Diplomarbeit
Application of remote sensing methods for micrometeorological site evaluation
Lucia Seebach (Reithmaier) (10/2002-06/2003)
Betreuer: Thomas Foken
Die Arbeit wurde teilweiseam Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena angefertigt, Betreuerin: Prof. Dr. N. Buchmann
Viele Standorte für Langzeitflussmessungen befinden sich in Gebieten, die durch viele Landnutzungsklassen charakterisiert sind. Derart komplexe Strukturen widersprechen jedoch den Annahmen der Eddy-Kovarianz Methode wie horizontale Homogenität, Stationarität und advektionsfreie Bedingungen. Daher wurde eine Methode zur Beurteilung von komplexen Messstandorte entwickelt, die den Einfluss räumlicher Heterogenität auf die Qualität der Flussmessungen bewerten soll (Göckede et al., 2003). Diese Methode kombiniert bereits bestehende Ansätze zur Qualitätskontrolle von Flussmessungen mit Footprint-Modellierung. Um die Struktur des umgebenden Gebietes zu charakterisieren, werden neben mikrometeorologischen Flussdaten weitere Inputdaten für diese Evaluierungsmethode benutzt: eine Landnutzungskarte und eine Rauhigkeitslängenmatrix, jeweils von der gewünschten Umgebung. Für die Erstellung der erforderlichen Karten wurden in bisherigen Evaluierungen topographische Karten verwendet. Diese Methode war zeitaufwendig und lieferte Matrizen mit geringer räumlicher Auflösung von bis zu 150 Metern. Das Ziel vorliegenden Studie war, die Verbesserung der Evaluierungsmethode mit Hilfe von Fernerkundungsmethoden zu testen, die im Weiteren für die Erstellung einer Landnutzungskarte verwendet wurden. Dazu musste zuerst eine geeignete Fernerkundungsmethode ausgewählt werden. Mit Satellitendaten von Landsat ETM+ und IKONOS wurde eine überwachte Landnutzungsklassifizierung durchgeführt. Zusätzlich wurde untersucht, ob eine Korrektur atmosphärischer Effekte als Vorstufe der Klassifizierung notwendig sei. Anschließend wurden die Landnutzungskarten, die aus den Fernerkundungsdaten gewonnen wurden, für die Evaluierungsmethode verwendet. Hierbei war der Einfluss räumlich höher aufgelöster Landnutzungskarten auf das Evaluierungsergebnis von besonderer Bedeutung. Des Weiteren wurden Rauhigkeitslängen (z0) von bereits bestehenden z0 -Klassifizierungen den jeweiligen Landnutzungsklassen zugewiesen. Dabei sollte die optimale z0-Klassifizierung für das Footprint Modell gefunden werden. Es zeigte sich, dass ein multi-temporaler überwachter Klassifizierungsansatz mit Landsat ETM+ die geeignete Fernerkundungsmethode für Evaluierungsmethode ist. Mit diesem Ansatz konnte eine Genauigkeit erreicht werden, die für diese Studie angemessen erscheint. Die Klassifizierung mit IKONOS Daten lieferte jedoch kein zufrieden stellendes Ergebnis, weil die verwendete Software ENVI für diese Anwendung nicht geeignet war. Die Durchführung einer Atmosphärenkorrektur erwies sich für diese Studie nicht lohnend. Im Vergleich zur bereits bestehenden Methode führte die Verwendung von Landnutzungskarten aus Fernerkundungsmethoden für die Evaluierungsmethode zu keinem deutlich anderen Ergebnis. Ebenso lieferten höher aufgelöste Landnutzungskarten kein abweichendes Ergebnis. Aufgrund von Fehlern im verwendeten Footprint-Modell war keine Aussage zur geeigneten z0-Klassifizierung möglich. Generell wurde der in dieser Studie untersuchter mikrometeorologische Standort, Hainich (Deutschland), als qualitativ hoch eingestuft hinsichtlich seiner Homogenität. Die ähnlichen Ergebnisse, auch von hoch aufgelösten Fernerkundungsdaten, zeigten, dass dieser Standort der Annahme der Homogenität genügt. Allerdings sind weitere Studien in Gebieten größerer Heterogenität notwendig, um den Einfluss von Fernerkundungsmethoden zu testen.