Forschungsthemen

1. Forschungsthemen

Forschungsthemen

Forschungsschwerpunkte der Professur für Umweltfernerkundung sind die Methodenentwicklung and Anwendung von Satellitendaten und abgeleiteten Produkten zur Beobachtung, Analyse, Modellierung und Prognose von Prozessen und Veränderungen in Ökosystemen und deren Einfluss auf den globalen Kohlenstoff- und Wasserkreislauf und das Klima. Ein Forschungsschwerpunkt ist die Beobachtung und Prognose von Vegetationsfeuern. Wir nutzen und entwickeln daten-basierte Methoden der Zeitreihenanalyse, des maschinellen Lernens, der künstlichen Intelligenz, der Ableitung von Umweltparametern mit physikalischen und daten-getriebenen Modellen, sowie prozess-basierte Umweltmodelle und Modell-Daten-Integrationstechniken.

Mikrowellenfernerkundung für Wald-Wasser-Interaktionen

Ziel ist die Entwicklung eines Verständnisses der Sensitivität und der physikalischen Beziehungen zwischen Beobachtungen von aktiven und passiven Mikrowellensatelliten und dem Feuchtigkeitsgehalt der Blätter, dem Wassergehalt der Vegetation, der Interzeption und Verdunstung und der Phänologie der Vegetation. Diese Forschung ermöglicht es, die Wassermenge und Biomasse in der terrestrischen Vegetation anhand von Mikrowellen-Satellitenbeobachtungen zu quantifizieren und deren Wechselwirkungen mit den lokalen bis globalen Kohlenstoff- und Wasserkreisläufen zu verstehen und für die Zukunft zu quantifizieren.

Das Thema wird in enger Abstimmung mit dem Potentialbereich „Forest-Water-Dynamics“ der Exzellenzstrategie der TU Dresden entwickelt.

Beteiligte Mitarbeitende

Evripidis Avouris: Sensitivität von Radar-UAVs zu Wald-Wasser-Dynamiken
Johanna Kranz: Ableitung von Phänologie, Live Fuel Moisture Content und Interzeption aus Sentinel-1-Zeitreihen
Xiao Liu: Abschätzung der vertikalen Struktur und Biomasseverteilung in Wäldern aus Radar- und Lidar-Daten
David Moravec: Abschätzung des Vegetationswassergehaltes mit Sentinel-1 und Corner Reflektoren
Luisa Schmidt: Untersuchung globaler Dynamiken im Live Fuel Moisture Content mit langfristigen Zeitreihen des Vegetation Optical Depth

Datensätze und Ergebnisse

VOD2LFMC: Globaler Blattfeuchtigkeitsgehalt zenodo.org
Aktuelle Messdaten von unseren Feuerwetterstationen im Landkreis Sächsische Schweiz/Osterzgebirge: emsbrno.cz

Ausgewählte Publikationen

Forkel, M., Schmidt, L., Zotta, R.-M., Dorigo, W., and Yebra, M. (2023).
Estimating leaf moisture content at global scale from passive microwave satellite observations of vegetation optical depth
Hydrology and Earth System Sciences, 27, 39–68, https://doi.org/10.5194/hess-27-39-2023

Liu, X., Neigh, C. S. R., Pardini, M., and Forkel, M. (2024).
Estimating forest height and above-ground biomass in tropical forests using P-band TomoSAR and GEDI observations
International Journal of Remote Sensing, 9, 45, 3129-3148, https://doi.org/10.1080/01431161.2024.2343134

Schmidt, L., Forkel, M., Zotta, R.-M., Scherrer, S., Dorigo, W. A., Kuhn-Régnier, A., van der Schalie, R., and Yebra, M. (2023).
Assessing the sensitivity of multi-frequency passive microwave vegetation optical depth to vegetation properties
Biogeosciences 20, 1027–1046, https://doi.org/10.5194/bg-20-1027-2023

Fernerkundung für Waldbrandforschung und –management

Ziel ist es, verschiedene Beobachtungen aus der optischen und Mikrowellen-Fernerkundung zu kombinieren und integrative Methoden zu entwickeln, um verschiedene Aspekte von Waldbränden wie die Brandlast, Brennmaterialfeuchte, die Brandgefahr, die Entwicklung von Bränden und die Emissionen von Rauch und Treibhausgasen zu quantifizieren und zu überwachen.

Im Rahmen dieser Forschungslinie arbeiten wir einerseits eng mit internationalen Forschungsgruppen zum globalen Kohlenstoffkreislauf und der Europäischen Weltraumagentur sowie anderseits mit Praktikern aus Feuerwehr- und Forstbehörden und der öffentlichen Verwaltung zusammen.

In der Professur wurde u.a. der weltweit einmalige und führende TUD-S4F-Ansatz entwickelt, welcher global eine räumlich hochaufgelöste Quantifizierung von Brandlasten, Feuerverhalten und Waldbrandemissionen ermöglicht (Forkel et al. 2025).

Beteiligte Mitarbeitende

Matthias Forkel: Großräumige Überwachung und Modellierung von Brennstoffen, Bränden und Brandemissionen; Rolle des Feuers im Kohlenstoffkreislauf; Modell-Daten-Integration für Dynamische Globale Vegetations-Feuer-Modelle
Daniel Kinalczyk: Bewertung der Auswirkungen von Strauchbewuchs auf Brennstoffmengen und Brandemissionen; Entwicklung des S4F-Ansatzes zur Daten-Modell-Fusion
Johanna Kranz: Dynamik der Brennstofffeuchte und des Feuerwetters in Mitteleuropa
Xiao Liu: Kartierung von Sträuchern und Unterholz als Brennstoff für die Abschätzung von Brandemissionen
Christopher Marrs: Grenzüberschreitende Bewertung, Kommunikation und Management von Waldbrandrisiken in Mitteleuropa
Luisa Schmidt: Globale Dynamik des Feuchtigkeitsgehalts von lebendem Brennstoff; Modellierung von Torfböden zur Abschätzung von Brandemissionen

Datensätze und Ergebnisse

Sense4Fire: Experimentelle Datenbank für Brennstoffe und Feueremissionen sense4fire.eu/database
Feuer in der Böhmisch-Sächsischen Schweiz 2022: Brennstoffarten, Brandschwere, Feuerstrahlungsleistung zenodo.org

Ausgewählte Publikationen

Beetz, K., Marrs, C., Busse, A., Poděbradská, M., Kinalczyk, D., Kranz, J., and Forkel, M. (2024).
Effects of bark beetle disturbance and fuel types on fire radiative power and burn severity in the Bohemian-Saxon Switzerland
Forestry: An International Journal of Forest Research, cpae024, https://doi.org/10.1093/forestry/cpae024

Forkel, M., Wessollek, C., Huijnen, V., Andela, N., de Laat, A., Kinalczyk, D., Marrs, C., van Wees, D., Bastos, A., Ciais, P., Fawcett, D., Kaiser, J.W., Klauberg, C., Kutchartt, E., Leite, R., Li, W., Silva, C., Sitch, S., Goncalves De Souza, J., Zaehle, S., Plummer, S. (2025).
Burning of woody debris dominates fire emissions in the Amazon and Cerrado.
Nature Geoscience, 18, 140-147. https://doi.org/10.1038/s41561-024-01637-5

Kranz, J., Bauer, K., Pampanoni, V., Zhao, L., Marrs, C., Mauder, M., Poděbradská, M., van der Maaten-Theunissen, M., Yebra, M., and Forkel, M. (2025).
Assessing predictors for fuel moisture content in Central European forests.
Agricultural and Forest Meteorology, 371, 110590, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2025.110590

Fernerkundung für Landschaftswandel und Landwirtschaft

Ziel ist die Anwendung von Fernerkundungsdaten um historische bis kurzfristige Veränderungen in (Agrar)landschaften zu detektieren und um Entscheidungen in der Landwirtschaft, im Naturschutz und der Landschaftsplanung zu unterstützen. Dabei kommen v.a. Methoden der Bildanalyse und künstlichen Intelligenz zum Einsatz. Beispielsweise wurden historische Spionagebildern aus den 1960er Jahren mit Deep Learning-Methoden ausgewertet um für ganz Sachsen Veränderungen in Landschaften zu kartieren. Aktuelle Projekte mit dem Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie fokussieren darauf Methoden für das Monitoring des guten landwirtschaftlichen und ökologischen Zustandes von Agrarlandschaften zu entwickeln.

Beteiligte Mitarbeitende

Eric Kosczor: Kartierung langfristiger struktureller Veränderungen in Agrarlandschaften; Erkennung von Anomalien im ökologischen Zustand von Agrarlandschaften
Christopher Marrs: Transfer von Fernerkundungsansätzen für die Überwachung der biologischen Vielfalt, die Erkennung von Veränderungen und die Landschaftsplanung an Interessengruppen
Christine Wessollek: Anwendung der Fernerkundung in der Agrarüberwachung; Integration der Fernerkundung in ökohydrologische Modelle zur Überwachung der Bodenfeuchte in der Land- und Forstwirtschaft

Datensätze und Ergebnisse

Historische "Key hole"-Bilde der 1960er ud 1970er Jahre im Geoportal Sachsenatlas
Phänologie der Landoberfläche von Araukarien-Nothofagus-Wäldern in den Anden zenodo.org

Ausgewählte Publikationen

Kugler, L., Marrs, C., Kosczor, E., and Forkel, M. (2023).
Landbedeckung in Sachsen 1961-1979 (Teil 1). Erfassung von Veränderungen in der Landbedeckung in Sachsen 1961-1979: Analyse anhand historischer CORONA-Spionageaufnahmen und tiefer neuronaler Netze
Schriftenreihe des LfULG, 6/2023, 72, https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/42436

Kosczor, E., Forkel, M., Hernández, J., Kinalczyk, D., Pirotti, F., and Kutchartt, E. (2022).
Assessing land surface phenology in Araucaria-Nothofagus forests in Chile with Landsat 8/Sentinel-2 time series.
International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 112, 102862, https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.102862

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