Untersuchungen zu Ursachen und Auswirkungen der Desertifikation in China wurden bisher vor allem im Norden des Landes durchgeführt. Im Mittelpunkt des vorliegenden Buchs liegen dagegen die ebenfalls betroffenen kalt-humiden Regionen des Qinghai-Tibet-Plateaus, wobei das Becken von Zoige von besonderem Interesse ist. Es wird untersucht, inwieweit der Begriff der Landschaftsdegradation auf das Untersuchungsgebiet zutrifft. Dabei werden fernerkundliche Methoden angewendet und um eine dynamische Dimension erweitert, sodass potentielle Veränderungen in Bezug auf Degradation der Landschaft herausgearbeitet werden können. Das Ziel der Arbeit liegt auf der Quantifizierung von potentiell degradierten Arealen im Untersuchungsgebiet sowie der Ausarbeitung einer multitemporalen Analyse zur Veranschaulichung der aktuellen Landschaftsdynamik durch raum-zeitliche Veränderungen auf Grundlage von multispektralen Satellitenaufnahmen sowie hierfür geeigneter Klassifikationsmethoden.

Textprobe: Kapitel 3.2.1 Vegetation: Der Reflektionsgrad von elektromagnetischer Strahlung wird bei der Vegetation abhängig vom Wellenlängenbereich von den Blattpigmenten, der Zellstruktur und dem Wassergehalt der Pflanze beeinflusst (De Jong et al. 2006:22). Absorptionsmaxima im Bereich des sichtbaren Lichts bei 0,45 µm und 0,67 µm werden durch Blattpigmente im Palisadenparenchym wie Chrophyll a und Chlorophyll b verursacht (Purkis/Klemas 2011:63). Das lokale Reflektionsmaximum liegt im Bereich zwischen 0,5 µm und 0,6 µm und erklärt, warum das menschliche Auge vitale Blätter in einer grünen Farbe wahrnimmt (McCoy 2005:72). Verschlechtert sich der Vitalitätszustand der Pflanze und nimmt somit der Chlorophyllgehalt ab, wird die Reflektion von Blattpigmenten wie Carotin, Xanthophyll und Anthocyanin dominiert, sodass sich der Reflektionsgrad im Bereich des roten Lichts erhöht und die Blätter vom menschlichen Auge in gelben, braunen und roten Farbtönen wahrgenommen werden (McCoy 2005:72). Die Reflektion im Bereich von 0,7 µm bis 1,3 µm ist primär von der Zellstruktur des Mesophylls der Blätter abhängig und beläuft sich bei einer vitalen Pflanze charakteristisch auf ca. 40-50 % der einfallenden Strahlung (Lillesand et al. 2008:18). Absorption spielt in diesem Spektrum lediglich eine untergeordnete Rolle, sodass der nicht reflektierte Anteil der Strahlung transmittiert wird und sich aus dem akkumulierten Reflektionsgrad Rückschlüsse auf die gesamte in-situ-Biomasse ziehen lassen (McCoy 2005:75). Da die Zellstruktur zudem artentypisch ausfällt, erlaubt die Variabilität des Reflektionsgrades in diesem Spektralbereich eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Pflanzenarten (Lillesand et al. 2008:18). Dennoch ist eine Artenbestimmung auf Basis von Fernerkundungsdaten aufgrund von wechselnden Aufnahmebedingungen, Störungseinflüssen sowie sich ähnelnden spektralen Signaturen bei weitem keine triviale Angelegenheit (Jensen 2007 zit. In Purkis/Klemas 2011:63). Die Reflektionsminima der elektromagnetischen Strahlung bei 1,4 µm, 1,9 µm sowie 2,7 µm werden durch den Wassergehalt der Pflanze beeinflusst, wobei sich der Reflektionsgrad grundsätzlich invers zu einem höheren Wassergehalt verhält (McCoy 2005:75). Der steile Anstieg des Reflektionsgrades im Bereich des nahen Infrarots ist einzigartig für die Vegetation und erleichtert eine Differenzierung zu anderem Oberflächenmaterial (McCoy 2005:74). Diesen Kontrast machen sich Vegetationsindices wie der Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI) zunutze, indem die spektralen Charakteristiken von vitaler Vegetation verstärkt und gleichzeitig störende Einflüsse minimiert werden (Purkis/Klemas 2011:65). Auf einer Skala von +1 bis -1 entsprechen nur die positiven Werte bewachsenen Arealen, wobei ein Anstieg des NDVI unmittelbar mit einem Anstieg des Chlorophyllgehaltes verbunden ist negative Werte kommen durch einen höheren Reflektionsgrad im Bereich des sichtbaren Lichts als im Bereich des nahen Infrarots zustande und können durch Wasser, Schnee, pedo- oder geogenes Material sowie Wolken verursacht werden (Purkis/Klemas 2011:66). 3.2.2 Böden: Die klassische Reflektionscharakteristik von Böden wird durch eine mit zunehmender Wellenlänge relativ monoton ansteigende Reflektionskurve im Spektralbereich zwischen 0,4 µm und 2,5 µm repräsentiert (Richards/Jia 2006:5), wobei die pedogenen und geogenen Materialeigenschaften durch sekundäre Faktoren wie den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, die dominante Korngröße, seinen Anteil an organischer Substanz, den Gehalt an Eisenoxiden sowie die Rauheit der Oberflächenbeschaffenheit geprägt werden (McCoy 2005:90). Generell gilt, dass die spektralen Charakteristiken des Bodens umso mehr denen des geogenen Ausgangssubstrats gleichen, je unverwitterter dieser ist, und dass aufgrund von fehlender Transmission lediglich der oberste Horizont des Substrats einen Einfluss auf den Reflektionsgrad hat (Lillesand et al. 2008:19). Die zuvor beschriebenen Absorptionsmaxima von Wasser bei 1,4 µm, 1,9 µm sowie 2,7 µm sind wiederum abhängig von dem in Kap. 3.2.1 beschriebenem Wassergehalt ausgebildet (Richards/Jia 2006:5). Mit zunehmender Feuchtigkeit vollzieht sich zudem eine Abnahme des Reflektionsgrades über den gesamten Spektralbereich, was für das menschliche Auge im spektralen Bereich des sichtbaren Lichts dazu führt, dass der Boden dunkler erscheint (Albertz 2001:20). Der Gehalt an Bodenfeuchte ist wiederum aufgrund der Feldkapazität als eine Funktion der Korngrößenverteilung des Substrats zu sehen, sodass sandige und kiesige Böden einen geringen Feuchtigkeitsgehalt und somit eine höhere Reflektivität aufweisen, wohingegen tonige und schluffige Böden mehr Wasser entgegen der Schwerkraft halten können und somit tendenziell durch eine geringere Reflektivität gekennzeichnet sind (Lillesand et al. 2008:18). Unabhängig vom Feuchtigkeitsgehalt hat die Korngröße aber auch dahingehend einen Einfluss auf den Reflektionsgrad des Substrates, als dass dieser mit abnehmender Korngröße tendenziell zunimmt (McCoy 2005:92). Der Einfluss von organischer Substanz beschränkt sich insofern auf den Bereich des sichtbaren Lichts, als dass bereits ein Gehalt von 5 % das Substrat nahezu schwarz färbt, während geringere Gehalte zu einer braunen bis grauen Färbung führen (McCoy 2005:92). Eisenoxide weisen ebenfalls entsprechend der offenkundigen Auswirkung auf die Bodenfarbe zwei Absorptionsmaxima auf, die bei 0,56 µm und 0,83 µm für drei- respektive zweiwertiges Eisen liegen (Hunt 1977 zit. In McCoy 2005:93). Lokale Absorptionsmaxima treten zudem um eine Wellenlänge von 2,21 µm bei Schichtsilikaten und zwischen 2,33 µm und 2,35 µm bei Calcit auf (McCoy 2005:93). Eine weitere Möglichkeit neben der Determinierung des geologischen Substrates über die Farbgebung der enthaltenen Minerale kann über Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit der Gesteine erfolgen, die im Spektralbereich des thermischen Infrarots ersichtlich sind (Sieber 1986:12). 3.2.3 Wasser: Als besonders kompliziert stellen sicht die Reflektionsverhältnisse bei Wasserflächen heraus, die nicht nur als Funktion des reinen Wasserkörpers zu sehen sind, sondern durch Faktoren wie die Tiefe des Gewässers, den Gehalt an suspendierten organischen und anorganischen Stoffen sowie den Einstrahlungswinkel der elektromagnetischen Strahlung modifiziert werden (Albertz 2001:21). Als charakteristische spektrale Reflektion von reinen Wasserkörpern gilt ein sukzessiv abnehmender Reflektionsgrad mit ansteigender Wellenlänge, der bei 0,58 µm ein Maximum von unter 10 % ausbildet und ab ca. 0,8 µm nahezu nicht mehr zu messen ist (Richards/Jia 2006:5). Im Vergleich zu den Reflektionsfunktionen von Vegetation oder Böden ist von einem weitaus höheren Transmissionsanteil der elektromagnetischen Strahlung im Bereich von 0,4 µm bis 0,8 µm auszugehen, weshalb bei Wasserkörpern mit geringer Wassertiefe das Reflektionssignal zusätzlich durch den Gewässergrund beeinflusst wird (McCoy 2005:102). Die Penetrationstiefe beläuft sich dabei bei einer Wellenlänge zwischen 0,7 µm und 0,8 µm auf 1 m, im Bereich des roten Lichts auf 4 m und erreicht bei einer Wellenlänge von 0,48 µm eine maximale Tiefe von 20 m (McCoy 2005:102). Steigt die Wassertrübung aufgrund des Anteils an suspendiertem Material sukzessive an, kommt es analog dazu zu einer Abnahme der Penetrationstiefe, bis die Reflektion ausschließlich durch das Suspensionsmaterial und nicht mehr durch den Gewässergrund beeinflusst wird (Lillesand et al. 2008:20). Die spektrale Charakteristik des Reflektionssignals wird durch die Eigenschaften des jeweils suspendierten Materials modifiziert, was sich v.a. durch einen Anstieg des Reflektionsgrades jenseits von 0,8 µm bemerkbar macht (Richards/Jia 2006:5). Im Spektrum des sichtbaren Lichts sind durch suspendierte Stoffe insofern Veränderungen evident, als dass enthaltene Organik entsprechend der in Kap. 3.2.1 behandelten Absorptionsmaxima eine gelbliche Verfärbung des Wasser bewirkt, während anorganisches Substrat entsprechend der eigenen Reflektionscharakteristik eine blau-grüne bis hell-grüne sowie braun bis rote Verfärbung bewirken kann (Purkis/Klemas 2011:124). Basierend auf diesen Beobachtungen lassen sich Rückschlüsse auf das Nährstoffangebot von Gewässern bzw. auf die Menge des erodierten und nun sich in Suspension befindenden Materials schließen. Bei gleichzeitiger Präsenz von suspendiertem organischem sowie anorganischem Material, wird das Reflektionssignal von den spektralen Eigenschaften des anorganischen Materials dominiert (McCoy 2005:102). Mit abnehmenden Sonnenstand und somit flacherem Einstrahlungswinkel auf den Wasserkörper werden umso größere Anteile der elektromagnetischen Strahlung durch die Wasseroberfläche gespiegelt, wodurch der Anteil der transmittierten Strahlung abnimmt (McCoy 2005:102). Keine Auswirkungen auf die Reflektionscharakteristik des Wasserkörpers haben gelöste Gase wie O2 und CO2, der Gehalt an anorganischen Salzen sowie der pH-Wert (McCoy 2005:103).

• Qinghai-Tibet-Plateau

• Desertifikation

• Multitemporale Analyse

• Landschaftsdynamik

• Tibet

• Dzöge

• Sichuan

• Spektrale Signatur

• Landsat