Institut für Geographie und Geologie
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Most animals live in seasonal environments and experience very different conditions throughout the year. Behavioral strategies like migration, hibernation, and a life cycle adapted to the local seasonality help to cope with fluctuations in environmental conditions. Thus, how an individual utilizes the environment depends both on the current availability of habitat and the behavioral prerequisites of the individual at that time. While the increasing availability and richness of animal movement data has facilitated the development of algorithms that classify behavior by movement geometry, changes in the environmental correlates of animal movement have so far not been exploited for a behavioral annotation. Here, we suggest a method that uses these changes in individual–environment associations to divide animal location data into segments of higher ecological coherence, which we term niche segmentation. We use time series of random forest models to evaluate the transferability of habitat use over time to cluster observational data accordingly. We show that our method is able to identify relevant changes in habitat use corresponding to both changes in the availability of habitat and how it was used using simulated data, and apply our method to a tracking data set of common teal (Anas crecca). The niche segmentation proved to be robust, and segmented habitat suitability outperformed models neglecting the temporal dynamics of habitat use. Overall, we show that it is possible to classify animal trajectories based on changes of habitat use similar to geometric segmentation algorithms. We conclude that such an environmentally informed classification of animal trajectories can provide new insights into an individuals' behavior and enables us to make sensible predictions of how suitable areas might be connected by movement in space and time.
This study investigates a two component decomposition technique for HH/VV-polarized PolSAR (Polarimetric Synthetic Aperture Radar) data. The approach is a straight forward adaption of the Yamaguchi decomposition and decomposes the data into two scattering contributions: surface and double bounce under the assumption of a negligible vegetation scattering component in Tundra environments. The dependencies between the features of this two and the classical three component Yamaguchi decomposition were investigated for Radarsat-2 (quad) and TerraSAR-X (HH/VV) data for the Mackenzie Delta Region, Canada. In situ data on land cover were used to derive the scattering characteristics and to analyze the correlation among the PolSAR features. The double bounce and surface scattering features of the two and three component scattering model (derived from pseudo-HH/VV- and quad-polarized data) showed similar scattering characteristics and positively correlated-R2 values of 0.60 (double bounce) and 0.88 (surface scattering) were observed. The presence of volume scattering led to differences between the features and these were minimized for land cover classes of low vegetation height that showed little volume scattering contribution. In terms of separability, the quad-polarized Radarsat-2 data offered the best separation of the examined tundra land cover types and will be best suited for the classification. This is anticipated as it represents the largest feature space of all tested ones. However; the classes “wetland” and “bare ground” showed clear positions in the feature spaces of the C- and X-Band HH/VV-polarized data and an accurate classification of these land cover types is promising. Among the possible dual-polarization modes of Radarsat-2 the HH/VV was found to be the favorable mode for the characterization of the aforementioned tundra land cover classes due to the coherent acquisition and the preserved co-pol. phase. Contrary, HH/HV-polarized and VV/VH-polarized data were found to be best suited for the characterization of mixed and shrub dominated tundra.
The Sentinel-1 Satellite (S-1) of ESA's Copernicus Mission delivers freely available C-Band Synthetic Aperture Radar (SAR) data that are suited for interferometric applications (InSAR). The high geometric resolution of less than fifteen meter and the large coverage offered by the Interferometric Wide Swath mode (IW) point to new perspectives on the comprehension and understanding of surface changes, the quantification and monitoring of dynamic processes, especially in arid regions. The contribution shows the application of S-1 intensities and InSAR coherences in time series analysis for the delineation of changes related to fluvial morphodynamics in Damghan, Iran. The investigations were carried out for the period from April to October 2015 and exhibit the potential of the S-1 data for the identification of surface disturbances, mass movements and fluvial channel activity in the surroundings of the Damghan Playa. The Amplitude Change Detection highlighted extensive material movement and accumulation - up to sizes of more than 4,000 m in width - in the east of the Playa via changes in intensity. Further, the Coherence Change Detection technique was capable to indicate small-scale channel activity of the drainage system that was neither recognizable in the S-1 intensity nor the multispectral Landsat-8 data. The run off caused a decorrelation of the SAR signals and a drop in coherence. Seen from a morphodynamic point of view, the results indicated a highly dynamic system and complex tempo-spatial patterns were observed that will be subject of future analysis. Additionally, the study revealed the necessity to collect independent reference data on fluvial activity in order to train and adjust the change detector.
Diese Arbeit widmet sich detaillierten stratigraphischen und paläopedologischen Studien an Löss-Paläoboden Sequenzen (LPS) im kontinentalen Nordosten Österreichs, im Lee der Böhmischen Masse relativ zur Westwindzone. Neben methodischen Erkenntnissen ergeben sich allgemeine Schlussfolgerungen über die Klima- und Landschaftsentwicklung während der letzten Million Jahre.
Die untersuchten Aufschlüsse liegen in der Region um Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) und in Stillfried. Einige sind weithin bekannt als ehemalige Typuslokalitäten der Quartärstratigraphie, aber nach fundamentalen Revisionen in den 1970er Jahren schwand das Interesse an diesen merklich. Die LPS befinden sich in Hanglage, so sind polygenetische Einheiten und Erosionslücken üblich. Als Archive einer komplexen geomorphologischen Entwicklung sind sie nicht geeignet für die Anwendung üblicher paläoklimatischer Proxies.
Um die Entstehung der untersuchten LPS zu verstehen, wurde ein multimethodischer Ansatz entwickelt, der detaillierte Untersuchungen von der Landschafts- bis auf die Mikroebene umfasst. Innovativ ist die Verwendung quantitativer Farbmessungen in hoher Auflösung zum Zwecke einer standardisierten Klassifikation von Profileinheiten. Detaillierte mikromorphologische Untersuchungen sind Basis für die Rekonstruktion des Wechselspiels aus äolischer Sedimentation, Pedogenese und Hangprozessen.
Die Korrelation der LPS basiert auf mehreren geochronologischen Ankerpunkten und ist zugleich Hinweis auf tiefgreifende morphologische Veränderungen in der Region Krems während des Pleistozäns. Im chronologischen Rahmen ergeben sich unter Anwendung des Konzepts der klimaphytomorphen Böden qualitative paläoklimatische Schlussfolgerungen:
Kräftig verwitterte Bodenhorizonte sind polygenetisch und nicht das Resultat feuchterer Klimabedingungen während dezidierter Entwicklungsphasen. Die Kontinentalität des Untersuchungsgebiets blieb währenden der letzten Million Jahre weitgehend bestehen, teils mit erhöhtem mediterranem Einfluss. Eine Dominanz atlantischer Feuchte beschränkt(e) sich auf die Regionen westlich der Böhmischen Masse. Die Paläoklimate des Untersuchungs-gebiets waren eher vergleichbar mit jenen des Pannonischen Beckens, obgleich die untersuchten Sequenzen keinen Hinweis auf den dort vermuteten Gradienten zunehmender Aridität zeigen. Interessant sind ferner zahlreiche gebleichte Horizonte innerhalb der Lösssedimente, die als Reste von Tundragleyen interpretiert werden. Diese sind im Löss des Pannonischen Becken nicht nachweisbar. Hieraus wird ein mitteleuropäischer Charakter kaltzeitlichen Klimas innerhalb des untersuchten Zeitrahmens gefolgert.
The freeze-thaw cycles in periglacial areas during the Quaternary glacials increased frost weathering, leading to a disintegration of rock formations. Transported downslope, clasts allowed in some areas the formation of stratified slope deposits known as “grèzes litées”. This study reviews the existing theories and investigates the grèzes litées deposits of Enscherange and Rodershausen in Luxembourg. This process was reinforced by the lithostructural control of the parent material expressed by the dip of schistosity (66°) and its orientation parallel to the main slopes in the area. This gave opportunities to activate the frost-weathering process on top of the ridge where the parent material outcropped. As the stratified slope deposits have a dip of 23° and as there is no significant lateral variation in rock fragment size, slope processes that involve only gravity are excluded and transportation in solifluction lobes with significant slopewash and sorting processes is hypothesized. The Enscherange formation, the biggest known outcrop of grèzes litées in north-western Europe, shows evidence of clear layering over the whole profile depth. A palaeolandscape reconstruction shows that ridges must have been tens of metres higher than presently. The investigation of the matrix composition shows Laacher See tephra in the overlying periglacial cover bed with infiltrations of the minerals in the reworked upper layer of the grèzes litées deposit. Chronostratigraphic approaches using the underlying cryoturbation zone and Laacher See heavy minerals in the overlying topsoil place the formation of grèzes litées deposits in the Late Pleistocene.
This study analyzed the spatiotemporal pattern of settlement expansion in Abuja, Nigeria, one of West Africa’s fastest developing cities, using geoinformation and ancillary datasets. Three epochs of Land-use Land-cover (LULC) maps for 1986, 2001 and 2014 were derived from Landsat images using support vector machines (SVM). Accuracy assessment (AA) of the LULC maps based on the pixel count resulted in overall accuracy of 82%, 92% and 92%, while the AA derived from the error adjusted area (EAA) method stood at 69%, 91% and 91% for 1986, 2001 and 2014, respectively. Two major techniques for detecting changes in the LULC epochs involved the use of binary maps as well as a post-classification comparison approach. Quantitative spatiotemporal analysis was conducted to detect LULC changes with specific focus on the settlement development pattern of Abuja, the federal capital city (FCC) of Nigeria. Logical transitions to the urban category were modelled for predicting future scenarios for the year 2050 using the embedded land change modeler (LCM) in the IDRISI package. Based on the EAA, the result showed that urban areas increased by more than 11% between 1986 and 2001. In contrast, this value rose to 17% between 2001 and 2014. The LCM model projected LULC changes that showed a growing trend in settlement expansion, which might take over allotted spaces for green areas and agricultural land if stringent development policies and enforcement measures are not implemented. In conclusion, integrating geospatial technologies with ancillary datasets offered improved understanding of how urbanization processes such as increased imperviousness of such a magnitude could influence the urban microclimate through the alteration of natural land surface temperature. Urban expansion could also lead to increased surface runoff as well as changes in drainage geography leading to urban floods.
The global-local sustainable development and climate change adaptation policy, and the emerging political discourse on the value of local Adaptation, have positioned the local institutions and their governance space within the strategic enclaves of multilevel governance system. Such shifts have transformed the context for sustainable Nature Based Tourism (NBT) development and adaptation in Nepal in general, and its protected areas, in particular. The emerging institutional adaptation discourse suggests on the need to link tourism development, adaptation and governance within the sustainability concept, and also to recognize the justice and inclusive dimensions of local adaptation. However, sociological investigation of institutional adaptation, particularly at the interface between sustainability, justice and inclusive local adaptation is an undertheorized research topic.
This exploratory study examined the sociological process of the institutional adaptation, especially the social resilience and adaptive governance capacities of the NBT institutions, in 7 Village Development Committees of the Mustang district, a popular destination in the Annapurna Conservation Area, Nepal. Using the sphere (a dynamic social space concept) and quality of governance as the analytical framework, the integrative adaptation as the methodological approach and the case study action research method, the study investigated and generated a holistic picture on the state of the social resilience and adaptive governance capacities of the NBT institutions.
The findings show institutional social resilience capacities to be contingent on socio-political construction of adaptation knowledge and power. Factors influencing such constructions among NBT institutions include: the site and institutions specific political, economic and environmental dispositions; the associated socio-political processes of knowledge constructions and volition action; and the social relationships and interaction, operating within the spheres and at multiple governance levels. The adaptive governance capacities hinge on the institutional arrangements, the procedural aspects of adaptation governance and the governmentality. These are reflective of the diverse legal frameworks, the interiority perspective of the decision making and governance practices of the NBT institutions.
In conclusion, it is argued that effective local adaptation in the Mustang district is contingent on the adaptation and institutional dynamics of the NBT institutions, consisting of the cognitive, subjective, process and procedural aspects of the adaptation knowledge production and its use.
Monitoring the spatio-temporal development of vegetation is a challenging task in heterogeneous and cloud-prone landscapes. No single satellite sensor has thus far been able to provide consistent time series of high temporal and spatial resolution for such areas. In order to overcome this problem, data fusion algorithms such as the Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (ESTARFM) have been established and frequently used in recent years to generate high-resolution time series. In order to make it applicable to larger scales and to increase the input data availability especially in cloud-prone areas, an ESTARFM framework was developed in this study introducing several enhancements. An automatic filling of cloud gaps was included in the framework to make best use of available, even partly cloud-covered Landsat images. Furthermore, the ESTARFM algorithm was enhanced to automatically account for regional differences in the heterogeneity of the study area. The generation of time series was automated and the processing speed was accelerated significantly by parallelization. To test the performance of the developed ESTARFM framework, MODIS and Landsat-8 data were fused for generating an 8-day NDVI time series for a study area of approximately 98,000 km\(^{2}\) in West Africa. The results show that the ESTARFM framework can accurately produce high temporal resolution time series (average MAE (mean absolute error) of 0.02 for the dry season and 0.05 for the vegetative season) while keeping the spatial detail in such a heterogeneous, cloud-prone region. The developments introduced within the ESTARFM framework establish the basis for large-scale research on various geoscientific questions related to land degradation, changes in land surface phenology or agriculture
Massenbewegungen zählen zu den am häufigsten auftretenden Naturgefahren in Deutschland. Dabei wird die von instabilen Hängen ausgehende Gefährdung speziell in den Regionen der Mittelgebirge regelmäßig unterschätzt. In Bezug auf die Verbreitung von Massenbewegungen in Mittelgebirgen stellt das süddeutsche Schichtstufenland einen besonderen Schwerpunkt dar.
Die Disposition der Schichtstufenhänge beruht dabei in erster Linie auf einer Wechsellagerung wasserdurchlässiger und wasserstauender geologischer Schichten. Zu Hanginstabilitäten kommt es bevorzugt in Verbindung mit synthetischem Schichtfallen, steilen Hängen und erhöhten Niederschlägen. Rezente Massenbewegungen treten verstärkt in alten Rutsch- und/oder Hangschuttgebieten auf, da sich dort unkonsolidierte Rutschmassen leicht remobilisieren lassen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein fundiertes Verständnis über Ursachen, Ablauf, Ausprägung und Prozesse von charakteristischen Massenbewegungen sowie dem aktuellen Aufbau der damit verbundenen Schichtstufenhänge in Nordbayern zu erlangen, um daraus grundlegende Einschätzungen zur Stabilität der Rutschgebiete treffen zu können. Neben den rutschungsrelevanten geologischen Schichten sind in diesem Zusammenhang insbesondere der Aufbau, die Eigenschaften und Charakteristika der Rutschmassen von besonderer Wichtigkeit, da besonders die bodenmechanischen und bodenphysikalischen Eigenschaften einen entscheidenden Faktor in Bezug auf die Hangstabilität darstellen. Entsprechend steht die umfassende Analyse dieser Sedimente im Fokus der Studien.
Die Arbeiten betrachten dabei drei Hänge im fränkischen Schichtstufenland, an denen in der jüngeren Vergangenheit Massenbewegungen auftraten. Ein weiteres zentrales Auswahlkriterium war die Lage der Gebiete in den Schichtstufen der Fränkischen Alb und der westlich vorgelagerten Keuperstufe, wobei hinsichtlich Typ und Verbreitung möglichst charakteristische Massenbewegungen für die jeweilige Region ausgewählt wurden. Bei Ebermannstadt stand demnach die sog. Werkkalkstufe der Weißjura-Kalke im Fokus, nahe Wüstendorf die Sandsteine des Braunjura und bei Gailnau an der Frankenhöhe die Sandsteine des mittleren (Gips-) Keupers.
Die Untersuchungen der Rutschungen und ihrer Sedimentcharakteristika erfolgte anhand eines speziell konzipierten Multimethodenansatzes mit zahlreichen, multiskaligen Gelände- und Laboranalysen. Neben klassischen, geomorphologischen Kartierungen an der Oberfläche wurden die sedimentologisch-morphologischen Verhältnisse des oberflächennahen Untergrundes in der Vertikalen durch geophysikalische Sondierungen analysiert. Eine Einschätzung der hydrologischen Verhältnisse der Rutschmassen erfolgte auf Basis von Messdaten aus Bodenfeuchtemonitoringsystemen, die an allen Untersuchungsstandorten installiert wurden. Für die bodenphysikalischen und -mechanischen Eigenschaften der Sedimente wurden Korngrößen, Konsistenzgrenzen, Plastizität, Gefüge und Lagerungsdichte untersucht und durch Tonmineralanalysen ergänzt. Die mikromorphologische Analyse von Dünnschliffen aus Rutschungssedimenten und den darin enthaltenen Deformationsstrukturen erweiterten den Gesamtansatz, ermöglichten neuartige Einblicke in die innere Architektur von Rutschmassen und erlaubten die Rekonstruktion von Bewegungsabläufen.
Durch die Arbeiten konnten an den Standorten Ebermannstadt und Gailnau komplexe, vielschichtige Massenbewegungen nachgewiesen werden. In der Rutschung bei Wüstendorf wurden nahezu ausschließlich unkonsolidierte Sedimente feinerer Korngrößen in einem Fließprozess verlagert. Primär erfolgte bei allen Rutschungen nachweislich die Remobilisierung alter Hangsedimente, wobei darüber hinaus auch stets bisher stabile Areale mit in die Bewegung einbezogen wurden.
Der sedimentologische Aufbau der Rutschmassen ist speziell im Falle großer und komplexer Rutschungen mitunter extrem heterogen. Im Zuge der Arbeiten konnten interne Makrostrukturen der Sedimentablagerungen, wie beispielsweise Rotationsflächen oder die Lage von Schollen detektiert werden. Trotz geophysikalisch und visuell auffälliger Beimischungen von Grobschutt, entfallen die größten Mengenanteile aber stets auf die veränderlich feste Feinmaterialfraktion. Im Rahmen der mikromorphologischen Untersuchungen der Sedimentdünnschliffe konnten auch in diesen Sedimenten zahlreiche Deformationsstrukturen nachgewiesen werden.
Die Arbeit unterstreicht insgesamt die Bedeutung dieser bindigen Bestandteile für die (Re)Mobilisierung von Sedimentablagerungen. Die Stabilität des Feinmaterials steht dabei in engem Zusammenhang mit der hydraulischen Leitfähigkeit und dem Eintrag von Wasser, welches zu wechselnden Steifigkeiten der Sedimente führt. Im Falle erhöhter Bodenwassergehalte konnte eine Plastifizierung der Feinkornfraktion ermittelt werden. Kommt es zu einer starken Durchnässung des Untergrundes, führt dies zu einer Plastifizierung der tonigen Lagen und einer entsprechenden Reduktion der Scherfestigkeit, was letztlich zum Auslösen von Massenbewegungen führt. Neben den geologisch-sedimentologischen Voraussetzungen impliziert dies auch eine hohe Bedeutung der Niederschlagscharakteristika in Bezug auf das Auslösen rezenter Massenbewegungen.
Die Bodenwassergehalte unterliegen im Jahresverlauf einer deutlichen saisonalen Variabilität. Während der Sommermonate wurden einheitlich niedrige Feuchtigkeitswerte im oberflächennahen Untergrund verzeichnet, was in erster Linie auf den Einfluss der Vegetation zurückzuführen ist. Auch sommerliche Starkregenereignisse besitzen unter diesen Bedingungen lediglich eine reduzierte Wirkung auf die Durchfeuchtung des Bodens. Demgegenüber erfolgt während der kalten Jahreszeit ein signifikanter Anstieg der Bodenwassergehalte. Neben den Regenfällen kommt vor allem der Schneeschmelze eine essentielle Bedeutung zu, da sie für eine zusätzliche und anhaltende Durchfeuchtung der Schichten besonders im Spätwinter bzw. Frühjahr sorgt. Entsprechend besteht vor allem während der Monate Februar bis April eine erhöhte Disposition für Rutschungen in Nordbayern. Im Hinblick auf die Niederschlagssummen gingen den Rutschungen in den Untersuchungsgebieten zwar keine besonders extremen Ereignisse, aber durchaus deutlich überdurchschnittliche Niederschlagssummen voraus, weshalb unter Berücksichtigung der im Zuge des Klimawandels ansteigenden Winterniederschläge von einer generell verstärkten Rutschungsaktivität auszugehen ist.
Vergleiche mit den Daten aus zahlreichen Übersichtskartierungen von Rutschungen aus den fränkischen Schichtstufengebieten verdeutlichen, dass die ermittelten Ergebnisse auf eine Vielzahl der verzeichneten Rutschungen übertragbar sind.