Forstwirtschaft

Heute wurden im Rahmen verschiedener von der ESA finanzierter F&E-Studien mehrere modellbasierte Ansätze zur Inversion von Waldparametern vorgeschlagen, diskutiert und validiert, die duale oder vollständig polarimetrische Daten mit interferometrischen Messungen mit einer oder mehreren Basislinien kombinieren. Die wichtigsten Parameter der Waldvegetation, die aus der Inversion polarimetrischer interferometrischer Daten geschätzt werden können, sind:

• Waldhöhe
• Biomasse im Wald
• Struktur des Kronendachs im Wald

Die Schätzung von Waldparametern (Höhe und Biomasse) aus Pol-InSAR-Daten hat heute ein präoperatives Stadium erreicht. Im Rahmen der ESA Pol-InSAR Mission and Application Study wurde der aktuelle Stand der Pol-InSAR-Techniken und -Technologien evaluiert und im Hinblick auf die Erzeugung operationeller Informationsprodukte unter Berücksichtigung der technologischen Einschränkungen aktueller und/oder zukünftiger Satellitenmissionen geprüft. Im Hinblick auf eine erste In-Orbit-Demonstration ist das Institut Mitglied der ALOS Carbon & Kyoto Initiative der JAXA und verantwortlich für die Schätzung der Pol-InSAR-Waldparameter. Allerdings wird die erwartete zeitliche Dekorrelation die ALOS Pol-InSAR-Demonstration auf einer "Opportunitäts"-Basis begrenzen. Das breite Spektrum an wissenschaftlicher und technologischer Pol-InSAR-Expertise, das innerhalb des Instituts entwickelt wurde, gipfelte in HABITAT, einem Missionsvorschlag für die globale Inventarisierung der oberirdischen Biomasse und die Überwachung von Veränderungen, der als Antwort auf den Aufruf der ESA zur Einreichung von Ideen für die nächsten Earth Explorer Kernmissionen im Jahr 2005 eingereicht wurde.

Waldhöhe

Die Waldhöhe ist neben der Grundfläche und der Baumart bzw. der Artenzusammensetzung einer der wichtigsten Parameter in der Forstwirtschaft. Die Waldhöhe ist ein Standardparameter in der Waldinventur. Sie kann nur schwer vor Ort gemessen werden und typische Schätzfehler werden mit einer Genauigkeit von 10% angegeben, die jedoch mit der Waldhöhe und -dichte zunimmt. Er beschreibt die dynamische Entwicklung des Waldes, die Modellierung und die Inventur. Die Schätzung der Waldhöhe anhand von polarimetrischen Einzel- und Mehrlinien-Daten wurde in einer Reihe von Flugversuchen über einer Reihe von natürlichen und kommerziellen Testgebieten in gemäßigten und borealen Breiten demonstriert, die sich durch unterschiedliche Bestands- und Geländebedingungen auszeichnen. Die Validierung zeigt eine Schätzgenauigkeit in der Größenordnung von 10-20% im Vergleich zur Höhe der Waldkrone. Die Leistung der Schätzung ist weitgehend unabhängig von den Gelände- und/oder Waldbedingungen. Die Ergebnisse von INDREX-II bestätigen die Leistung der Inversion im L-Band (und im P-Band) auch für dichte tropische Wälder.

Waldbiomasse

Die Waldbiomasse ist der integrativste Waldparameter, der für die ökologische Modellierung und die Waldinventur unerlässlich ist und heute die große Unbekannte bei der Modellierung globaler Ökosystemveränderungen ist. Die Entwicklung der Waldhöhenschätzung mit Pol-InSAR war der Anstoß für die Entwicklung und Bewertung allometrischer Biomasseschätzungen in Zusammenarbeit mit akademischen Einrichtungen, die über Fachwissen in Waldökologie und Modellierung verfügen. Die allometrische Schätzung der Waldbiomasse anhand der Waldhöhe ist in der Tat robust und folgt keiner Sättigungskurve. Daher ist sie ein guter Kandidat für die Inventur der oberirdischen Biomasse.

Diese sehr grundlegende biologische (allometrische) Beziehung zwischen Waldhöhe und Waldbiomasse variiert nur etwa 10-15% mit den Standortbedingungen und nur etwa 15-20% zwischen den Arten (Ausnahmen sind sehr schnell wachsende Pionierarten mit sehr leichtem Holz wie Pappel und Birke). Dies ermöglicht die Schätzung der Waldbiomasse allein durch die Kenntnis der Waldhöhe mit einer Genauigkeit von 20-40% bis zu einer Biomasse von 450 t/ha, selbst bei inhomogenen und natürlichen Waldbedingungen. Die erzielten experimentellen Ergebnisse stehen im Einklang mit allgemeinen allometrischen Beziehungen für verschiedene gemäßigte, boreale und tropische Waldökosysteme und mit Vorhersagen verallgemeinerter Waldstrukturmodelle, die den allgemeinen Charakter und damit die Gültigkeit der Höhe-Biomasse-Beziehung untermauern.

Die größten Unsicherheiten in der Beziehung zwischen Höhe und Biomasse sind auf (natürliche oder anthropogene) Dichtevariationen zurückzuführen, insbesondere in Wäldern mit geringer Dichte, wie sie in borealen und Savannenwald-Ökosystemen vorkommen. Um die Unsicherheiten bei der Schätzung der Biomasse zu verringern und die Robustheit der Methode zu erhöhen, ist die Einbeziehung zusätzlicher Informationen, wie z.B. der Grundfläche, besonders in Wäldern mit geringer Dichte und offenem Kronendach wichtig und ein aktuelles Forschungsthema.

Struktur des Kronendachs im Wald