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A Remote Sensing Based Framework for Monitoring and Assessing Mediterranean Rangelands. Case Studies from Two Test Sites in Spain and Greece

Monitoring und Bewertung Mediterraner Rangelands mittels Fernerkundung und Geodatenverarbeitung. Fallstudien aus zwei Arbeitsgebieten in Spanien und Griechenland

  • Two areas were selected to represent major process regimes of Mediterranean rangelands. In the County of Lagads (Greece), situated east of the city of Thessaloniki, livestock grazing with sheep and goats is a major factor of the rural economy. In suitable areas, it is complemented by agricultural use. The region of Ayora (Spain) is located west of the city of Valencia. It is one of regions most affected by fires in Spain. First of all, long time series of satellite data were compiled for both regions on the basis of Landsat sensors, which cover the time until 1976 (Ayora) and 1984 (Lagadas) with one image per year. Using a rigorous processing scheme, the data were geometrically and radiometrically corrected Specific attention was given to an exact sensor calibration, the radiometric intercalibration of Landsat-TM and "MSS. Proportional cover of photosynthetically active vegetation was identified as a suitable quantitative indicator for assessing the state of rangelands. Using Spectral Mixture Analysis (SMA) it was inferred for all data sets. The extensive data base procured this way enabled to map fire events in the Ayora area based on sequential diachronic sets and provide fire dates, perimeter as well as fire recurrence for each pixel. The increasing fire frequency in the past decades is in large parts attributed to the accelerated abandonment of the area that leads to an encroachment of shrublands and the accumulation of combustible biomass. On the basis of the fire mapping results, a spatial and temporal stratification of the data set allowed to asses plant recovery dynamics on the landscape level through linear trend analysis. The long history of fire events in the Mediterranean frequently leads to processes of auto-succession. Following an initial dominance of herbaceous vegetation this commonly leads to similar plant communities as the ones present before the fire. On a temporal axis, this results in typical exponential post-fire trajectories which could also be shown in this study. The analysis of driving factors for post-fire dynamics confirmed the importance of aspect and slope. Locations with lower amounts of solar irradiation and favourable water supply yielded faster recovery rates and higher post-fire vegetation cover levels. In most cases, the vegetation cover levels observed before the fire were not reached within the post-fire observation period. In the area of Lagadas, linear trend analysis and additional statistical parameters were used to infer a degradation index. This could be used to illustrate a complex pattern of stability, regeneration and degradation of vegetation cover. These different processes and states are found in close proximity and are clearly determined by topography and elevation. Following a sequence of analyses, it was found that in particular steep, narrow valleys show positive trends, while negative trends are more abundant on plain or gently undulating areas. Considering the local grazing regime, this spatial differentiation was related to the accessibility of specific locations. Subsequently, animal numbers on community level were used to calculate efficient stocking rates and assess the temporal development of their relation with vegetation cover. This calculation of temporal trajectories illustrated that only some communities show the expected negative relation. To the contrary, a positive relation or even changing relation patterns are observed. This signifies recent concentration and intensification processes in the grazing scheme, as a result of which animals are kept in sheds, where additional feedstuffs are provided. In these cases, free roaming of livestock animals is often confined to some hours every day, which explains the spatial preference of easily accessible areas by the shepherds. Beyond these temporal trends, it was analysed whether the grazing pattern is equally reflected in a spatial trend. Making use of available geospatial information layers, the efforts required to reach each location was expressed as a cost. Then, cost zones could be defined and woody vegetation cover as a grazing indicator could be inferred for the different zones. Animal sheds were employed as starting features for this piospheric analysis, which could be mapped from very high spatial resolution Quickbird image data. The result was a clearly structured gradient showing increasing woody vegetation cover with increasing cost distance. On the basis of these two pilot studies, the elements of a monitoring and interpretation framework identified at the beginning of the work were evaluated and a formal interpretation scheme was presented.
  • Mediterrane "Rangelands" bezeichnen marginale Räume, die keiner primären Nutzung unterliegen, aber wegen ihrer Bedeutung als Weideland, für die Holzgewinnung, für Wasserkreisläufe oder als Rückzugsgebiete für Flora und Fauna von ökologischer Bedeutung sind. Das Gleichgewicht mit ihrer Nutzung wird durch starke ökonomische und gesellschaftliche Veränderungen gefährdet, welche insbesondere in den europäischen Mittelmeerländern zu Extensivierung und Intensivierung führen. Fernerkundliche Ansätze ermöglichen die Überwachung von Ökosystemen auf der Basis objektiver Daten. Insbesondere das retrospektive Monitoring von Umweltveränderungen über lange Zeiträume und somit die Bewertung zurückliegender externer Einflüsse ist von großer Bedeutung im Kontext von Management und politischer Entscheidungsfindung. Dies benötigt jedoch die Konzeption eines übertragbaren Interpretationsrahmens dessen Kernpunkte in dieser Arbeit identifiziert werden sollen. Stellvertretend für zwei der wichtigsten Prozessregime mediterraner Rangelands wurden zwei Gebiete ausgewählt. In der Provinz von Lagadas (Griechenland), östlich von Thessaloniki, ist die Beweidung mit Schafen und Ziegen ein wichtiger Faktor der ländlichen Volkswirtschaft und wird durch landwirtschaftliche Nutzung geeigneter Gebiete ergänzt. Die Region um Ayora (Spanien), westlich von Valencia gelegen, gilt als eine der am stärksten von Feuer betroffenen Regionen Spaniens. Zunächst wurden für beide Gebiete Zeitreihen auf der Basis der Landsat-Sensoren aufgebaut, die den Zeitraum von 1976 (Ayora) bzw. 1984 (Lagadas) bis 2000 mit einer Szene pro Jahr umfassen. Alle Daten wurden geometrisch und radiometrisch korrigiert, wobei in letzterem Fall das Augenmerk auf der exakten Sensorkalibrierung, der Interkalibrierung von TM- und MSS-Daten sowie einer optimierten Prozessierung dieser langen Datenreihen lag. Der Bedeckungsrad photosynthetisch aktiver Vegetation wurde als geeigneter Indikator für die Bewertung des Landschaftszustandes identifiziert und mit Hilfe der Spektralen Mischungsanalyse (SMA) für jede verfügbare Szene abgeleitet. Die somit verfügbare Datenbasis erlaubte für Ayora zunächst eine exakte Kartierung von Auftrittsjahr und Perimeter von Feuern sowie die räumlich differenzierte Kartierung von Feuerhäufigkeit. Darauf aufbauend konnte mittels räumlich und zeitlich stratifizierter linearer Trendanalyse die Dynamik der Wiederbesiedlung durch Pflanzen erfasst und quantifiziert werden. Es zeigte sich deutlich der Einfluss von Exposition und Hangneigung auf die Regeneration von Pflanzen, wobei sich Gebiete mit besserer Wasserversorgung infolge niedrigerer solarer Einstrahlung als günstiger erwiesen. In der Region von Lagadas konnte mittels linearer Trendanalyse und eines abgeleiteten Degradationsindex ein eng verzahntes Muster von Vegetationszuwachs und "abnahme aufgezeigt werden. Dessen räumliche Verteilung zeigte einen deutlichen Einfluss von Geländeform und "höhe. Diese wurden als Indizien für den Einfluss lokaler Erreichbarkeit bewertet, denn insbesondere steile, enge Täler zeigten positive Trends, während negative Trends vor allen Dingen auf wenig geneigten, niedrig gelegenen Gebieten auftraten. Viehbestandszahlen auf Gemeindeebene ermöglichten die Untersuchung eines Zusammenhangs zwischen Vegetationsbedeckungsraden und Bestockungsdichte, die lediglich in einem Teil der beobachteten Gemeinden den erwarteten negativen Zusammenhang aufwiesen. Der Grund hierfür sind signifikante Konzentrationsprozesse durch verlängerte Aufenthaltszeiten in Ställen und die verstärkte Beweidung nahe gelegener Gebiete. Um potenzielle Auswirkungen dieses Verhaltens auf räumliche Trends beurteilen zu können, wurde schließlich anhand verfügbarer Geodaten der Aufwand zur Erreichung verschiedener Gebiete als Kostenoberfläche modelliert. Die Ableitung von Bedeckungsgraden für solche Kostenzonen in Relation zur Lage von Stallungen, die aus geometrisch höchstauflösenden QuickBird-Daten kartiert wurden, verdeutlichte diesen Zusammenhang in Form eines klar gegliederten Gradienten.

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Metadaten
Author:Achim Röder
URN:urn:nbn:de:hbz:385-3503
Advisor:Joachim Hill
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2006/01/11
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2005/12/07
Release Date:2006/01/11
Tag:Fernerkundung; Geodatenverarbeitung; Landdegradation; Mediterrane Rangelands; Monitoring
Geoinformation Processing; Land Degradation; Mediterranean Rangelands; Monitoring; Remote Sensing
GND Keyword:Beweidung; Fernerkundung; Feuer; Griechenland; Mittelmeerraum; Modellierung; Monitoring; Spanien
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

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