Das Team „Waldökosysteme“ am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erfasst und analysiert mit Hilfe moderner Fernerkundungsmethoden Zustand, Struktur, Diversität und die Veränderungen von Wäldern. Unser Ziel ist es, Informationsprodukte bereitzustellen, die eine nachhaltige Waldentwicklung im Kontext des Globalen Wandels unterstützen.
Herausforderungen für Waldökosysteme
Wälder bedecken fast ein Drittel der globalen Landfläche und sind Lebensraum für unzählige Tier- und Pflanzenarten. Sie regulieren den Wasserhaushalt sowie das Mikroklima, sind Erholungsgebiete für Menschen und liefern den nachwachsenden Rohstoff Holz. Besonders wichtig ist die Rolle der Wälder für das globale Klima, da sie potentielle Kohlenstoffsenken und ein wichtiges Element komplexer Stoff- und Energiekreisläufe sind. Doch aufgrund dieser zahlreichen Ökosystemdienstleistungen stehen sie unter großem Nutzungsdruck. Besonders im globalen Süden führt die unkontrollierte Entwaldung zu gravierenden Waldverlusten. Vor allem Rodungen für den Rohstoffabbau sowie die Ausweitung von Siedlungs- und Landwirtschaftsflächen erfolgen dort häufig illegal.
Wälder in Mitteleuropa hingegen sind durch Störungen wie Stürme, Insektenbefall und Waldbrände und – besonders in jüngster Vergangenheit – durch Auswirkungen des Klimawandels wie beispielsweise extreme Dürreperioden geprägt. Naturnahe Wälder sind dabei weniger schadensanfälliger. Durch Waldumbau und Wiederbewaldung zu strukturreichen und standortangepassten Wäldern mit vielfältigen Baumarten sollen sich letztendlich klimaresiliente Waldökosysteme entwickeln. Die Baumartenverteilung in Kombination mit der Waldstruktur sind darüber hinaus zentrale Kenngrößen zur Abschätzung von Holzvorräten und zur Berechnung der Kohlenstoffbindung im Wald. Auch die Waldvitalität ist eng mit dem Klimaschutz verknüpft, da gesunde Wälder eine hohe Kohlenstoffaufnahme gewährleisten und resilienter gegenüber klimatischen Extremereignissen sind. Eine weitere Herausforderung für das Management der Wälder Mitteleuropas besteht im Erhalt und der Wiederherstellung der Biodiversität bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Nutzung. Anders als in der Landwirtschaft läuft die Waldentwicklung in langen Zeiträumen ab und erfordert somit besondere Weitsicht bei Waldumbau und -bewirtschaftung.
Verschiedene Waldökosysteme
Naturnahe Waldbewirtschaftung in den Höhenlagen des sächsischen Vogtlands (o.l.), abgestorbene Fichtenbestände im Nationalpark Harz (o.m.), wiederbewaldete Kahlflächen in Oberfranken (o.r.), Windwurf in der Eifel (m.l.), Luftbild über dem Bergischen Land (Mitte), abgestorbene Eiche im Kottenforst bei Bonn (m.r.), Mittelwaldbewirtschaftung im Eichenwald in Oberfranken (u.l.), Pilze auf Totholz (u.m.), Kahlflächen nach Borkenkäferbefall in Südthüringen (Fotos: F. Thonfeld & P. Kacic)
Das Team „Waldökosysteme“ nutzt Erdbeobachtungsdaten, um großflächig Struktur, Vitalität, Artenzusammensetzung und Schäden von Wäldern zu erfassen. Langjährige Satellitendaten-Zeitreihen ermöglichen es, große Waldgebiete kontinuierlich zu beobachten und Veränderungen durch natürliche und anthropogene Prozesse in Wäldern zu erkennen. Ziel des Teams ist es, anwendungsorientierte Methoden im Bereich der Erdbeobachtung zu entwickeln, um Informationsprodukte, Statistiken und Services zum Monitoring von Waldökosystemen bereitzustellen. Diese Informationen sollen Entscheidungsträger bei der Umsetzung einer nachhaltigen Waldentwicklung unterstützen. Analysen wie die Kartierung von Waldschäden, Strukturveränderungen, Fragmentierung und Vitalität sind wertvoll, um den Einfluss des Klimawandels und des menschlichen Handelns auf Waldökosysteme zu quantifizieren. Die Arbeiten liefern damit eine Datengrundlage, welche im Kontext des Globalen Wandels den Aufbau von nachhaltigen Anpassungs- und Minderungsstrategien in der Forstwirtschaft ermöglicht.
Waldzustand und Schaderfassung: Nah-echtzeitliches und konsistentes Monitoring der langfristigen und vielfältigen Auswirkungen von Klimawandel, Störungen, Waldnutzung und Landnutzungswandel auf Waldökosysteme.
Waldstruktur: Erfassung der räumlichen Struktur, Vielfalt und Fragmentierung von Waldbeständen.
Biodiversitätsforschung: Kartierung von Baumarten und Analyse von Waldstruktur-Biodiversität-Beziehungen zur Charakterisierung von Habitaten.
Beispiele für thematische Analysen
oben von links nach rechts: Entwaldungsmuster Paraguay; Waldfragmentierung Bayern; Phänologie Deutschland; - unten von links nach rechts: App für Störungsursachen; Hyperspektralaufnahme Waldbrunn; Objekterkennung Windbarrieren Südamerika
Die Forschungsarbeiten des Teams konzentrieren sich auf Mitteleuropa und Südamerika, doch unsere Methoden sind meist weltweit übertragbar. Der Schwerpunkt liegt auf der Auswertung von Daten der optischen Copernicus Sentinel- und der Landsat-Missionen, ergänzt durch mittelaufgelöste Zeitreihen (MODIS, AVHRR), sowie Radar-, Lidar-, Hyperspektral- und Luftbilddaten. Moderne Verfahren der Zeitreihenanalyse, des maschinellen Lernens und der Big-Data-Verarbeitung erlauben eine präzise und automatisierte Analyse großer Datenmengen.
Für eine Bedarfsorientierte Entwicklung neuer Informationsprodukte und die Weiterentwicklung von Algorithmen und Methoden für das Waldmonitoring legen wir Wert auf einen engen Austausch mit Nutzern aus Wissenschaft, Verwaltung und Praxis. Die Ergebnisse unserer Forschung sind essenziell für eine wissensbasierte Entscheidungsfindung im Umwelt- und Forstsektor relevant für Planung, Forschung, Privatwirtschaft, Verwaltung, Politik und Gesellschaft. Sie liefern Grundlagen für nachhaltige Waldmanagementstrategien und helfen dabei, Ökosystemfunktionen langfristig zu sichern. Durch unsere Arbeit tragen wir aktiv zur Förderung resilienter, gesunder Wälder und zur Erhaltung ihrer vielfältigen Ökosystemdienstleistungen bei.
