Xaver Muri
Veränderung der C-Band Rückstreuung nach Waldbränden in arktischen Permafrostregionen

Große Teile der Permafrostregionen sind von Bränden betroffen. Waldbrände in diesen Regionen haben sowohl unmittelbare als auch langfristige Auswirkungen. Waldbrände verursachen Störungen, die sich über viele Jahre auf den darunter liegenden Permafrost auswirken. Das gestörte Gebiet kann noch Jahre nach dem Brandereignis veränderte Schnee- und Bodeneigenschaften aufweisen.C-Band-SAR-Beobachtungen haben sich als äußerst wertvoll für die Identifizierung von Schneestrukturveränderungen in der Arktis erwiesen. Die Aufnahmen unter gefrorenen Bedingungen spiegeln die Oberflächenrauheit und Volumenstreuung wider, aus denen Schnee, Bodenrauheit sowie Vegetationseigenschaften abgeleitet werden können. Das Ziel dieser Studie besteht darin, die Veränderungen der C-Band-Winterrückstreuung im Laufe der Jahre seit einem Brand für eine größere Region und Stichprobengröße zu untersuchen.Im Mittelpunkt steht die Anwendung von Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar (SAR) mit einem Space-for-Time Konzept. Es erfolgt ein Vergleich von Brandnarben unterschiedlichen Alters auf der Grundlage der seit 2016 verfügbaren Sentinel-1-Aufnahmen.In einer ersten Untersuchung wurden verschiedene Testgebiete in der gesamten Arktisregion ausgewählt und Brandgebiete bis zurück aus den 1940er Jahren werden berücksichtigt. Darüber hinaus werden Referenzflächen in störungsfreien Gebieten zur Analyse herangezogen. Die Identifizierung und der Zeitpunkt von Brandereignissen wurden anhand von Satellitendaten der AVHRR- und MODIS-Sensoren bestimmt. Während der Auswertung anhand von hochauflösenden Satellitenbildern wurde deutlich, dass präzisere Angaben zum Brandort unumgänglich sind. Die bereitgestellten Daten durch den Einsatz von AVHRR und MODIS waren aufgrund ihrer begrenzten Qualität und Auflösung nicht zufriedenstellend.Detailliertere Informationen über die Brände können durch die Alaska Large Fire Database erlangt werden. Aus diesem Grund wurde das Untersuchungsgebiet schließlich auf Alaska beschränkt. Mehrere Standorte in ganz Alaska wurden ausgewählt, basierend auf einem Permafrostanteil von über 70%, den Vegetationstypen und den Jahren seit dem Brandereignis.Frühere Studien haben gezeigt, dass meteorologische Bedingungen während Sentinel-1-Aufnahme die C-Band-Rückstreuung erheblich beeinflussen können. Um die Auswirkungen von Niederschlägen, insbesondere Rain-on-snow, und den Einfluss der Lufttemperatur abzuschwächen, wurden die Sentinel-1-Daten (C-Band-Rückstreuung) nach Zeit- und Temperaturkriterien gefiltert. Für die Analyse wurde die 2-Meter-Lufttemperatur aus der Copernicus ERA5-Reanalyse mit einer Temperaturuntergrenze von -15 °C verwendet. Eine Temperaturobergrenze von -1,5 °C wurde verwendet, um den Einfluss von flüssigem Wasser zu minimieren. Zur Auswahl der Untersuchungsgebiete wurden zwei Punkte mit ähnlicher Vegetation ausgewählt, wobei sich ein Punkt innerhalb des verbrannten Gebiets und der andere in ungestörten Regionen (sogenannte Referenzgebiete) befand. Die Analyse wurde für einen Bereich mit einer Größe von 10 x 10 m durchgeführt und die Rückstreuwerte wurden für jeden dieser Bereich gemittelt.Die Ergebnisse zeigen, dass Waldbrände einen langfristigen Einfluss auf die C-Band-Rückstreuung haben könnten, der aus veränderten Schneeeigenschaften resultiert. Auch nach der Vegetationserholung zeigen Gebiete mit Waldbrandereignissen eine stärkere C-Band-Rückstreuung in VV-Polarisation als die Referenzgebiete.In der arktischen Region ist der Einsatz von Fernerkundungstechniken zur Datenerfassung aufgrund der enormen Fläche in der Forschung von entscheidender Bedeutung. Es wurde festgestellt, dass Waldbrände weite Auswirkungen haben, die über die Wiederherstellung der Vegetation hinausgehen. Daher ist es wichtig, diesen Einfluss bei der Anwendung von C-Band-Winterrückstreuung zu berücksichtigen und so eine unvoreingenommene Ergebnisgewinnung zu gewährleisten.Im Rahmen der Untersuchung wurden Trends in Regionen beobachtet, die durch kontinuierlichen Permafrost gekennzeichnet sind. Jedoch sind weitere Untersuchungen in verschiedenen Regionen und Gebieten mit unterschiedlichen Permafrostanteilen notwendig, um das Verständnis der Auswirkungen von Waldbränden zu verbessern.