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TreeNet trifft auf Sentinel 2

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Hintergrund

TreeNet misst kontinuierlich das Wachstum und das Defizit an Baumwasser (TWD) von über 300 Bäumen in Wäldern in der ganzen Schweiz mit sogenannten Punkt-Dendrometern. TWD hat sich als guter biologischer Indikator für Trockenstress erwiesen und quantifiziert die Menge an fehlendem Wasser, die ein Baum benötigt, um die volle Sättigung zu erreichen. In Kombination mit spektralen Anomalien von satellitengestützten Indizes (z.B. NDWI von Sentinel 2ab) zwischen 2018 und einem Referenzzeitraum von 2015-2017 möchten wir testen, ob wir (i) einen engen Zusammenhang zwischen den beiden Trockenstressindikatoren finden können, (ii) Schwellenwerte für TWD definieren, die aus dem Satelliten nachweisbar sind, und (iii) dieses Wissen nutzen, um die Auswirkungen der Trockenheit 2018 für die Schweiz zu erfassen. Die Trockenheit 2018 bietet eine einzigartige Gelegenheit, die Qualität dieser Verbindungen aufgrund der großen Bandbreite an Trockenheitsintensitäten zu überprüfen.

 

Geplante Arbeiten

Trockenheitsindizes werden aus den Satellitenbildern (10x10m) für die Standorte berechnet, an denen die TreeNet-Bäume gemessen werden. Die Zeitreihe deckt sehr nasse bis extreme Trockenbedingungen ab.
- Bereinigung und Aufbereitung der TreeNet-Daten zur Berechnung des Baumwasserdefizits.

- Vergleichen der TWDs mit Wachstumsindikatoren
- Kombinieren von TWD- mit Satellitendaten entlang von Trockenheitsgradienten.
- Korrelation von TWD mit verschiedenen satellitengestützten Dürreindikatoren.
- Optimierung der Parameter der satellitengestützten Indikatoren, um die Anpassung an TWD zu erhöhen.
- Ermittlung artspezifischer Schwellenwerte für TWDs, die vom Satelliten aus nachweisbar sind.
- Erstellung von Trockenheits-Stresskarten der Schweiz mit dem zusammengeführten Baum- und Satellitensatz.

 

Erste Resultate

Baumwasserdefizite (TWD)

Das extreme Trockenjahr 2018 hat deutliche Spuren in den Bäumen hinterlassen. Etwa 25 der 30 gemessenen TreeNet-Standorte verzeichneten rekordhohe TWD-Werte die weit über das hinausgingen, was in den vorangegangen 5 Jahren gemessen werden konnte. Das TWD ist ein weitgehend baumarten-unabhängiger Indikator, der aus den physikalischen Bedingen in Luft und Boden erklärt werden kann. Erste Resultate siehe in den Grafiken unten. Weitere Details finden Sie auch unter www.treenet.info.

Stammwachstum (GRO)

Das Stammwachstum zeigt ein sehr viel heterogeneres Bild als das TWD. Während einige Standorte rekordhohe Jahreszuwächse verzeichneten, blieben andere weit hinter dem zurück, was sich aus den letzten Jahren erwarten liess. Bislang (soweit analysiert) konnte kein konsistenter kausaler Zusammenhang zwischen dem mittleren TWD während der Vegetationsperiode und dem jährlichen Wachstum (GRO) gefunden werden. Allerdings gibt es eine klar art-spezifische Wachstums-Reaktion auf das Jahr 2018. Die Fichte reagierte fast durchwegs negativ auf die trockenen Bedingungen während die Buche mit rekordhohem bis stark unterdurchschnittlichem Wachstum reagierte. Erste Resultate siehe in den Grafiken unten. Weitere Details finden Sie auch unter www.treenet.info.

Vergleiche von Satelliten-Daten (NDWI) mit dem Baumwasserdsefizit (TWD)

Erste Vergleiche der beiden Datensätze (NDWI und TWD) zeichnen ein vielversprechendes Bild im Sinne, dass Satellitenbilder und baumphysiologische Messungen ähnliche Muster zeigen. Wir sind auf gutem Weg zeigen zu können, dass physiologische Messungen an Einzelbäumen, sich auf Bildern aus dem All erkennen lassen. Erste Resultate siehe in den Grafiken unten.

 

Grafiken und Fotos

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Rekordhohe Baumwasserdefizite (TWD) und stark variierendes Stammwachstum im Jahr 2018.

Baumwasserdefizite (TWD) sind ein Indikator für die Menge an fehlendem Wasser eines Baumes (hier dargestellt als normierte Werte). Je grösser das TWD, desto grösser ist auch das Defizit und damit der Trockenstress der Bäume. Die Boxplots zeigen das durchschnittliche TWD während der Wachstumsperiode über fünf Jahre seit 2014 an den Messstandorten von TreeNet. Die roten Punkte zeigen den Wert von 2018. An vielen Standorten übertraf das durchschnittliche TWD des Jahres 2018 die Vorjahre markant.

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Baumwasserdefizite und Wachstum von Fichten

Die Fichte verzeichnete nicht nur durchwegs überdurchschnittlich hohe Baumwasserdefizite (TWD) während der Wachstumsperiode im 2018, sondern wuchs auch fast ausnahmslos schlecht. Die farbigen Boxplots zeigen das mittlere jährliche Wachstum mit dem schwarzen Median-Balken (gleich viele Werte oberhalb und unterhalb des Balkens). Die roten Punkte kennzeichnen das Jahr 2018. Interessant ist die Abweichung des roten Punktes vom jeweiligen Median.

Bild 3 von 4
Baumwasserdefizite und Wachstum von Buchen

Die Buche reagierte je nach Standort und Bedingung innerhalb eines enorm grossen Bereichs auf das trockene Jahr 2018. Sowohl beim Baumwasserdefizit (TWD) als auch beim radialen Stammwachstum (GRO) gab es grosse und kleine Ausschläge nach unten und oben. Hatte die Buche genügend Wasser im Boden zur Verfügung, konnte sie wie am Bachtel oder im Sihlwald mit sehr grossen Zuwächsen reagieren. Lief sie aber trocken wie in Saillon oder in Neunkirch brachen auch bei ihr die Stammzuwächse ein. Die farbigen Boxplots zeigen das mittlere Wachstum mit dem schwarzen Median-Balken (gleich viele Werte oberhalb und unterhalb des Balkens). Die roten Punkte kennzeichnen das Jahr 2018. Interessant ist vor allem die Abweichung des roten Punktes vom jeweiligen Median.

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Baumwasserdefizite und NDWI Satelliten-Bilder

Die täglichen Maxima der Baumwasserdefizite (TWDmax, schwarze Linien) und die Satelliten-Bilder (NDWI, 10x10m, blaue Linien) zeigen am Standort Muri eine sehr hohe Gleichläufigkeit sowohl für Buche als auch für Fichte. Dies deutet darauf hin, dass die beiden so unterschiedlichen Messwerte in einem engen Zusammenhang stehen. An anderen Standorten war die Übereinstimmt der beiden Variablen allerdings z.T. nicht so gut. Wir arbeiten an den Gründen dieser Heterogenität.

 

Team 'TreeNet trifft auf Sentinel2'

Leitung: Christian Ginzler und Roman Zweifel

Mitarbeit TreeNet: Sophia Etzold, Lorenz Walthert, Nicolas De Girardi, Roger Köchli, Simon Knüsel

Mitarbeit Fernerkundung: Achilleas Psomas