg ore district, South Africa, is one of the world´s largest sulfidic base metal concentrations and well-known as a prime example of Broken Hill-type base metal deposits, traditionally interpreted as metamorphosed SEDEX deposits. Within this district, the Gamsberg deposit stands out for its huge size and strongly Zn-dominated ore ( >14 Mt contained Zn). New electron microprobe analyses and element abundance maps of sulfides and silicates point to fluid-driven sulfidation during retrograde metamorphism. Differences in the chemistry of sulfide inclusions within zoned garnet grains reflect different degrees of interaction of sulfides with high metal/sulfur-ratio with a sulfur-rich metamorphic fluid. Independent evidence of sulfidation during retrograde metamorphism comes from graphic-textured sulfide aggregates that previously have been interpreted as quenched sulfidic melts, replacement of pyrrhotite by pyrite along micro-fractures, and sulfides in phyllic alteration zones. Limited availability of fluid under retrograde conditions caused locally different degrees of segregation of Fe-rich sphalerite into Zn-rich sphalerite and pyrite, and thus considerable heterogeneity in sphalerite chemistry. The invoked sulfur-rich metamorphic fluids would have been able to sulfidize base metal-rich zones in the whole deposit and thus camouflage a potential pre-metamorphic oxidation. These findings support the recently established hypothesis of a pre-Klondikean weathering-induced oxidation event and challenge the traditional explanation of Broken Hill-type deposits as merely metamorphosed SEDEX deposits. Instead, we suggest that the massive sulfide deposits experienced a complex history, starting with initial SEDEX-type mineralization, followed by near-surface oxidation with spatial metal separation, and then sulfidation of this oxidized ore during medium- to high-grade metamorphism. KW - Gamsberg KW - metamorphic sulfidation KW - sulfide inclusions KW - base metal deposit KW - Aggeneys Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-268574 SN - 1438-1168 VL - 115 IS - 6 ER - TY - JOUR A1 - Ibebuchi, Chibuike Chiedozie T1 - Circulation pattern controls of wet days and dry days in Free State, South Africa JF - Meteorology and Atmospheric Physics N2 - Atmospheric circulation is a vital process in the transport of heat, moisture, and pollutants around the globe. The variability of rainfall depends to some extent on the atmospheric circulation. This paper investigates synoptic situations in southern Africa that can be associated with wet days and dry days in Free State, South Africa, in addition to the underlying dynamics. Principal component analysis was applied to the T-mode matrix (variable is time series and observation is grid points at which the field was observed) of daily mean sea level pressure field from 1979 to 2018 in classifying the circulation patterns in southern Africa. 18 circulation types (CTs) were classified in the study region. From the linkage of the CTs to the observed rainfall data, from 11 stations in Free State, it was found that dominant austral winter and late austral autumn CTs have a higher probability of being associated with dry days in Free State. Dominant austral summer and late austral spring CTs were found to have a higher probability of being associated with wet days in Free State. Cyclonic/anti-cyclonic activity over the southwest Indian Ocean, explained to a good extent, the inter-seasonal variability of rainfall in Free State. The synoptic state associated with a stronger anti-cyclonic circulation at the western branch of the South Indian Ocean high-pressure, during austral summer, leading to enhanced low-level moisture transport by southeast winds was found to have the highest probability of being associated with above-average rainfall in most regions in Free State. On the other hand, the synoptic state associated with enhanced transport of cold dry air, by the extratropical westerlies, was found to have the highest probability of being associated with (winter) dryness in Free State. KW - South Africa KW - atmospheric circulation KW - circulation patterns Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-268552 SN - 1436-5065 VL - 133 IS - 5 ER - TY - THES A1 - Reinermann, Sophie T1 - Earth Observation Time Series for Grassland Management Analyses – Development and large-scale Application of a Framework to detect Grassland Mowing Events in Germany T1 - Erdbeobachtungszeitserien zur Analyse der Grünlandbewirtschaftung – Entwicklung und großflächige Anwendung einer Prozessierungsarchitektur zur automatisierten Detektion von Grünlandmahden N2 - Grasslands shape many landscapes of the earth as they cover about one-third of its surface. They are home and provide livelihood for billions of people and are mainly used as source of forage for animals. However, grasslands fulfill many additional ecosystem functions next to fodder production, such as storage of carbon, water filtration, provision of habitats and cultural values. They play a role in climate change (mitigation) and in preserving biodiversity and ecosystem functions on a global scale. The degree to what these ecosystem functions are present within grassland ecosystems is largely determined by the management. Individual management practices and the use intensity influence the species composition as well as functions, like carbon storage, while higher use intensities (e.g. high mowing frequencies) usually show a negative impact. Especially in Central European countries, like in Germany, the determining influence of grassland management on its physiognomy and ecosystem functions leads to a large variability and small-scale alternations of grassland parcels. Large-scale information on the management and use intensity of grasslands is not available. Consequently, estimations of grassland ecosystem functions are challenging which, however, would be required for large-scale assessments of the status of grassland ecosystems and optimized management plans for the future. The topic of this thesis tackles this gap by investigating the major grassland management practice in Germany, which is mowing, for multiple years, in high spatial resolution and on a national scale. Earth Observation (EO) has the advantage of providing information of the earth’s surface on multi-temporal time steps. An extensive literature review on the use of EO for grassland management and production analyses, which was part of this thesis, showed that in particular research on grasslands consisting of small parcels with a large variety of management and use intensity, like common in Central Europe, is underrepresented. Especially the launch of the Sentinel satellites in the recent past now enables the analyses of such grasslands due to their high spatial and temporal resolution. The literature review specifically on the investigation of grassland mowing events revealed that most previous studies focused on small study areas, were exploratory, only used one sensor type and/or lacked a reference data set with a complete range of management options. Within this thesis a novel framework to detect grassland mowing events over large areas is presented which was applied and validated for the entire area of Germany for multiple years (2018–2021). The potential of both sensor types, optical (Sentinel-2) and Synthetic Aperture Radar (SAR) (Sentinel-1) was investigated regarding grassland mowing event detection. Eight EO parameters were investigated, namely the Enhanced Vegetation Index (EVI), the backscatter intensity and the interferometric (InSAR) temporal coherence for both available polarization modes (VV and VH), and the polarimetric (PolSAR) decomposition parameters Entropy, K0 and K1. An extensive reference data set was generated based on daily images of webcams distributed in Germany which resulted in mowing information for grasslands with the entire possible range of mowing frequencies – from one to six in Germany – and in 1475 reference mowing events for the four years of interest. For the first time a observation-driven mowing detection approach including data from Sentinel-2 and Sentinel-1 and combining the two was developed, applied and validated on large scale. Based on a subset of the reference data (13 grassland parcels with 44 mowing events) from 2019 the EO parameters were investigated and the detection algorithm developed and parameterized. This analysis showed that a threshold-based change detection approach based on EVI captured grassland mowing events best, which only failed during periods of clouds. All SAR-based parameters showed a less consistent behavior to mowing events, with PolSAR Entropy and InSAR Coherence VH, however, revealing the highest potential among them. A second, combined approach based on EVI and a SARbased parameter was developed and tested for PolSAR Entropy and InSAR VH. To avoid additional false positive detections during periods in which mowing events are anyhow reliably detected using optical data, the SAR-based mowing detection was only initiated during long gaps within the optical time series (< 25 days). Application and validation of these approaches in a focus region revealed that only using EVI leads to the highest accuracies (F1-Score = 0.65) as combining this approach with SAR-based detection led to a strong increase in falsely detected mowing events resulting in a decrease of accuracies (EVI + PolSAR ENT F1-Score = 0.61; EVI + InSAR COH F1-Score = 0.61). The mowing detection algorithm based on EVI was applied for the entire area of Germany for the years 2018-2021. It was revealed that the largest share of grasslands with high mowing frequencies (at least four mowing events) can be found in southern/south-eastern Germany. Extensively used grassland (mown up to two times) is distributed within the entire country with larger shares in the center and north-eastern parts of Germany. These patterns stay constant in general, but small fluctuations between the years are visible. Early mown grasslands can be found in southern/south-eastern Germany – in line with high mowing frequency areas – but also in central-western parts. The years 2019 and 2020 revealed higher accuracies based on the 1475 mowing events of the multi-annual validation data set (F1-Scores of 0.64 and 0.63), 2018 and 2021 lower ones (F1-Score of 0.52 and 0.50). Based on this new, unprecedented data set, potential influencing factors on the mowing dynamics were investigated. Therefore, climate, topography, soil data and information on conservation schemes were related to mowing dynamics for the year 2020, which showed a high number of valid observations and detection accuracy. It was revealed that there are no strong linear relationships between the mowing frequency or the timing of the first mowing event and the investigated variables. However, it was found that for intensive grassland usage certain climatic and topographic conditions have to be fulfilled, while extensive grasslands appear on the entire spectrum of these variables. Further, higher mowing frequencies occur on soils with influence of ground water and lower mowing frequencies in protected areas. These results show the complex interplay between grassland mowing dynamics and external influences and highlight the challenges of policies aiming to protect grassland ecosystem functions and their need to be adapted to regional circumstances. N2 - Grünland prägt viele Landschaften der Erde, da es etwa ein Drittel der Erdoberfläche bedeckt. Es ist Heimat und Lebensgrundlage für Milliarden von Menschen und wird hauptsächlich als Futterquelle für die Viehhaltung genutzt. Neben der Futterproduktion erfüllen Grünlandflächen jedoch viele weitere Ökosystemfunktionen, wie die Speicherung von Kohlenstoff, die Wasserfilterung, die Bereitstellung von Lebensräumen, als auch kulturelle Werte. Sie spielen eine Rolle bei der Abschwächung des Klimawandels und bei der Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Ökosystemfunktionen auf globaler Ebene. Das Ausmaß, in dem diese Ökosystemfunktionen in Grünlandökosystemen vorhanden sind, wird weitgehend durch die Bewirtschaftung bestimmt. Einzelne Bewirtschaftungspraktiken und die Nutzungsintensität beeinflussen sowohl die Artenzusammensetzung als auch Funktionen wie die Kohlenstoffspeicherung, wobei höhere Nutzungsintensitäten (z. B. hohe Mähfrequenzen) in der Regel einen negativen Einfluss haben. Insbesondere in mitteleuropäischen Ländern wie Deutschland, führt der bestimmende Einfluss der Grünlandbewirtschaftung auf die Physiognomie und die Ökosystemfunktionen zu einer großen Variabilität und kleinräumigen Differenziertheit einzelner Grünlandflächen. Großräumige Informationen über die Bewirtschaftungs- und Nutzungsintensität von Grünland sind nicht verfügbar. Folglich sind Schätzungen der Ökosystemfunktionen von Grünland eine Herausforderung, die jedoch für großräumige Bewertungen des Zustands von Grünlandökosystemen und optimierte Bewirtschaftungspläne für die Zukunft erforderlich wären. Das Thema dieser Arbeit greift diese Lücke auf, indem es die wichtigste Grünlandbewirtschaftungsmethode in Deutschland, die Mahd, über mehrere Jahre, mit hoher räumlicher Auflösung und auf nationaler Ebene untersucht. Die Erdbeobachtung hat den Vorteil, Informationen über die Erdoberfläche in multitemporalen Zeitschritten zu liefern. Eine umfangreiche Literaturrecherche zur Nutzung von Erdbeobachtung für Grünlandmanagement und Produktion, welche Teil dieser Arbeit war, hat gezeigt, dass insbesondere die Forschung zu kleinparzelligem Grünland mit einer großen Vielfalt an Bewirtschaftungs- und Nutzungsintensitäten, wie in Mitteleuropa gängig, unterrepräsentiert ist. Insbesondere die vor wenigen Jahren erfolgte Start der Sentinel-Satellitenmissionen ermöglicht nun auch die Analyse solcher Grünlandflächen aufgrund der hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung ihrer Aufnahmen. Die Literaturrecherche speziell zur Untersuchung von Mähereignissen auf Grünland ergab, dass die meisten bisherigen Studien sich auf kleine Untersuchungsgebiete konzentrierten, explorativ waren, nur einen Sensortyp verwendeten und/oder keinen Referenzdatensatz mit einer vollständigen Palette von Managementoptionen enthielten. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige Methodik zur Erkennung von Grünlandmahdereignissen vorgestellt, welches über mehrere Jahre (2018-2021) flächendeckend in Deutschland angewendet und validiert wurde. Beide Sensortypen – optisch (Sentinel-2) und SAR (Sentinel-1) – wurden hinsichtlich ihres Potentials zur Detektion von Grünlandmahdereignissen ausgewertet. Acht EO-Parameter wurden untersucht, nämlich der Enhanced Vegetation Index (EVI), die Rückstreuintensität und die interferometrische zeitliche Kohärenz (InSAR) für beide verfügbaren Polarimetrien (VV und VH), sowie die polarimetrischen (PolSAR) Zerlegungsparameter Entropie, K0 und K1. Ein umfangreicher Referenzdatensatz wurde auf der Basis täglicher Bilder von Webcams generiert, welche über Deutschland verteilt sind. Dieser enthält Mahdinformationen für Grünland mit dem gesamten möglichen Spektrum an Mähfrequenzen – von eins bis sechs Mahden – und 1475 Referenz-Mähereignisse für die Untersuchungsjahre. Zum ersten Mal wurde ein Ansatz basierend auf tatsächlichen Beobachtungen zur Erkennung der Mahd entwickelt, angewandt und großflächig validiert, der Daten von Sentinel - 2 und Sentinel - 1 verwendet und beide miteinander kombiniert. Anhand eines Subset der Referenzdaten (13 Grünlandparzellen) wurden die EO-Parameter untersucht und der Algorithmus zur Mahddetektion entwickelt und parametrisiert. Die Analyse hat gezeigt, dass ein schwellenwertbasierter Ansatz zur Erkennung von Veränderungen auf der Grundlage des EVI die Ereignisse der Grünlandmahd am besten erfasst, und nur während Bewölkungsperioden Mahden nicht erfolgreich detektiert. Alle SAR-basierten Parameter zeigten ein inkonsistenteres Verhalten gegenüber Mähaktivitäten als EVI, wobei PolSAR Entropie und InSAR Kohärenz VH noch das höchste Potenzial aufwiesen. Ein zweiter, kombinierter Ansatz, der auf EVI und einem SAR Parameter basiert, wurde entwickelt und für PolSAR Entropie und InSAR VH getestet. Aufgrund vieler zusätzlicher Veränderungen, die in den Zeitreihen erkennbar sind, wurde die SAR-basierte Mahddetektion nur während langer Lücken in den optischen Zeitreihen (< 25 Tage) initiiert. Die Anwendung und Validierung dieser Ansätze in einer Fokusregion ergab, dass die Verwendung des EVI-Ansatzes zu den höchsten Genauigkeiten führt (F1-Score = 0.65), da die Kombination dieses Ansatzes mit der SAR-basierten Detektion zu einem starken Anstieg der falsch erkannten Mähereignisse und damit zu einer Abnahme der Genauigkeiten führte (EVI + PolSAR ENT F1-Score=0.61; EVI + InSAR COH F1-Score = 0.61). Der auf EVI basierende Mahddetektionsalgorithmus wurde für die gesamte Fläche Deutschlands für die Jahre 2018–2021 angewendet. Es zeigte sich, dass der größte Anteil an Grünland mit hoher Mähfrequenz (mindestens vier Mähereignisse) im Süden/Südosten Deutschlands zu finden ist. Extensiv genutztes Grünland (bis zu zweimal gemäht) ist über das gesamte Bundesgebiet verteilt, mit größeren Anteilen in der Mitte und im Nordosten Deutschlands. Diese Muster bleiben im Allgemeinen konstant, aber es sind kleine Schwankungen zwischen den Jahren erkennbar. Früh gemähtes Grünland findet sich in Süd-/Südostdeutschland - entsprechend den Gebieten mit hoher Mähfrequenz -, aber auch in Mittel- und Westdeutschland. Die Jahre 2019 und 2020 zeigen höhere Genauigkeiten (F1- Scores von 0.64 und 0.63), 2018 und 2021 niedrigere (F1-Score von 0.52 und 0.50). Darüber hinaus wurden mögliche Einflussfaktoren auf die Mahddynamik untersucht. So wurden Klima, Topografie, Bodendaten und Informationen über Schutzmaßnahmen mit der Mahddynamik für das Jahr 2020 in Verbindung gebracht, für welches eine hohe Anzahl gültiger Beobachtungen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit erzielt werden konnten. Es zeigte sich, dass es keine starken linearen Beziehungen zwischen der Mahdhäufigkeit oder dem Zeitpunkt der ersten Mahd und den untersuchten Variablen gibt. Es wurde jedoch festgestellt, dass für eine intensive Grünlandnutzung bestimmte klimatische und topografische Bedingungen erfüllt sein müssen, wohingegen extensive Grünlandflächen im gesamten Spektrum dieser Variablen auftreten. Außerdem treten auf Böden mit Grundwassereinfluss höhere und in Schutzgebieten niedrigere Mahdhäufigkeiten auf. Diese Ergebnisse zeigen das komplexe Zusammenspiel zwischen der Dynamik der Grünlandmahd und äußeren Einflüssen und verdeutlichen die Herausforderungen in der gezielten Erstellung von Maßnahmen zum Schutz von Grünland-Ökosystemfunktionen und die Notwendigkeit diese regional anzupassen. KW - Grünland KW - Erdbeobachtung KW - Fernerkundung KW - Mähen KW - Grünlandnutzung KW - Zeitreihe KW - Erde KW - Sentinel-1 KW - Sentinel-2 KW - Enhanced Vegetation Index KW - PolSAR KW - InSAR Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-322737 ER - TY - JOUR A1 - Ha, Tuyen V. A1 - Huth, Juliane A1 - Bachofer, Felix A1 - Kuenzer, Claudia T1 - A review of Earth observation-based drought studies in Southeast Asia JF - Remote Sensing N2 - Drought is a recurring natural climatic hazard event over terrestrial land; it poses devastating threats to human health, the economy, and the environment. Given the increasing climate crisis, it is likely that extreme drought phenomena will become more frequent, and their impacts will probably be more devastating. Drought observations from space, therefore, play a key role in dissimilating timely and accurate information to support early warning drought management and mitigation planning, particularly in sparse in-situ data regions. In this paper, we reviewed drought-related studies based on Earth observation (EO) products in Southeast Asia between 2000 and 2021. The results of this review indicated that drought publications in the region are on the increase, with a majority (70%) of the studies being undertaken in Vietnam, Thailand, Malaysia and Indonesia. These countries also accounted for nearly 97% of the economic losses due to drought extremes. Vegetation indices from multispectral optical remote sensing sensors remained a primary source of data for drought monitoring in the region. Many studies (~21%) did not provide accuracy assessment on drought mapping products, while precipitation was the main data source for validation. We observed a positive association between spatial extent and spatial resolution, suggesting that nearly 81% of the articles focused on the local and national scales. Although there was an increase in drought research interest in the region, challenges remain regarding large-area and long time-series drought measurements, the combined drought approach, machine learning-based drought prediction, and the integration of multi-sensor remote sensing products (e.g., Landsat and Sentinel-2). Satellite EO data could be a substantial part of the future efforts that are necessary for mitigating drought-related challenges, ensuring food security, establishing a more sustainable economy, and the preservation of the natural environment in the region. KW - drought KW - drought impact KW - agricultural drought KW - hydrological drought KW - meteorological drought KW - earth observation KW - remote sensing KW - Southeast Asia KW - Mekong Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286258 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 15 ER - TY - JOUR A1 - Koehler, Jonas A1 - Bauer, André A1 - Dietz, Andreas J. A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Towards forecasting future snow cover dynamics in the European Alps — the potential of long optical remote-sensing time series JF - Remote Sensing N2 - Snow is a vital environmental parameter and dynamically responsive to climate change, particularly in mountainous regions. Snow cover can be monitored at variable spatial scales using Earth Observation (EO) data. Long-lasting remote sensing missions enable the generation of multi-decadal time series and thus the detection of long-term trends. However, there have been few attempts to use these to model future snow cover dynamics. In this study, we, therefore, explore the potential of such time series to forecast the Snow Line Elevation (SLE) in the European Alps. We generate monthly SLE time series from the entire Landsat archive (1985–2021) in 43 Alpine catchments. Positive long-term SLE change rates are detected, with the highest rates (5–8 m/y) in the Western and Central Alps. We utilize this SLE dataset to implement and evaluate seven uni-variate time series modeling and forecasting approaches. The best results were achieved by Random Forests, with a Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) of 0.79 and a Mean Absolute Error (MAE) of 258 m, Telescope (0.76, 268 m), and seasonal ARIMA (0.75, 270 m). Since the model performance varies strongly with the input data, we developed a combined forecast based on the best-performing methods in each catchment. This approach was then used to forecast the SLE for the years 2022–2029. In the majority of the catchments, the shift of the forecast median SLE level retained the sign of the long-term trend. In cases where a deviating SLE dynamic is forecast, a discussion based on the unique properties of the catchment and past SLE dynamics is required. In the future, we expect major improvements in our SLE forecasting efforts by including external predictor variables in a multi-variate modeling approach. KW - forecast KW - Earth Observation KW - time series KW - Snow Line Elevation KW - Alps KW - mountains KW - environmental modeling KW - machine learning Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-288338 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 18 ER - TY - THES A1 - Kraff, Nicolas Johannes T1 - Analyse raumzeitlicher Veränderungen und ontologische Kategorisierung morphologischer Armutserscheinungen - Eine globale Betrachtung mithilfe von Satellitenbildern und manueller Bildinterpretation T1 - Analysis of spatiotemporal changes and ontological categorization of morphological manifestations of poverty - A global view using satellite imagery and manual image interpretation N2 - Die städtische Umwelt ist in steter Veränderung, vor allem durch den Bau, aber auch durch die Zerstörung von städtischen Elementen. Die formelle Entwicklung ist ein Prozess mit langen Planungszeiträumen und die bebaute Landschaft wirkt daher statisch. Dagegen unterliegen informelle oder spontane Siedlungen aufgrund ihrer stets unvollendeten städtischen Form einer hohen Dynamik – so wird in der Literatur berichtet. Allerdings sind Dynamik und die morphologischen Merkmale der physischen Transformation in solchen Siedlungen, die städtische Armut morphologisch repräsentieren, auf globaler Ebene bisher kaum mit einer konsistenten Datengrundlage empirisch untersucht worden. Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Unter der Annahme, dass die erforschte zeitliche Dynamik in Europa geringer ausfällt, stellt sich die generelle Frage nach einer katalogisierten Erfassung physischer Wohnformen von Armut speziell in Europa. Denn Wohnformen der Armut werden oft ausschließlich mit dem ‚Globalen Süden‘ assoziiert, insbesondere durch die Darstellung von Slums. Tatsächlich ist Europa sogar die Wiege der Begriffe ‚Slum‘ und ‚Ghetto‘, die vor Jahrhunderten zur Beschreibung von Missständen und Unterdrückung auftauchten. Bis heute weist dieser facettenreiche Kontinent eine enorme Vielfalt an physischen Wohnformen der Armut auf, die ihre Wurzeln in unterschiedlichen Politiken, Kulturen, Geschichten und Lebensstilen haben. Um über diese genannten Aspekte Aufschluss zu erlangen, bedarf es u.a. der Bildanalyse durch Satellitenbilder. Diese Arbeit wird daher mittels Fernerkundung bzw. Erdbeobachtung (EO) sowie zusätzlicher Literaturrecherchen und einer empirischen Erhebung erstellt. Um Unsicherheiten konzeptionell und in der Erfassung offenzulegen, ist die Methode der manuellen Bildinterpretation von Armutsgebieten kritisch zu hinterfragen. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist eine bessere Wissensbasis über Armut zu schaffen, um Maßnahmen zur Reduzierung von Armut entwickeln zu können. Die Arbeit dient dabei als eine Antwort auf die Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es wird Grundlagenforschung betrieben, indem Wissenslücken in der Erdbeobachtung zu physisch-baulichen bzw. morphologischen Erscheinungen von Armut auf Gebäude-Ebene explorativ analysiert werden. Die Arbeit wird in drei Forschungsthemen bzw. Studienteile untergliedert: Ziel des ersten Studienteils ist die globale raumzeitliche Erfassung von Dynamiken durch Anknüpfung an bisherige Kategorisierungen von Armutsgebieten. Die bisherige Wissenslücke soll gefüllt werden, indem über einen Zeitraum von etwa sieben Jahren in 16 dokumentierten Manifestationen städtischer Armut anhand von Erdbeobachtungsdaten eine zeitliche Analyse der bebauten Umwelt durchgeführt wird. Neben einer global verteilten Gebietsauswahl wird die visuelle Bildinterpretation (MVII) unter Verwendung von hochauflösenden optischen Satellitendaten genutzt. Dies geschieht in Kombination mit in-situ- und Google Street View-Bildern zur Ableitung von 3D-Stadtmodellen. Es werden physische Raumstrukturen anhand von sechs räumlichen morphologischen Variablen gemessen: Anzahl, Größe, Höhe, Ausrichtung und Dichte der Gebäude sowie Heterogenität der Bebauung. Diese ‚temporale Analyse‘ zeigt zunächst sowohl inter- als auch intra-urbane Unterschiede. Es lassen sich unterschiedliche, aber generell hohe morphologische Dynamiken zwischen den Untersuchungsgebieten finden. Dies drückt sich in vielfältiger Weise aus: von abgerissenen und rekonstruierten Gebieten bis hin zu solchen, wo Veränderungen innerhalb der gegebenen Strukturen auftreten. Geographisch gesehen resultiert in der Stichprobe eine fortgeschrittene Dynamik, insbesondere in Gebieten des Globalen Südens. Gleichzeitig lässt sich eine hohe räumliche Variabilität der morphologischen Transformationen innerhalb der untersuchten Gebiete beobachten. Trotz dieser teilweise hohen morphologischen Dynamik sind die räumlichen Muster von Gebäudefluchten, Straßen und Freiflächen überwiegend konstant. Diese ersten Ergebnisse deuten auf einen geringen Wandel in Europa hin, weshalb diese europäischen Armutsgebiete im folgenden Studienteil von Grund auf erhoben und kategorisiert werden. Ziel des zweiten Studienteils ist die Erschaffung einer neuen Kategorisierung, speziell für das in der Wissenschaft unterrepräsentierte Europa. Die verschiedenen Formen nicht indizierter Wohnungsmorphologien werden erforscht und kategorisiert, um das bisherige globale wissenschaftliche ontologische Portfolio für Europa zu erweitern. Hinsichtlich dieses zweiten Studienteils bietet eine Literaturrecherche mit mehr als 1.000 gesichteten Artikeln die weitere Grundlage für den folgenden Fokus auf Europa. Auf der Recherche basierend werden mittels der manuellen visuellen Bildinterpretation (engl.: MVII) erneut Satellitendaten zur Erfassung der physischen Morphologien von Wohnformen genutzt. Weiterhin kommen selbst definierte geographische Indikatoren zu Lage, Struktur und formellem Status zum Einsatz. Darüber hinaus werden gesellschaftliche Hintergründe, die durch Begriffe wie ‚Ghetto‘, ‚Wohnwagenpark‘, ‚ethnische Enklave‘ oder ‚Flüchtlingslager‘ beschrieben werden, recherchiert und implementiert. Sie sollen als Erklärungsansatz für Armutsviertel in Europa dienen. Die Stichprobe der europäischen, insgesamt aber unbekannten Grundgesamtheit verdeutlicht eine große Vielfalt an physischen Formen: Es wird für Europa eine neue Kategorisierung von sechs Hauptklassen entwickelt, die von ‚einfachsten Wohnstätten‘ (z. B. Zelten) über ‚behelfsmäßige Unterkünfte ‘ (z. B. Baracken, Container) bis hin zu ‚mehrstöckigen Bauten‘ - als allgemeine Taxonomie der Wohnungsnot in Europa - reicht. Die Untersuchung zeigt verschiedene Wohnformen wie z. B. unterirdische oder mobile Typen, verfallene Wohnungen oder große Wohnsiedlungen, die die Armut im Europa des 21. Jahrhunderts widerspiegeln. Über die Wohnungsmorphologie hinaus werden diese Klassen durch die Struktur und ihren rechtlichen Status beschrieben - entweder als geplante oder als organisch-gewachsene bzw. weiterhin als formelle, informelle oder hybride (halblegale) Formen. Geographisch lassen sich diese ärmlichen Wohnformen sowohl in städtischen als auch in ländlichen Gebieten finden, mit einer Konzentration in Südeuropa. Der Hintergrund bei der Mehrheit der Morphologien betrifft Flüchtlinge, ethnische Minderheiten und sozioökonomisch benachteiligte Menschen - die ‚Unterprivilegierten‘. Ziel des dritten Studienteils ist eine kritische Analyse der Methode. Zur Erfassung all dieser Siedlungen werden heutzutage Satellitenbilder aufgrund der Fortschritte bei den Bildklassifizierungsmethoden meist automatisch ausgewertet. Dennoch spielt die MVII noch immer eine wichtige Rolle, z.B. um Trainingsdaten für Machine-Learning-Algorithmen zu generieren oder für Validierungszwecke. In bestimmten städtischen Umgebungen jedoch, z.B. solchen mit höchster Dichte und struktureller Komplexität, fordern spektrale und textur-basierte Verflechtungen von überlappenden Dachstrukturen den menschlichen Interpreten immer noch heraus, wenn es darum geht einzelne Gebäudestrukturen zu erfassen. Die kognitive Wahrnehmung und die Erfahrung aus der realen Welt sind nach wie vor unumgänglich. Vor diesem Hintergrund zielt die Arbeit methodisch darauf ab, Unsicherheiten speziell bei der Kartierung zu quantifizieren und zu interpretieren. Kartiert werden Dachflächen als ‚Fußabdrücke‘ solcher Gebiete. Der Fokus liegt dabei auf der Übereinstimmung zwischen mehreren Bildinterpreten und welche Aspekte der Wahrnehmung und Elemente der Bildinterpretation die Kartierung beeinflussen. Um letztlich die Methode der MVII als drittes Ziel selbstkritisch zu reflektieren, werden Experimente als sogenannte ‚Unsicherheitsanalyse‘ geschaffen. Dabei digitalisieren zehn Testpersonen bzw. Probanden/Interpreten sechs komplexe Gebiete. Hierdurch werden quantitative Informationen über räumliche Variablen von Gebäuden erzielt, um systematisch die Konsistenz und Kongruenz der Ergebnisse zu überprüfen. Ein zusätzlicher Fragebogen liefert subjektive qualitative Informationen über weitere Schwierigkeiten. Da die Grundlage der hierfür bisher genutzten Kategorisierungen auf der subjektiven Bildinterpretation durch den Menschen beruht, müssen etwaige Unsicherheiten und damit Fehleranfälligkeiten offengelegt werden. Die Experimente zu dieser Unsicherheitsanalyse erfolgen quantifiziert und qualifiziert. Es lassen sich generell große Unterschiede zwischen den Kartierungsergebnissen der Probanden, aber eine hohe Konsistenz der Ergebnisse bei ein und demselben Probanden feststellen. Steigende Abweichungen korrelieren mit einer steigenden baustrukturellen (morphologischen) Komplexität. Ein hoher Grad an Individualität bei den Probanden äußert sich in Aspekten wie z.B. Zeitaufwand beim Kartieren, in-situ Vorkenntnissen oder Vorkenntnissen beim Umgang mit Geographischen Informationssystemen (GIS). Nennenswert ist hierbei, dass die jeweilige Datenquelle das Kartierungsverfahren meist beeinflusst. Mit dieser Studie soll also auch an der Stelle der angewandten Methodik eine weitere Wissenslücke gefüllt werden. Die bisherige Forschung komplexer urbaner Areale unter Nutzung der manuellen Bildinterpretation implementiert oftmals keine Unsicherheitsanalyse oder Quantifizierung von Kartierungsfehlern. Fernerkundungsstudien sollten künftig zur Validierung nicht nur zweifelsfrei auf MVII zurückgreifen können, sondern vielmehr sind Daten und Methoden notwendig, um Unsicherheiten auszuschließen. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zur bisher wenig erforschten morphologischen Dynamik von Armutsgebieten bei. Es werden inter- wie auch intra-urbane Unterschiede auf globaler Ebene präsentiert. Dabei sind allgemein hohe morphologische Transformationen zwischen den selektierten Gebieten festzustellen. Die Ergebnisse deuten auf einen grundlegenden Kenntnismangel in Europa hin, weshalb an dieser Stelle angeknüpft wird. Eine über Europa verteilte Stichprobe erlaubt eine neue morphologische Kategorisierung der großen Vielfalt an gefundenen physischen Formen. Die Menge an Gebieten erschließt sich in einer unbekannten Grundgesamtheit. Zur Datenaufbereitung bisheriger Analysen müssen Satellitenbilder manuell interpretiert werden. Das Verfahren birgt Unsicherheiten. Als kritische Selbstreflexion zeigt eine Reihe von Experimenten signifikante Unterschiede zwischen den Ergebnissen der Probanden auf, verdeutlicht jedoch bei ein und derselben Person Beständigkeit. N2 - Through construction as well as destruction of urban elements, the morphological manifestation of cities is in constant change. As reported in literature, there is a difference between formal and informal development: Whereas formal planning periods lead to a built landscape that appears static, unfinished informal urban forms reflect high dynamics leading to informal or spontaneous settlements. With respect to data base and scale, these kinds of settlements, which morphologically represent urban poverty, have hardly been subject to empirical studies that analyze their dynamics and morphological characteristics of physical transformation consistently. This is where the present work begins. Assuming that the temporal dynamics explored are less pronounced in Europe, the general question of indexing physical housing forms of poverty arises specifically in Europe. This is because housing forms of poverty are often exclusively associated with the 'Global South', especially through the representation of slums. In fact, Europe is even the cradle of the terms 'slum' and 'ghetto', which emerged centuries ago to describe grievances and oppression. To this day, this multifaceted continent exhibits a tremendous variety of physical housing forms of poverty that have their roots in different histories, cultures, policies and lifestyles. To gain insight into these aforementioned aspects requires, among other things, image analysis through satellite imagery. Therefore, this work is done through remote sensing or Earth Observation (EO) as well as additional literature review and an empirical survey. In order to reveal uncertainties conceptually and in the coverage, the method of manual image interpretation of poverty areas has to be critically questioned. The overall goal of this work is to create a better knowledge base about poverty in order to be able to develop measures to reduce poverty. The work serves as a response to the United Nations Sustainable Development Goals. Basic research is carried out by exploratively analyzing knowledge gaps in Earth observation on physical-structural or morphological manifestations of poverty at the building level. The work is divided into three research themes or study parts: The aim of the first part of the study is to capture global spatiotemporal dynamics by linking to established categorizations of poverty areas. The knowledge gap will be filled by conducting a temporal analysis of the built environment over a period of seven years, in 16 documented manifestations of urban poverty using earth observation data. In addition to a globally distributed area selection, visual image interpretation (MVII) and very high-resolution optical satellite data are used. In order to derive 3D city models, MVII is applied combining in-situ and Google Street View imagery. Six spatial morphological variables are applied: number, size, height, orientation and density of buildings as well as heterogeneity of the built-up pattern. In this way, physical spatial structures are measured. Inter-urban and intra-urban differences are demonstrated in the temporal analysis. Findings show different, yet generally high morphological dynamics across the study areas. The variety comprises demolished and reconstructed areas as well as such, where changes occur within the given structures. Results demonstrate increased dynamics, especially in areas of the Global South. At the intra-urban scale, morphological transformations show a high spatial variability simultaneously. However, in spite of these findings of high dynamics, the spatial patterns are mostly constant, including building alignments, streets and open spaces. These initial results indicate little change in Europe, which is why these European poverty areas are surveyed and categorized from scratch in the following part of the study. The aim of the second part of the study is to create a new categorization, specifically for Europe, which is underrepresented in science. In order to expand the existing global scientific ontological inventory for Europe, different forms of non-indexed residential morphologies are detected and categorized. Regarding this second part of the study, a literature search with more than 1,000 articles reviewed provides the further basis for the following focus on Europe. Based on the research, satellite data are again used by means of manual visual image interpretation (MVII) to obtain the physical morphologies of housing types. Furthermore, self-defined geographical indicators of location, structure and formal status are used. Additionally, social backgrounds described by terms like 'ghetto', 'trailer park', 'ethnic enclave' or 'refugee camp' are researched and implemented. They are intended to serve as an explanatory approach to poverty neighborhoods in Europe. The sample for Europe, however is an overall unknown basic population and illustrates a wide variety of physical forms: A new categorization of six main classes is developed for Europe, ranging from 'simplest dwellings' (e.g., tents) to 'makeshift shelters ' (e.g., shacks, containers) to 'multi-story structures' - as a general taxonomy of housing deprivation in Europe. The study discloses different housing types such as underground or mobile types, dilapidated dwellings or large housing estates that reflect poverty in 21st century Europe. Next to housing morphology, these classes are described by structural settlement patterns and their legal status - either as planned or organic-grown, or further as formal, informal or hybrid (semi-legal) forms. From a geographic point of view, a concentration of these poor housing forms can be found in Southern Europe and all across Europe in urban and rural areas. The societal background of the most morphologies concern the 'underprivileged' who are represented, by refugees, ethnic minorities and socioeconomically disadvantaged people. The aim of the third part of the study is a critical analysis of the method. To capture all these settlements and due to the advances in image classification methods, satellite images are typically analyzed automatically nowadays. Still, MVII is important, e.g., for the purpose of validation or to generate training data for machine learning algorithms. Thus, cognitive perception and real-world experience are still unavoidable. Nevertheless, such urban environments with highest density and structural complexity challenge the human interpreter, when it comes to detecting individual building structures because spectral and texture-based restrictions of overlapping roof structures encounter building delineation. Considering that, the aim of this work is to quantify and interpret uncertainties methodologically specifically in mapping. Roof areas are mapped as 'footprints' of such areas. One focus is the agreement between multiple image interpreters. The other focus explores influences by interpreter perception and different elements of image interpretation. Finally, to reflect self-critically on the method of MVII as a third goal, experiments are created as a so-called 'uncertainty analysis'. In these experiments, ten test persons respectively interpreters map six complex areas and produce quantitative data of spatial variables of buildings. This data allows to assess the consistency and congruence of the results in a systematical way. Additionally, a questionnaire provides subjective qualitative information about further difficulties. Since the basis of the categorizations used for this purpose so far is based on subjective image interpretation by humans, any uncertainties and thus error-proneness have to be revealed. The experiments for this uncertainty analysis are quantified and qualified. On the one hand results show remarkable differences between the mapping results of the interpreters. On the other hand, the results for one and the same interpreter reveal high consistency. Another finding demonstrates a correlation between increasing deviations among interpreters and increasing structural (morphological) complexity of the selected areas. Considering the qualitative responses, aspects such as time spent for mapping, prior in-situ knowledge, or prior knowledge of using Geographic Information Systems (GIS) reveal a high degree of individuality among the interpreters. It is noteworthy that particularly ‘data source’ usually influences the mapping procedure. Thus, this study also aims to fill another knowledge gap at the point of applied methodology. Uncertainty analyses often are neither part of research studies of complex urban areas using MVII, nor quantification of mapping errors. In future, remote sensing studies should not only be able to rely on MVII without doubt for validation, but rather data and methods are needed to rule out uncertainty. In summary, this work contributes to the hitherto little researched morphological dynamics of poverty areas. Inter- as well as intra-urban differences on a global scale are presented. Generally, high morphological transformations between the selected areas can be observed. The results indicate a fundamental lack of knowledge in Europe, which is why this work continues at this point. A sample distributed all across Europe allows a new morphological categorization of the large variety of physical forms found. The number of areas opens up in an unknown basic population. For data preparation of previous analyses, satellite images have to be interpreted manually. The procedure involves uncertainties. As a critical self-reflection, a series of experiments reveal significant differences between interpreters’ results, but illustrates consistency in the same subject. KW - Slum KW - Armutsviertel KW - Fernerkundung KW - Stadtgeographie KW - Bildinterpretation KW - physische Morphologie KW - urbane Strukturanalyse KW - raumzeitliche Dynamik KW - Manuelle visuelle Bildinterpretation KW - Wohnformen der Armut KW - Europa KW - Bildbetrachtung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320264 ER - TY - JOUR A1 - Dong, Ruirui A1 - Wurm, Michael A1 - Taubenböck, Hannes T1 - Seasonal and diurnal variation of land surface temperature distribution and its relation to land use/land cover patterns JF - International Journal of Environmental Research and Public Health N2 - The surface urban heat island (SUHI) affects the quality of urban life. Because varying urban structures have varying impacts on SUHI, it is crucial to understand the impact of land use/land cover characteristics for improving the quality of life in cities and urban health. Satellite-based data on land surface temperatures (LST) and derived land use/cover pattern (LUCP) indicators provide an efficient opportunity to derive the required data at a large scale. This study explores the seasonal and diurnal variation of spatial associations from LUCP and LST employing Pearson correlation and ordinary least squares regression analysis. Specifically, Landsat-8 images were utilized to derive LSTs in four seasons, taking Berlin as a case study. The results indicate that: (1) in terms of land cover, hot spots are mainly distributed over transportation, commercial and industrial land in the daytime, while wetlands were identified as hot spots during nighttime; (2) from the land composition indicators, the normalized difference built-up index (NDBI) showed the strongest influence in summer, while the normalized difference vegetation index (NDVI) exhibited the biggest impact in winter; (3) from urban morphological parameters, the building density showed an especially significant positive association with LST and the strongest effect during daytime. KW - surface urban heat island (SUHI) KW - land use/cover pattern (LUCP) KW - land surface temperature (LST) KW - seasonal KW - diurnal Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-290393 SN - 1660-4601 VL - 19 IS - 19 ER - TY - JOUR A1 - Philipp, Marius A1 - Dietz, Andreas A1 - Ullmann, Tobias A1 - Kuenzer, Claudia T1 - A circum-Arctic monitoring framework for quantifying annual erosion rates of permafrost coasts JF - Remote Sensing N2 - This study demonstrates a circum-Arctic monitoring framework for quantifying annual change of permafrost-affected coasts at a spatial resolution of 10 m. Frequent cloud coverage and challenging lighting conditions, including polar night, limit the usability of optical data in Arctic regions. For this reason, Synthetic Aperture RADAR (SAR) data in the form of annual median and standard deviation (sd) Sentinel-1 (S1) backscatter images covering the months June–September for the years 2017–2021 were computed. Annual composites for the year 2020 were hereby utilized as input for the generation of a high-quality coastline product via a Deep Learning (DL) workflow, covering 161,600 km of the Arctic coastline. The previously computed annual S1 composites for the years 2017 and 2021 were employed as input data for the Change Vector Analysis (CVA)-based coastal change investigation. The generated DL coastline product served hereby as a reference. Maximum erosion rates of up to 67 m per year could be observed based on 400 m coastline segments. Overall highest average annual erosion can be reported for the United States (Alaska) with 0.75 m per year, followed by Russia with 0.62 m per year. Out of all seas covered in this study, the Beaufort Sea featured the overall strongest average annual coastal erosion of 1.12 m. Several quality layers are provided for both the DL coastline product and the CVA-based coastal change analysis to assess the applicability and accuracy of the output products. The predicted coastal change rates show good agreement with findings published in previous literature. The proposed methods and data may act as a valuable tool for future analysis of permafrost loss and carbon emissions in Arctic coastal environments. KW - permafrost KW - coastal erosion KW - circum-Arctic KW - deep learning KW - change vector analysis KW - Google Earth Engine KW - synthetic aperture RADAR Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-304447 SN - 2072-4292 VL - 15 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Kacic, Patrick A1 - Thonfeld, Frank A1 - Gessner, Ursula A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Forest structure characterization in Germany: novel products and analysis based on GEDI, Sentinel-1 and Sentinel-2 data JF - Remote Sensing N2 - Monitoring forest conditions is an essential task in the context of global climate change to preserve biodiversity, protect carbon sinks and foster future forest resilience. Severe impacts of heatwaves and droughts triggering cascading effects such as insect infestation are challenging the semi-natural forests in Germany. As a consequence of repeated drought years since 2018, large-scale canopy cover loss has occurred calling for an improved disturbance monitoring and assessment of forest structure conditions. The present study demonstrates the potential of complementary remote sensing sensors to generate wall-to-wall products of forest structure for Germany. The combination of high spatial and temporal resolution imagery from Sentinel-1 (Synthetic Aperture Radar, SAR) and Sentinel-2 (multispectral) with novel samples on forest structure from the Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI, LiDAR, Light detection and ranging) enables the analysis of forest structure dynamics. Modeling the three-dimensional structure of forests from GEDI samples in machine learning models reveals the recent changes in German forests due to disturbances (e.g., canopy cover degradation, salvage logging). This first consistent data set on forest structure for Germany from 2017 to 2022 provides information of forest canopy height, forest canopy cover and forest biomass and allows estimating recent forest conditions at 10 m spatial resolution. The wall-to-wall maps of the forest structure support a better understanding of post-disturbance forest structure and forest resilience. KW - forest KW - forest structure Germany KW - canopy height KW - Global Ecosystem Dynamics Investigation KW - GEDI KW - Sentinel-1 KW - Sentinel-2 KW - random forest regression Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313727 SN - 2072-4292 VL - 15 IS - 8 ER - TY - THES A1 - Philipp, Marius Balthasar T1 - Quantifying the Effects of Permafrost Degradation in Arctic Coastal Environments via Satellite Earth Observation T1 - Quantifizierung der Effekte von Permafrost Degradation in Arktischen Küstenregionen mittels Satelliten-gestützter Erdbeobachtung N2 - Permafrost degradation is observed all over the world as a consequence of climate change and the associated Arctic amplification, which has severe implications for the environment. Landslides, increased rates of surface deformation, rising likelihood of infrastructure damage, amplified coastal erosion rates, and the potential turnover of permafrost from a carbon sink to a carbon source are thereby exemplary implications linked to the thawing of frozen ground material. In this context, satellite earth observation is a potent tool for the identification and continuous monitoring of relevant processes and features on a cheap, long-term, spatially explicit, and operational basis as well as up to a circumpolar scale. A total of 325 articles published in 30 different international journals during the past two decades were investigated on the basis of studied environmental foci, remote sensing platforms, sensor combinations, applied spatio-temporal resolutions, and study locations in an extensive review on past achievements, current trends, as well as future potentials and challenges of satellite earth observation for permafrost related analyses. The development of analysed environmental subjects, utilized sensors and platforms, and the number of annually published articles over time are addressed in detail. Studies linked to atmospheric features and processes, such as the release of greenhouse gas emissions, appear to be strongly under-represented. Investigations on the spatial distribution of study locations revealed distinct study clusters across the Arctic. At the same time, large sections of the continuous permafrost domain are only poorly covered and remain to be investigated in detail. A general trend towards increasing attention in satellite earth observation of permafrost and related processes and features was observed. The overall amount of published articles hereby more than doubled since the year 2015. New sources of satellite data, such as the Sentinel satellites and the Methane Remote Sensing LiDAR Mission (Merlin), as well as novel methodological approaches, such as data fusion and deep learning, will thereby likely improve our understanding of the thermal state and distribution of permafrost, and the effects of its degradation. Furthermore, cloud-based big data processing platforms (e.g. Google Earth Engine (GEE)) will further enable sophisticated and long-term analyses on increasingly larger scales and at high spatial resolutions. In this thesis, a specific focus was put on Arctic permafrost coasts, which feature increasing vulnerability to environmental parameters, such as the thawing of frozen ground, and are therefore associated with amplified erosion rates. In particular, a novel monitoring framework for quantifying Arctic coastal erosion rates within the permafrost domain at high spatial resolution and on a circum-Arctic scale is presented within this thesis. Challenging illumination conditions and frequent cloud cover restrict the applicability of optical satellite imagery in Arctic regions. In order to overcome these limitations, Synthetic Aperture RADAR (SAR) data derived from Sentinel-1 (S1), which is largely independent from sun illumination and weather conditions, was utilized. Annual SAR composites covering the months June–September were combined with a Deep Learning (DL) framework and a Change Vector Analysis (CVA) approach to generate both a high-quality and circum-Arctic coastline product as well as a coastal change product that highlights areas of erosion and build-up. Annual composites in the form of standard deviation (sd) and median backscatter were computed and used as inputs for both the DL framework and the CVA coastal change quantification. The final DL-based coastline product covered a total of 161,600 km of Arctic coastline and featured a median accuracy of ±6.3 m to the manually digitized reference data. Annual coastal change quantification between 2017–2021 indicated erosion rates of up to 67 m per year for some areas based on 400 m coastal segments. In total, 12.24% of the investigated coastline featured an average erosion rate of 3.8 m per year, which corresponds to 17.83 km2 of annually eroded land area. Multiple quality layers associated to both products, the generated DL-coastline and the coastal change rates, are provided on a pixel basis to further assess the accuracy and applicability of the proposed data, methods, and products. Lastly, the extracted circum-Arctic erosion rates were utilized as a basis in an experimental framework for estimating the amount of permafrost and carbon loss as a result of eroding permafrost coastlines. Information on permafrost fraction, Active Layer Thickness (ALT), soil carbon content, and surface elevation were thereby combined with the aforementioned erosion rates. While the proposed experimental framework provides a valuable outline for quantifying the volume loss of frozen ground and carbon release, extensive validation of the utilized environmental products and resulting volume loss numbers based on 200 m segments are necessary. Furthermore, data of higher spatial resolution and information of carbon content for deeper soil depths are required for more accurate estimates. N2 - Als Folge des Klimawandels und der damit verbundenen „Arctic Amplification“ wird weltweit eine Degradation des Dauerfrostbodens (Permafrost) beobachtet, welche schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt hat. Erdrutsche, erhöhte Oberflächen- verformungsraten, eine zunehmende Wahrscheinlichkeit von Infrastrukturschäden, verstärkte Küstenerosionsraten und die potenzielle Umwandlung von Permafrost von einer Kohlenstoffsenke in eine Kohlenstoffquelle sind dabei beispielhafte Auswirkun- gen im Zusammenhang mit dem Auftauen von gefrorenem Bodenmaterial. In diesem Kontext ist die Satelliten-gestützte Erdbeobachtung ein wirkmächtiges Werkzeug zur Identifizierung und kontinuierlichen Überwachung relevanter Prozesse und Merkmale auf einer kostengünstigen, langfristigen, räumlich expliziten und operativen Basis und auf einem zirkumpolaren Maßstab. Insgesamt 325 Artikel, die in den letzten zwei Jahrzehnten in 30 verschiedenen internationalen Zeitschriften veröffentlicht wurden, wurden auf Basis der adressierten Umweltschwerpunkte, Fernerkundungsplattformen, Sensorkombinationen, angewand- ten raum-zeitlichen Auflösungen und den Studienorten in einem umfassenden Überblick über vergangene Errungenschaften und aktuelle Trends untersucht. Zusätzlich wur- den zukünftige Potenziale und Herausforderungen der Satelliten-Erdbeobachtung für Permafrost-bezogene Analysen diskutiert. Auf die zeitliche Entwicklung der un- tersuchten Umweltthemen, eingesetzten Sensoren und Satelliten-Plattformen sowie die Zahl der jährlich erscheinenden Artikel wurde detailliert eingegangen. Studien zu atmosphärischen Eigenschaften und Prozessen, wie etwa der Freisetzung von Treibhaus- gasemissionen, waren stark unterrepräsentiert. Deutliche geografische Schlüssel-Gebiete, auf welche sich der Großteil der Studien konzentrierte, konnten in Untersuchungen zur räumlichen Verteilung der Studienorte identifiziert werden. Gleichzeitig sind große Teile des kontinuierlichen Permafrost-Gebiets nur spärlich abgedeckt und müssen noch im Detail untersucht werden. Es wurde ein allgemeiner Trend zu einer zunehmenden Aufmerksamkeit bezüglich der Satelliten-gestützten Erdbeobachtung von Permafrost und verwandten Prozessen und Merkmalen beobachtet. Die Gesamtzahl der veröf- fentlichten Artikel hat sich dabei seit dem Jahr 2015 mehr als verdoppelt. Neue Quellen für Satellitendaten, wie beispielweise die Sentinel-Satelliten und die Methane Remote Sensing LiDAR Mission (Merlin), sowie neuartige methodische Ansätze, wie Datenfusion und Deep Learning, werden dabei voraussichtlich unser Verständnis bzgl. des thermischen Zustands und der Verteilung von Permafrost-Vorkommen sowie die Auswirkungen seines Auftauens verbessern. Darüber hinaus werden Cloud-basierte Big-Data-Verarbeitungsplattformen (z.B. Google Earth Engine (GEE)) anspruchsvolle und langfristige Analysen in immer größeren Maßstäben und mit hoher räumlicher Auflösung erleichtern. In dieser Arbeit wurde ein besonderer Fokus auf arktische Permafrost-Küsten gelegt, die eine zunehmende Vulnerabilität gegenüber Umweltparametern wie dem Auftauen von gefrorenem Boden aufweisen und daher von verstärkten Erosionsraten betroffen sind. Ein neuartiger Ansatz zur Quantifizierung der arktischen Küstene- rosion innerhalb des Permafrost-Gebiets mit hoher räumlicher Auflösung und auf zirkum-arktischem Maßstab wird in dieser Dissertation präsentiert. Schwierige Be- leuchtungsbedingungen und häufige Bewölkung schränken die Anwendbarkeit optischer Satellitenbilder in arktischen Regionen ein. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden Synthetic Aperture RADAR (SAR) Daten von Sentinel-1 (S1) verwendet, die weitgehend unabhängig von Sonneneinstrahlung und Wetterbedingungen sind. Jährli- che SAR-Komposite, welche die Monate Juni bis September abdecken, wurden mit einem Deep Learning (DL)-Ansatz und einer Change Vector Analysis (CVA)-Methode kombiniert, um sowohl ein qualitativ hochwertiges und zirkum-arktisches Küstenli- nienprodukt als auch ein Produkt für die Änderungsraten (Erosion und küstennahe Aggregation von Sedimenten) der Küste zu generieren. Jährliche Satelliten-Komposite in Form von der Standardabweichung (sd) und des Medians der SAR Rückstreuung wurden hierbei berechnet und als Eingabedaten sowohl für den DL-Ansatz als auch für die Quantifizierung der CVA-basierten Küstenänderung verwendet. Das endgül- tige DL-basierte Küstenlinienprodukt deckt insgesamt 161.600 km der arktischen Küstenlinie ab und wies eine Median-Abweichung von ±6,3 m gegenüber den ma- nuell digitalisierten Referenzdaten auf. Im Zuge der Quantifizierung von jährlichen Küstenveränderungen zwischen 2017 und 2021 konnten Erosionsraten von bis zu 67 m pro Jahr und basierend auf 400 m Küstenabschnitten identifiziert werden. Insgesamt wiesen 12,24% der untersuchten Küstenlinie eine durchschnittliche Erosionsrate von 3,8 m pro Jahr auf, was einer jährlichen erodierten Landfläche von 17,83 km2 entspricht. Mehrere Qualitäts-Datensätze, die beiden Produkten zugeordnet sind, wurden auf Pixelbasis bereitgestellt, um die Genauigkeit und Anwendbarkeit der präsentierten Daten, Methoden und Produkte weiter einordnen zu können. Darüber hinaus wurden die extrahierten zirkum-arktischen Erosionsraten als Grund- lage in einem experimentellen Ansatz verwendet, um die Menge an Permafrost-Verlust und Kohlenstofffreistzung als Konsequenz der erodierten Permafrost-Küsten abzu- schätzen. Dabei wurden Informationen zu Permafrost-Anteil, Active Layer Thickness (ALT), Höhenmodellen und der Menge an im Boden gespeichertem Kohlenstoff mit den oben genannten Erosionsraten kombiniert. Während der präsentierte experimentelle Ansatz einen wertvollen Ausgangspunkt für die Quantifizierung des Volumenverlusts von gefrorenem Boden und der Kohlenstofffreisetzung darstellt, ist eine umfassende Validierung der verwendeten Umweltprodukte und der resultierenden Volumenzah- len erforderlich. Zusätzlich werden für genauere Abschätzungen Daten mit höherer räumlicher Auflösung und Informationen zum Kohlenstoffgehalt für tiefere Bodentiefen benötigt. KW - Dauerfrostboden KW - Synthetische Apertur KW - Deep learning KW - Erosion KW - Satellit KW - Synthetic Aperture RADAR KW - Circumpolar KW - Arctic KW - Permafrost KW - Satellite Earth Observation KW - Change Vector Analysis Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345634 ER - TY - JOUR A1 - Reiners, Philipp A1 - Sobrino, José A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Satellite-derived land surface temperature dynamics in the context of global change — a review JF - Remote Sensing N2 - Satellite-derived Land Surface Temperature (LST) dynamics have been increasingly used to study various geophysical processes. This review provides an extensive overview of the applications of LST in the context of global change. By filtering a selection of relevant keywords, a total of 164 articles from 14 international journals published during the last two decades were analyzed based on study location, research topic, applied sensor, spatio-temporal resolution and scale and employed analysis methods. It was revealed that China and the USA were the most studied countries and those that had the most first author affiliations. The most prominent research topic was the Surface Urban Heat Island (SUHI), while the research topics related to climate change were underrepresented. MODIS was by far the most used sensor system, followed by Landsat. A relatively small number of studies analyzed LST dynamics on a global or continental scale. The extensive use of MODIS highly determined the study periods: A majority of the studies started around the year 2000 and thus had a study period shorter than 25 years. The following suggestions were made to increase the utilization of LST time series in climate research: The prolongation of the time series by, e.g., using AVHRR LST, the better representation of LST under clouds, the comparison of LST to traditional climate change measures, such as air temperature and reanalysis variables, and the extension of the validation to heterogenous sites. KW - remote sensing KW - land surface temperature KW - temperature KW - dynamics KW - global change KW - climate change KW - global warming KW - earth observation KW - review Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-311120 SN - 2072-4292 VL - 15 IS - 7 ER - TY - JOUR A1 - Kunz, Julius A1 - Ullmann, T. A1 - Kneisel, C. A1 - Baumhauer, R. T1 - Three-dimensional subsurface architecture and its influence on the spatiotemporal development of a retrogressive thaw slump in the Richardson Mountains, Northwest Territories, Canada JF - Arctic, Antarctic, and Alpine Research N2 - The development of retrogressive thaw slumps (RTS) is known to be strongly influenced by relief-related parameters, permafrost characteristics, and climatic triggers. To deepen the understanding of RTS, this study examines the subsurface characteristics in the vicinity of an active thaw slump, located in the Richardson Mountains (Western Canadian Arctic). The investigations aim to identify relationships between the spatiotemporal slump development and the influence of subsurface structures. Information on these were gained by means of electrical resistivity tomography (ERT) and ground-penetrating radar (GPR). The spatiotemporal development of the slump was revealed by high-resolution satellite imagery and unmanned aerial vehicle–based digital elevation models (DEMs). The analysis indicated an acceleration of slump expansion, especially since 2018. The comparison of the DEMs enabled the detailed balancing of erosion and accumulation within the slump area between August 2018 and August 2019. In addition, manual frost probing and GPR revealed a strong relationship between the active layer thickness, surface morphology, and hydrology. Detected furrows in permafrost table topography seem to affect the active layer hydrology and cause a canalization of runoff toward the slump. The three-dimensional ERT data revealed a partly unfrozen layer underlying a heterogeneous permafrost body. This may influence the local hydrology and affect the development of the RTS. The results highlight the complex relationships between slump development, subsurface structure, and hydrology and indicate a distinct research need for other RTSs. KW - retrogressive thaw slump KW - permafrost KW - spatiotemporal slump development KW - near-surface geophysics KW - remote sensing Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-350147 SN - 1523-0430 VL - 55 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Meister, Julia A1 - von Suchodoletz, Hans A1 - Zeeden, Christian T1 - Preface: Quaternary research from and inspired by the first virtual DEUQUA conference JF - E&G Quaternary Science Journal N2 - No abstract available. KW - DEUQUA KW - vDEUQUA2021 KW - preface Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-350157 VL - 72 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Schäfer, Christian A1 - Fäth, Julian A1 - Kneisel, Christof A1 - Baumhauer, Roland A1 - Ullmann, Tobias T1 - Multidimensional hydrological modeling of a forested catchment in a German low mountain range using a modular runoff and water balance model JF - Frontiers in Forests and Global Change N2 - Sufficient plant-available water is one of the most important requirements for vital, stable, and well-growing forest stands. In the face of climate change, there are various approaches to derive recommendations considering tree species selection based on plant-available water provided by measurements or simulations. Owing to the small-parcel management of Central European forests as well as small-spatial variation of soil and stand properties, in situ data collection for individual forest stands of large areas is not feasible, considering time and cost effort. This problem can be addressed using physically based modeling, aiming to numerically simulate the water balance. In this study, we parameterized, calibrated, and verified the hydrological multidimensional WaSiM-ETH model to assess the water balance at a spatial resolution of 30 m in a German forested catchment area (136.4 km2) for the period 2000–2021 using selected in situ data, remote sensing products, and total runoff. Based on the model output, drought-sensitive parameters, such as the difference between potential and effective stand transpiration (Tdiff) and the water balance, were deduced from the model, analyzed, and evaluated. Results show that the modeled evapotranspiration (ET) correlated significantly (R2 = 0.80) with the estimated ET using MODIS data (MOD16A2GFv006). Compared with observed daily, monthly, and annual runoff data, the model shows a good performance (R2: 0.70|0.77|0.73; Kling–Gupta efficiency: 0.59|0.62|0.83; volumetric efficiency: 0.52|0.60|0.83). The comparison with in situ data from a forest monitoring plot, established at the end of 2020, indicated good agreement between observed and simulated interception and soil water content. According to our results, WaSiM-ETH is a potential supplement for forest management, owing to its multidimensionality and the ability to model soil water balance for large areas at comparable high spatial resolution. The outputs offer, compared to non-distributed models (like LWF-Brook90), spatial differentiability, which is important for small-scale parceled forests, regarding stand structure and soil properties. Due to the spatial component offered, additional verification possibilities are feasible allowing a reliable and profound verification of the model and its parameterization. KW - forest ecology KW - forest hydrology KW - WaSiM-ETH KW - drought stress indicators KW - beech Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357358 VL - 6 ER - TY - JOUR A1 - Buchelt, Sebastian A1 - Blöthe, Jan Henrik A1 - Kuenzer, Claudia A1 - Schmitt, Andreas A1 - Ullmann, Tobias A1 - Philipp, Marius A1 - Kneisel, Christof T1 - Deciphering small-scale seasonal surface dynamics of rock glaciers in the Central European Alps using DInSAR time series JF - Remote Sensing N2 - The Essential Climate Variable (ECV) Permafrost is currently undergoing strong changes due to rising ground and air temperatures. Surface movement, forming characteristic landforms such as rock glaciers, is one key indicator for mountain permafrost. Monitoring this movement can indicate ongoing changes in permafrost; therefore, rock glacier velocity (RGV) has recently been added as an ECV product. Despite the increased understanding of rock glacier dynamics in recent years, most observations are either limited in terms of the spatial coverage or temporal resolution. According to recent studies, Sentinel-1 (C-band) Differential SAR Interferometry (DInSAR) has potential for monitoring RGVs at high spatial and temporal resolutions. However, the suitability of DInSAR for the detection of heterogeneous small-scale spatial patterns of rock glacier velocities was never at the center of these studies. We address this shortcoming by generating and analyzing Sentinel-1 DInSAR time series over five years to detect small-scale displacement patterns of five high alpine permafrost environments located in the Central European Alps on a weekly basis at a range of a few millimeters. Our approach is based on a semi-automated procedure using open-source programs (SNAP, pyrate) and provides East-West displacement and elevation change with a ground sampling distance of 5 m. Comparison with annual movement derived from orthophotos and unpiloted aerial vehicle (UAV) data shows that DInSAR covers about one third of the total movement, which represents the proportion of the year suited for DInSAR, and shows good spatial agreement (Pearson R: 0.42–0.74, RMSE: 4.7–11.6 cm/a) except for areas with phase unwrapping errors. Moreover, the DInSAR time series unveils spatio-temporal variations and distinct seasonal movement dynamics related to different drivers and processes as well as internal structures. Combining our approach with in situ observations could help to achieve a more holistic understanding of rock glacier dynamics and to assess the future evolution of permafrost under changing climatic conditions. KW - Sentinel-1 KW - DInSAR KW - rock glaciers KW - seasonal dynamics KW - periglacial KW - feature tracking Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-362939 SN - 2072-4292 VL - 15 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Fleuchaus, Paul A1 - Blum, Philipp A1 - Wilde, Martina A1 - Terhorst, Birgit A1 - Butscher, Christoph T1 - Retrospective evaluation of landslide susceptibility maps and review of validation practice JF - Environmental Earth Sciences N2 - Despite the widespread application of landslide susceptibility analyses, there is hardly any information about whether or not the occurrence of recent landslide events was correctly predicted by the relevant susceptibility maps. Hence, the objective of this study is to evaluate four landslide susceptibility maps retrospectively in a landslide-prone area of the Swabian Alb (Germany). The predictive performance of each susceptibility map is evaluated based on a landslide event triggered by heavy rainfalls in the year 2013. The retrospective evaluation revealed significant variations in the predictive accuracy of the analyzed studies. Both completely erroneous as well as very precise predictions were observed. These differences are less attributed to the applied statistical method and more to the quality and comprehensiveness of the used input data. Furthermore, a literature review of 50 peer-reviewed articles showed that most landslide susceptibility analyses achieve very high validation scores. 73% of the analyzed studies achieved an area under curve (AUC) value of at least 80%. These high validation scores, however, do not reflect the high uncertainty in statistical susceptibility analysis. Thus, the quality assessment of landslide susceptibility maps should not only comprise an index-based, quantitative validation, but also an additional qualitative plausibility check considering local geomorphological characteristics and local landslide mechanisms. Finally, the proposed retrospective evaluation approach cannot only help to assess the quality of susceptibility maps and demonstrate the reliability of such statistical methods, but also identify issues that will enable the susceptibility maps to be improved in the future. KW - landslides KW - hazard maps KW - predictive performance KW - review KW - Swabian Alb Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-308911 SN - 1866-6280 SN - 1866-6299 VL - 80 ER - TY - THES A1 - Kanmegne Tamga, Dan Emmanuel T1 - Modelling Carbon Sequestration of Agroforestry Systems in West Africa using Remote Sensing T1 - Modellierung der Kohlenstoffbindung von agroforstwirtschaftlichen Systemen in Westafrika mittels Fernerkundung N2 - The production of commodities such as cocoa, rubber, oil palm and cashew, is the main driver of deforestation in West Africa (WA). The practiced production systems correspond to a land managment approach referred to as agroforestry systems (AFS), which consist of managing trees and crops on the same unit of land.Because of the ubiquity of trees, AFS reported as viable solution for climate mitigation; the carbon sequestrated by the trees could be estimated with remote sensing (RS) data and methods and reported as emission reduction efforts. However, the diversity in AFS in relation to their composition, structure and spatial distribution makes it challenging for an accurate monitoring of carbon stocks using RS. Therefore, the aim of this research is to propose a RS-based approach for the estimation of carbon sequestration in AFS across the climatic regions of WA. The main objectives were to (i) provide an accurate classification map of AFS by modelling the spatial distribution of the classification error; (ii) estimate the carbon stock of AFS in the main climatic regions of WA using RS data; (iii) evaluate the dynamic of carbon stocks within AFS across WA. Three regions of interest (ROI) were defined in Cote d'Ivoire and Burkina Faso, one in each climatic region of WA namely the Guineo-Congolian, Guinean and Sudanian, and three field campaigns were carried out for data collection. The collected data consisted of reference points for image classification, biometric tree measurements (diameter, height, species) for biomass estimation. A total of 261 samples were collected in 12 AFS across WA. For the RS data, yearly composite images from Sentinel-1 and -2 (S1 and S2), ALOS-PALSAR and GEDI data were used. A supervised classification using random forest (RF) was implemented and the classification error was assessed using the Shannon entropy generated from the class probabilities. For carbon estimation, different RS data, machine learning algorithms and carbon reference sources were compared for the prediction of the aboveground biomass in AFS. The assessment of the carbon dynamic was carried between 2017 and 2021. An average carbon map was genrated and use as reference for the comparison of annual carbon estimations, using the standard deviation as threshold. As far as the results are concerned, the classification accuracy was higher than 0.9 in all the ROIs, and AFS were mainly represented by rubber (38.9%), cocoa (36.4%), palm (10.8%) in the ROI-1, mango (15.2%) and cashew (13.4%) in ROI-2, shea tree (55.7%) and African locust bean (28.1%) in ROI-3. However, evidence of misclassification was found in cocoa, mango, and shea butter. The assessment of the classification error suggested that the error level was higher in the ROI-3 and ROI-1. The error generated from the entropy was able to reduced the level of misclassification by 63% with 11% of loss of information. Moreover, the approach was able to accuretely detect encroachement in protected areas. On carbon estimation, the highest prediction accuracy (R²>0.8) was obtained for a RF model using the combination of S1 and S2 and AGB derived from field measurements. Predictions from GEDI could only be used as reference in the ROI-1 but resulted in a prediction error was higher in cashew, mango, rubber and cocoa plantations, and the carbon stock level was higher in African locust bean (43.9 t/ha), shea butter (15 t/ha), cashew (13.8 t/ha), mango (12.8 t/ha), cocoa (7.51 t/ha) and rubber (7.33 t/ha). The analysis showed that carbon stock is determined mainly by the diameter (R²=0.45) and height (R²=0.13) of trees. It was found that crop plantations had the lowest biodiversity level, and no significant relationship was found between the considered biodiversity indices and carbon stock levels. The assessment of the spatial distribution of carbon sources and sinks showed that cashew plantations are carbon emitters due to firewood collection, while cocoa plantations showed the highest potential for carbon sequestration. The study revealed that Sentinel data could be used to support a RS-based approach for modelling carbon sequestration in AFS. Entropy could be used to map crop plantations and to monitor encroachment in protected areas. Moreover, field measurements with appropriate allometric models could ensure an accurate estimation of carbon stocks in AFS. Even though AFS in the Sudanian region had the highest carbon stocks level, there is a high potential to increase the carbon level in cocoa plantations by integrating and/or maintaining forest trees. N2 - Die Produktion von Rohstoffen wie Kakao, Kautschuk, Ölpalmen und Cashew ist die Hauptursache fur die Entwaldung in Westafrika (WA). Die verwendeten Produktionssyteme entsprechen einem Landbewirtschaftungskonzept, welches als Agroforstsysteme (AFS) bezeichnet wird und darin besteht, Baume und Nutzpflanzen auf der gleichen Landeinheit zu bewirtschaften. Aufgrund der kohlenstoffbindung durch Baumen sind AFS als praktikable Losung fur den Klimaschutz anerkannt, die Vielfalt der AFS in Bezug auf ihre Zusammensetzung, Struktur un raumliche Verteilung erschwert jedoch eine genaue Schatzung der Kohlenstoffvorrate. Hier konnen Daten und Methoden der satellitenbasierten Erdbeobachtung ansetzten. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es daher, einen fernerkundungs-basierten Ansatz fur die Schatzung der Kohlenstoffbindung in AFS in den Klimaregionen von WA vorzuschlagen. Die Hauptziele waren (i) die Erstellung einer genauen Klassifizierungskarte von AFS durch Modellierung der raumlichen verteilung des Klassifizierungsfehlers; (ii) die Shatzung des Kohlenstoffbestands von AFS in den wichtigsten Klimaregionen von WA unter Verwendung von Fernerkundungs-daten (RS); (iii) die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffquellen und -senken innerhalb von AFS in ganz WA. Fur jede Klimaregion in West Afrika wurden drei Regionen von Interesse (ROI) festgelegt, namlich die guineisch-kongolesische (ROI 1), die guineische (ROI 2) und die sudanesische Region (ROI 3) in Côte d'Ivoire und Burkina Faso, und es wurden drei Feldkampagnen zur Datenerhebung durchgefuhrt. Die gesammelten Daten bestanden aus Referenzpunkten fur die Bildklassifizierung und biometrischen Messungen (Durchmesser, Hohe, Artname) zur Schatzung der Biomasse. Insgesamt wurden 261 Proben in 12 AFS in ganz WA gesammelt. Fur die RS-Daten wurden jahrliche Komposite von Sentinel-1 und -2 (s1 und S3), ALOS-PALSAR und GEDI-Daten verwendet. Es wurde eine uberwachte Klassifizierung mit Random Forest (RF) algorithmus durch gefuhrt, und der Klassifizierungsfehler wurde anhand der aus den Klassenwahrscheinlichkeiten generierten Shannon-Entropie bewertet. Fur die Kohlenstoffschatzung wurden verschiedene RS-Daten, Algorithmen fur maschinelles Lernen und Kohlenstoff-Referenzquellen fur die Vorhesage des Kohlenstoffs in AFS verglichen. Die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffsenken und -quellen basierte auf der Bewertung von Anomalien in der Kohlenstoffdynamik zwischen 2017 und 2021. Es wurde eine Karte zum durchschnittliche gebundenen Kohkenstoff erstellt, und die jahrliche Differenz wurde verwendet, um Kohlenstoffsenken und -quellen zu identifizieren. Die Klassifizierungsgenauigkeit war in allen ROI hoher als 0.9, in der Region dominierten Kautschuk (38.9%), Kakao (36.4%), Palme (10.8%) in ROI-1, Mango (15.2%) und Cashew (13.4%) in ROI-2, Sheabaum (55.7%) und Johannisbrot (28.1%) in ROI-3. Hinweise auf eine Fehlklassifizierung wurden vor allem bei Kakao, Mango un Sheabutter gefunden. Die Bewertung des Klassifizierungsfehlers ergab, dass das Fehlerniveau in ROI-3 und ROI-1 hoher war. Der aus der Entropie generiete Fehler konnte das Ausmass der Fehlklassifizierung reduzieren, ohne die gut klassifizierten Pixel zu beeintrachtigen. Ausserdem war der Ansatz in der Lage, Eingriffe in Schutzgebiete zuverlassig un akkurat zu erkennen. Was die Kohlenstoffschatzung betrifft, so wrude die hochste Vorhersagegenauigkeit (R²> 0.8)bei der Kombination von S1 und S2 mit Random Forest und AGB aus Feldmessungen erzielt. Vorhersagen von GEDI konnten nur als Referenz in der ROI verwendet werden, fuhrten aber zu einem Vorhersagefehler bei Cashew-, Mango-, Kautschuk- und Kakaoplantagen hoher war und der Kohlenstoffbestand bei Johannisbrot (43.9t/ha), Sheabutter (15 t/ha), Cashew (13.8 t/ha), Mango (12.8t/ha), Kakao (7.51 t/ha) und Kautschuk (7.33 t/ha) hoher war. Die Analyse zeigte, dass der Kohlenstoffbestand hauptsachlich durch den Durchmesser (R²=0.45) und die Hohe (R²=0.13) der Baume beeinflusst wird. Zudem wurde festgestellt, dass Plantagenkulturen die geringste Biodiversitat aufweisen, und es wurde kein signifikanter Zusammenhang zwischen Biodiversitatsindizes und Kohlenstoffvorraten festgestellt. Die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffquellen und -senken zeigte, dass Cashew ein Kohlenstoffemittent ist, da in dieser Region Brennholz gesammelt wird, wahrend Kakaoplantagen wichtige Kohlenstoffsenken sind. Die Studie ergab zudem, dass Sentinel-Daten zur Unterstutzung eines RS-basierten Ansatzes fur die Modellierung der Kohlenstoffbindung in AFS verwendet werden konnten. Die Entropie konnte zur Kartierung von Anbauplantagen und zur uberwachen von Schutzgebiete verwendet werden. Daruber hinaus gewahrleisten feldmessungen mit geeigneten allometrischen Modellen eine genaue Schatzung der Kohlenstoffvorrate in AFS. Die AFS in der sudanesischen Region weisen die hochsten Kohlenstoffvorrate auf, aber es besteht die Moglichkeit, den Kohlenstoffgehalt in Kakaoplantagen durch die Integration und/oder Erhaltung von Waldbaumen zu erhoehen. KW - Sequestrierung KW - Fernerkundung KW - Westafrika KW - carbon sequestration KW - agroforestry systems KW - remote sensing KW - West Africa Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369269 ER - TY - THES A1 - Krause, Julian T1 - Auswirkungen des Klimawandels auf charakteristische Böden in Unterfranken unter Berücksichtigung bodenhydrologischer Monitoringdaten (2018 bis 2022) T1 - Impact of climate change on characteristic soils in Lower Franconia with consideration of soil hydrological monitoring data (2018 to 2022) N2 - Die mit dem Klimawandel einhergehenden Umweltveränderungen, wie steigende Temperaturen, Abnahme der Sommer- und Zunahme der Winterniederschläge, häufigere und längere Trockenperioden, zunehmende Starkniederschläge, Stürme und Hitzewellen betreffen besonders den Bodenwasserhaushalt in seiner zentralen Regelungsfunktion für den Landschaftswasserhaushalt. Von der Wasserverfügbarkeit im Boden hängen zu einem sehr hohen Grad auch die Erträge der Land- und Forstwirtschaft ab. Eine besonders große Bedeutung kommt dabei der Wasserspeicherkapazität der Böden zu, da während einer Trockenphase die effektiven Niederschläge den Wasserbedarf der Pflanzen nicht decken können und das bereits gespeicherte Bodenwasser das Überleben der Pflanzen sicherstellen kann. Für die land- und forstwirtschaftlichen Akteure sind in diesem Kontext quantitative und qualitative Aussagen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf den Boden essenziell, um die notwendigen Anpassungsmaßnahmen für ihre Betriebe treffen zu können. Zielsetzungen der vorliegenden Arbeit bestehen darin, die Dynamik der Bodenfeuchte in unterfränkischen Böden besser zu verstehen, die Datenlage zum Verlauf der Bodenfeuchte zu verbessern und die Auswirkungen von prognostizierten klimatischen Parametern abschätzen zu können. Hierzu wurden an sechs für ihre jeweiligen Naturräume und hinsichtlich ihrer anthropogenen Nutzung charakteristischen Standorten meteorologisch-bodenhydrologische Messstationen installiert. Die Messstationen befinden sich in einem Rigosol auf Buntsandstein in einem Weinberg bei Bürgstadt sowie auf einer Parabraunerde im Lössgebiet bei Herchsheim unter Ackernutzung. Am Übergang von Muschelkalk in Keuper befinden sich die Stationen in Obbach, wo eine Braunerde unter Ackernutzung vorliegt und im Forst des Universitätswalds Sailershausen werden die Untersuchungen in einer Braunerde-Terra fusca durchgeführt. Im Forst befinden sich auch die Stationen in Oberrimbach mit Braunerden aus Sandsteinkeuper und in Willmars mit Braunerden aus Buntsandstein. Der Beobachtungszeitraum dieser Arbeit reicht von Juli 2018 bis November 2022. In diesen Zeitraum fiel die dreijährige Dürre von 2018 bis 2020, das Jahr 2021 mit einem durchschnittlichen Witterungsverlauf und das Dürrejahr 2022. Das Langzeitmonitoring wurde von umfangreichen Gelände- und Laboranalysen der grundlegenden bodenkundlichen Parameter der Bodenprofile und der Standorte begleitet. Die bodengeographischen-geomorphologischen Standortanalysen bilden zusammen mit den qualitativen Auswertungen der Bodenfeuchtezeitreihen die Grundlage für Einschätzungen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf den Bodenwasserhaushalt. Verlässliche Aussagen zum Bodenwasserhaushalt können nur auf Grundlage von zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Daten getroffen werden. Bodenfeuchtezeitreihen zusammen mit den bodenphysikalischen Daten lagen in dieser Datenqualität für Unterfranken bisher nur sehr vereinzelt vor. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Böden entsprechend den jeweiligen naturräumlichen Gegebenheiten sehr unterschiedliche bodenhydrologische Eigenschaften aufweisen. Während langer Trockenphasen können beispielsweise die Parabraunerden am Standort Herchsheim wegen ihrer höheren Wasserspeicherkapazität die Pflanzen länger mit Wasser versorgen als die sandigen Braunerden am Standort Oberrimbach. Die Bodenfeuchteregime im Beobachtungszeitraum waren sehr stark vom Witterungsverlauf einzelner Jahre abhängig. Das Bodenfeuchteregime bei einem durchschnittlichen Witterungsverlauf wie in 2021 zeichnet sich durch eine langsame Abnahme der Bodenfeuchte ab Beginn der Vegetationsperiode im Frühjahr aus. Regelmäßige Niederschläge im Frühjahr füllen den oberflächennahen Bodenwasserspeicher immer wieder auf und sichern den Bodenwasservorrat in der Tiefe bis in den Hochsommer. Im Hochsommer können Pflanzen dann während der Trockenphasen ihren Wasserbedarf aus den tieferen Horizonten decken. Im Gegensatz dazu nimmt die Bodenfeuchte in Dürrejahren wie 2018 bis 2020 oder 2022 bereits im Frühjahr bis in die untersten Horizonte stark ab. Die nutzbare Feldkapazität ist zum Teil schon im Juni weitgehend ausgeschöpft, womit für spätere Trockenphasen kein Bodenwasser mehr zur Verfügung steht. Die Herbst- und Winterniederschläge sättigen den Bodenwasservorrat wieder bis zur Feldkapazität auf. Bei tiefreichender Erschöpfung des Bodenwassers wurde die Feldkapazität erst im Januar oder Februar erreicht. Im Zuge der land- und forstwirtschaftlichen Nutzung ist eine gute Datenlage zu den bodenkundlichen und standörtlichen Gegebenheiten für klimaadaptierte Anpassungsstrategien essentiell. Wichtige Zielsetzungen bestehen grundsätzlich in der Erhaltung der Bodenfunktionen, in der Verbesserung der Infiltrationskapazität und Wasserspeicherkapazität. Hier kommt dem Boden als interaktive Austauschfläche zwischen den Sphären und damit dem Bodenschutz eine zentrale Bedeutung zu. Die in Zukunft erwarteten klimatischen Bedingungen stellen an jeden Boden andere Herausforderungen, welchen mit standörtlich abgestimmten Bodenschutzmaßnahmen begegnet werden kann. N2 - The environmental changes associated with climate change, such as rising temperatures, decreasing summer and increasing winter precipitation, more frequent and longer dry periods, increasing heavy precipitation, storms and heat waves, particularly affect the soil water balance in its central regulatory function for the landscape water balance. Agricultural and forestry yields also depend to a very high degree on the availability of water in the soil. The water storage capacity of the soil is of particular importance here, as during a dry phase the effective precipitation cannot cover the water requirements of the plants, and the soil water already stored can ensure the survival of the plants. In this context, quantitative and qualitative statements on the effects of climate change on the soil are essential for agricultural and forestry stakeholders in order to be able to take the necessary adaptation measures for their operations. The objectives of this study are to gain a better understanding of the dynamics of soil moisture in soils in Lower Franconia, to improve the data available on soil moisture trends and to be able to estimate the effects of predicted climatic parameters. To this end, meteorological and soil hydrological measuring stations were installed at six locations that are characteristic of their respective natural areas and their anthropogenic use. The measuring stations are located in Regic Anthrosols on red sandstone in a vineyard near Bürgstadt and on Luvisols in the loess area near Herchsheim under arable land use. At the transition from Muschelkalk to Keuper, the stations are located in Obbach, where Cambisols under arable use are present, and in the forest of the Sailershausen university forest, the investigations are carried out in Calcic Luvisols. In the forest there are also the stations in Oberrimbach with Cambisols from sandstone-Keuper and in Willmars with Cambisols from red sandstone. The observation period of this work extends from July 2018 to November 2022. This period included the three-year drought from 2018 to 2020, the year 2021 with an average weather pattern and the drought year 2022. The long-term monitoring was accompanied by extensive field and laboratory analyses of the basic pedological parameters of the soil profiles and the sites. The soil geographic and geomorphologic site analyses, together with the qualitative evaluations of the soil moisture time series, form the basis for estimating the effects of climate change on the soil water balance. Reliable statements on the soil water balance can only be made based on data with a high temporal and spatial resolution. Soil moisture time series together with soil physical data have only been available in this data quality for Lower Franconia in very isolated cases to date. The available results show that the soils investigated have very different soil hydrological properties depending on the respective natural conditions. During long dry periods, for example, the Luvisols at the Herchsheim site can supply the plants with water for longer than the sandy Cambisols at the Oberrimbach site due to their higher water storage capacity. The soil moisture regimes during the observation period were highly dependent on the weather conditions in individual years. The soil moisture regime with an average weather pattern as in 2021 is characterized by a slow decrease in soil moisture from the beginning of the growing season in spring. Regular precipitation in spring replenishes the soil water reservoir near the surface and secures the soil water supply at depth until midsummer. In midsummer, plants can then cover their water requirements from the deeper horizons during dry periods. In contrast, in drought years such as 2018 to 2020 or 2022, soil moisture decreases sharply in spring right down to the lowest horizons. In some cases, the utilizable field capacity is already largely exhausted by June, which means that no more soil water is available for later dry phases. The fall and winter precipitation replenishes the soil water supply up to the field capacity. If the soil water was exhausted to a great depth, the field capacity was not reached until January or February. For agriculture and forestry, good data on soil and site conditions is essential for climate-adapted adaptation strategies. Important objectives are basically the preservation of soil functions, the improvement of infiltration capacity and water storage capacity. Here, the soil is of central importance as an interactive exchange surface between the spheres and thus for soil protection. The climatic conditions expected in the future pose different challenges for each soil, which can be met with site-specific soil protection measures. KW - Bodengeografie KW - Bodenwasserhaushalt KW - Klimaänderung KW - Regierungsbezirk Unterfranken KW - Monitoring KW - Bodenwasser KW - Ungesättigte Zone KW - Braunerde KW - Parabraunerde KW - Terra fusca Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-360668 ER -