Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt C5 - Folgevorhaben: Skalenabhaengigkeit der Stickstoffdynamik von Waldstandorten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Abteilung für Bodenphysik durchgeführt. Die nachhaltige Bewirtschaftung von Waldoekosystemen wie auch der Schutz des Grundwassers als Trinkwasserreservoir des Menschen setzen die langfristige Stabilitaet des Oekosystems unter dem Einfluss von Stoffeintraegen - Naehr- wie auch Schadstoffen - ueber den atmosphaerischen und den Grundwassertransport voraus. Die Eintragsraten sind dabei auf allen Skalen zeitlich und raeumlich sehr variabel. Die eingetragenen Stoffe werden im Oekosystem mit dem Wasser in der ungesaettigten und der gesaettigten Zone des Bodens weitertransportiert. wobei die Parameter der entsprechenden Gleichungen ebenfalls einer hohen Variabilitaet auf allen Skalen unterliegen. Die Relevanz dieser Variabilitaet fuer das Waldmanagement und den Grundwasserschutz ruehrt aus der Frage, ob es - und wenn ja, mit welcher Wahrscheinlichkeit - durch die Kombination zeitlich und raeumlich inhomogener Eintraege mit raeumlich variablen Parametern zu Situationen kommen kann, in denen Schwellenwerte ueber- bzw. unterschritten werden, so dass das Oekosystem als Ganzes, das Grundwasser oder angrenzende Kompartimente gefaehrdet/beeintraechtigt werden. Die Moeglichkeiten zur Beschreibung und Berechnung solcher Situationen in Abhaengigkeit von der gewaehlten Raum-/Zeitskala durch effektive Parameter (effektive Leitfaehigkeiten, Dispersionslaengen, effektive Raten, etc.) und durch effektive Modelle, die direkt auf die Frage der Gefaehrdungsabschaetzung in dem oben genannten Sinne zielen, sollen in dem vorgeschlagenen Projekt untersucht werden. Ausgangspunkt der Ueberlegungen sind dabei die Fluktuationen auf geringer aggregierten Skalen. Zwischenbericht 1999: Das Problem der Skalenabhaengigkeit von Transportprozessen wird zurueckgefuehrt auf die Wirkung mikroskalig variabler Parameter, zu denen z.B. die hydraulische Leitfaehigkeit oder auch die Adsorptionskonstante beim Stofftransport gehoeren. Da die Variabilitaet dieser Parameter nicht explizit in die Transportgleichung eingefuehrt wird, ist sie verborgen in den effektiven Transportparametern, mit denen der Stofftransport in der Regel beschrieben wird. Wird die Variabilitaet der Parameter jedoch explizit in der Transportgleichung beruecksichtigt, so kann auch quantitativ gezeigt werden, wie die Fluktuationen der Parameter auf grossen Skalen den sogenannten Skaleneffekt hervorrufen. Zu diesem Zweck werden Methoden aus der Stroemungstheorie und der Renormierungstheorie eingefuehrt, und es wird an 2 Beispielen gezeigt, wie sich die Variabilitaet der Adsorptionskonstante beim Stofftransport auf grossen Skalen auswirkt. Damit werden die im Projektantrag genannten Hypothesen IV, V, und VII untersucht, und es werden beispielhaft die Folgen von Skalenwechseln dargestellt, die ein zentrales Ziel des Antrages sind.
Das Projekt "Teilvorhaben: Skalenintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Geographie durchgeführt. Die geometrische Auflösung von Fernerkundungsdaten ist von der Wahl des jeweiligen Sensors abhängig. Während die Kantenlänge einer Auflösungszelle bei hochaufgelösten Daten (z.B. Quickbird) etwa einen Meter beträgt, umfasst ein Bildelement eines Sensors mit geringer geometrischer Auflösung (z.B. MODIS, MERIS) mehrere Hektar Landoberfläche. Entsprechend verschieden detailliert sind die in den Bilddaten enthaltenen Informationen. Hochaufgelöste Daten können Einzelobjekte wie Bäume, Häuser oder infrastrukturelle Einrichtungen auflösen. Je nach Art und Anordnung der Einzelobjekte ergibt sich eine dem Land Cover entsprechende Textur. Bei Sensoren mit geringer geometrischer Auflösung liegt die spektrale Information der genannten einzelnen Objekte als Mischinformation innerhalb eines Bildelements vor ( ). Durch die Mischung der Spektralinformation mehrerer Objekte entstehen neue Mischsignaturen. Die Texturinformation, wie sie bei hochaufgelösten Fernerkundungsdaten vorhanden ist, steht in dieser Skala nicht zur Verfügung. Die Zahl und Art der differenzierbaren Land Cover Klassen variiert mit der geometrischen Auflösung der Fernerkundungsdaten. Die Land Cover Klasse Mischwald beispielsweise ist bei hochaufgelösten Daten unter Verwendung eines pixelbasierten Klassifikationsansatzes nicht existent. Da jeder einzelne Baum aufgelöst wird, kommt die klassentypische Mischsignatur aus Nadel- und Laubbäumen nicht zustande. Die Wahl der geometrischen Auflösung bestimmt (neben anderen Systemspezifikationen) in einem entscheidenden Maße die Art- und Tiefe der Informationen eines Fernerkundungsdatensatzes. Diese Bildinformation wirkt sich auf Qualität und Quantität der Ableitung des Land Covers aus. Deshalb haben sich für das Teilvorhaben der Skalenintegration die folgenden Ziele herauskristallisiert: Einfluss der Auflösung der Fernerkundungsdaten auf die Segmentausweisung; Analyse der Skalenabhängigkeit der radiometrischen Bildinformation von Objekten bzw. Objektklassen (optisch und SAR); Skalenspezifische Untersuchung der texturgebenden Bildobjekte; Beurteilung der einzelnen Algorithmen zur Ableitung von Bodenbedeckungs- und Landnutzungsinformationen hinsichtlich ihrer Skalenabhängigkeit unter besonderer Berücksichtigung der Methoden zur Kombination von optischen und SAR Daten; Erarbeitung des Einflusses der geometrischen Auflösung der Fernerkundungsdaten auf die Genauigkeit der abgeleiteten Bodenbedeckungsprodukte; Abschätzung des erreichbaren Detaillierungsgrades der Klassifikation auf unterschiedlichen Maßstabsebenen; Definition der kleinsten kartierbaren Einheit in Anhängigkeit von der geometrischen Auflösung und Land Cover Klasse; Analyse des Einflusses der geometrischen Auflösung auf die Detektion von Landnutzungsänderungen; Entwicklung und Test eines (nach Möglichkeit) skalen- und sensorunabhängigen Prozessierungsablaufs zur Erfassung von Bodenbedeckungs- und Landnutzungsinformationen.