Abschlussarbeiten
Reproduzierbare Waldgrenzen in außertropischen Hochgebirgen aus digitalen Bodenbedeckungs- und Höhendaten
Art der Abschlussarbeit
Master
Autoren
- Heinke, Johann
Betreuer
- Dr.rer.nat. Nikolas Prechtel
- Prof. Dr.-Ing.habil. Dipl.-Phys. Dirk Burghardt
Abstract
Ziel der Arbeit war es, ein Modul zu entwickeln, welches es ermöglicht, obere Waldgrenzen im meso-skaligen Bereich automatisch aus frei zugänglichen Daten zur Bewaldung (Landbedeckungsdaten) und zum Relief (digitale Höhenmodelle, DGM) zu ermitteln. Das vorliegende Tool kann universell in verschiedensten Regionen der Erde Einsatz finden.
Umgesetzt wird das Modul in der Programmiersprache Python. Zunächst werden Wassereinzugsgebiete als statistische Bezugseinheit berechnet. Aus den einzugsgebietsweise segmentierten Waldflächen werden Waldränder extrahiert und letztere in Punkte mit konstantem Abstand umgewandelt, welcher auf die lineare Auflösung des DGM-Rasters bezogen ist. Für die Punkte werden Höhenwerte interpoliert. Die obere Waldgrenze wird über Punkte gesucht, welche höher liegen als ihre Nachbarschaft. Ausgehend von lokalen Maxima werden weitere Punkte in ähnlicher Höhe entnommen, welche ebenfalls der oberen Waldgrenze zugeordnet werden können. Die zugehörige lokale Hangexposition wird für eine stabilere Auswertung über eine selbstentwickelte 7 x 7 Zellenmatrix berechnet.
Die Abläufe und Funktionen des Moduls wurden in einem weitgespannten Areal der Ostalpen untersucht. Als Eingangsdaten wurden das ASTER GDEM V3 und der „Corine Land Cover“-Datensatz gewählt. Die neu berechneten Höhen der oberen Waldgrenze ähneln Ergebnissen anderer Studien, so dass die Ergebnisse plausibel erscheinen. Die Auswertung zeigt, dass im Untersuchungsraum die obere Waldgrenze an den westlichen und nordwestlichen Hängen signifikant höher liegt als an den östlichen.
The present work deals with the development of a tool that enables an automated, meso-scale determination of upper timberlines from freely accessible data on forest cover (land cover data) and relief (DEM). The tool is designed to be universally applicable.
The module is implemented in the programming language Python. Firstly, from the DEM watersheds of a comparable size are derived. Using these watersheds, the forest data have been split into catchment-based subsets as a further statistical basis. All timberlines are now extracted and converted into points of a defined mutual distance, corresponding to the linear DEM resolution. These points get a DEM-based elevation. A final detection of the upper timberlines is conducted by local maxima along the forest contours. Based on these maxima, the surrounding area can be examined, and further points are extracted, which fit to the concept of an upper timberline. For a better evaluation, the slope exposition is calculated using a customised 7 x 7 matrix.
A large section of the European Eastern Alps has been chosen for test runs of the tool. As input data the ASTER GDEM V3 and the der „Corine Land Cover“ dataset have been used. The calculated timber line elevations compare well to those reported in other studies. The evaluation shows that the upper timberline is significantly higher on the western and north-western slopes than on the eastern ones.
Umgesetzt wird das Modul in der Programmiersprache Python. Zunächst werden Wassereinzugsgebiete als statistische Bezugseinheit berechnet. Aus den einzugsgebietsweise segmentierten Waldflächen werden Waldränder extrahiert und letztere in Punkte mit konstantem Abstand umgewandelt, welcher auf die lineare Auflösung des DGM-Rasters bezogen ist. Für die Punkte werden Höhenwerte interpoliert. Die obere Waldgrenze wird über Punkte gesucht, welche höher liegen als ihre Nachbarschaft. Ausgehend von lokalen Maxima werden weitere Punkte in ähnlicher Höhe entnommen, welche ebenfalls der oberen Waldgrenze zugeordnet werden können. Die zugehörige lokale Hangexposition wird für eine stabilere Auswertung über eine selbstentwickelte 7 x 7 Zellenmatrix berechnet.
Die Abläufe und Funktionen des Moduls wurden in einem weitgespannten Areal der Ostalpen untersucht. Als Eingangsdaten wurden das ASTER GDEM V3 und der „Corine Land Cover“-Datensatz gewählt. Die neu berechneten Höhen der oberen Waldgrenze ähneln Ergebnissen anderer Studien, so dass die Ergebnisse plausibel erscheinen. Die Auswertung zeigt, dass im Untersuchungsraum die obere Waldgrenze an den westlichen und nordwestlichen Hängen signifikant höher liegt als an den östlichen.
The present work deals with the development of a tool that enables an automated, meso-scale determination of upper timberlines from freely accessible data on forest cover (land cover data) and relief (DEM). The tool is designed to be universally applicable.
The module is implemented in the programming language Python. Firstly, from the DEM watersheds of a comparable size are derived. Using these watersheds, the forest data have been split into catchment-based subsets as a further statistical basis. All timberlines are now extracted and converted into points of a defined mutual distance, corresponding to the linear DEM resolution. These points get a DEM-based elevation. A final detection of the upper timberlines is conducted by local maxima along the forest contours. Based on these maxima, the surrounding area can be examined, and further points are extracted, which fit to the concept of an upper timberline. For a better evaluation, the slope exposition is calculated using a customised 7 x 7 matrix.
A large section of the European Eastern Alps has been chosen for test runs of the tool. As input data the ASTER GDEM V3 and the der „Corine Land Cover“ dataset have been used. The calculated timber line elevations compare well to those reported in other studies. The evaluation shows that the upper timberline is significantly higher on the western and north-western slopes than on the eastern ones.
Schlagwörter
Alpine timber line, automated calculation, Python, DEM, Corine Land Cover, Eastern Alps
Berichtsjahr
2021