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Ein Multi-Sensor-Luftbildsystem verbessert die Charakterisierung der Vegetationszusammensetzung und der Baumkroneneigenschaften in der arktischen Tundra

Ein Multi-Sensor-Luftbildsystem verbessert die Charakterisierung der Vegetationszusammensetzung und der Baumkroneneigenschaften in der arktischen Tundra

"Quelle: mdpi.com"

Veränderungen der Vegetationsverteilung, -struktur und -funktion können die Baumkroneneigenschaften terrestrischer Ökosysteme verändern, mit möglichen Konsequenzen für regionale und globale Klimarückkopplungen. In der Arktis erwärmt sich das Klima doppelt so schnell wie im globalen Durchschnitt (bekannt als „arktische Verstärkung“), was wahrscheinlich stärkere Auswirkungen auf die arktische Tundravegetation hat. Um diese Veränderungen zu quantifizieren und ihre Auswirkungen auf die Ökosystemstruktur und -funktion zu bewerten, werden Methoden zur genauen Charakterisierung der Baumkroneneigenschaften von Tundra-Vegetationstypen benötigt. Häufig verwendete bodengestützte Messungen sind jedoch in der räumlichen und zeitlichen Abdeckung begrenzt, und die Unterscheidung tiefliegender Tundra-Pflanzenarten ist mit grob auflösender Satellitenfernerkundung eine Herausforderung.

Die Sammlung und Verarbeitung von Multisensordaten aus unbesetzten Flugsystemen (UAS) hat das Potenzial, die Lücke zwischen bodengestützten und satellitengestützten Beobachtungen zu schließen. Um den kritischen Bedarf an solchen Daten in der Arktis zu decken, haben wir ein kostengünstiges Multisensor-UAS (den „Osprey“) mit Standardinstrumenten entwickelt. Der Osprey produziert gleichzeitig hochauflösende optische, thermische und strukturelle Bilder und sammelt punktbasierte hyperspektrale Messungen über Vegetationskronen. In diesem Artikel beschreiben wir die Einrichtung und den Einsatz des Osprey-Systems in der Arktis an einem Tundra-Studienstandort auf der Seward-Halbinsel, Alaska. Wir präsentieren eine Fallstudie, die die Verarbeitung und Anwendung von Osprey-Datenprodukten zur Charakterisierung der wichtigsten biophysikalischen Eigenschaften von Vegetationskronen der Tundra demonstriert.

In dieser Studie wurden Pflanzenfunktionstypen (PFTs), die für arktische Tundra-Ökosysteme repräsentativ sind, mit einer Gesamtgenauigkeit von 87,4 % kartiert. Die Osprey-Bildprodukte identifizierten signifikante Unterschiede in der Grünheit der Baumkronen, der Baumkronenhöhe und der Oberflächentemperatur zwischen PFTs, wobei laubabwerfende niedrige bis hohe Sträucher die niedrigsten Kronendachtemperaturen aufwiesen, während nicht-vaskuläre Flechten die wärmsten waren. Die Analyse unserer hyperspektralen Daten zeigte, dass die Variation in der fraktionellen Bedeckung von niedrigen bis hohen Laubsträuchern effektiv durch Osprey-Reflexionsmessungen im Bereich von sichtbaren bis nahen Infrarotwellenlängen charakterisiert wurde. Daher hat die Entwicklung und der Einsatz des Osprey UAS als hochmoderne Methodik das Potenzial, in großem Umfang zur Charakterisierung der Zusammensetzung der Tundravegetation und der Eigenschaften der Baumkronen eingesetzt zu werden, um unser Verständnis der Ökosystemdynamik in der Arktis zu verbessern und Behebung von Skalenproblemen zwischen bodengestützten und luftgestützten/Satellitenbeobachtungen.

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