Auf der Spur des Borkenkäfers im Satellitenbild

Die veränderten klimatischen Bedingungen setzen dem Waldökosystem drastisch zu und begünstigen gleichzeitig zunehmend invasive Arten wie den Borkenkäfer. Die Karte der Totholzflächen im Nationalpark Bayerischer Wald (Abb. 1) verdeutlichen das Ausmaß der Borkenkäferkalamität. Die Daten wurden im Rahmen des Datapool-Abkommens von der Nationalparkverwaltung zur Verfügung gestellt. Um derartige Bedrohungen erfolgreich zu bekämpfen, ist eine verlässliche Entscheidungsgrundlage über das Schadausmaß und den Zustand des Waldes unerlässlich. Terrestrische Methoden stoßen allerdings aufgrund der großen räumlichen Ausdehnung an ihre Grenzen, was die Notwendigkeit fernerkundungsbasierter Ansätzen unterstreicht.

Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf Sentinel-1-Daten, die unabhängig von der Bewölkung, wöchentlich erfasst werden. Bei den Untersuchungen wird allerdings nicht nur der Borkenkäferbefall an sich betrachtet; vielmehr wird die Vitalitätsentwicklung der Fichten bis zu drei Jahre vor dem Befall mit in die Analyse einbezogen. Den Kern der neuen Herangehensweise bilden dabei die Kennaugh-Elemente, welche die Sentinel-1-Zeitreihe polarimetrisch aufbereiten. In Kombination mit dem Topographischen Feuchteindex und der Bodenklassen wird ein Random Forest Modell trainiert, das sodann die Vitalitätslevel der Fichtenbestände über die betrachtete Zeitreihe prädiziert.

Die verschiedenen Kartenausschnitte (Abb. 2) zeigen den Prozess der Waldmortalität während des betrachteten Zeitraums auf, welchen die Referenzdaten exakt so bestätigen. Zu Beginn der Zeitreihe wird in der Mitte des Kartenausschnitts Totholz (Abb. 3) detektiert und als orangenfarbene Fläche dargestellt. Nach und nach sterben ebenso die umliegenden Fichten ab. Die Resultate zeigen somit erstmalig, dass die Vitalitätsentwicklung der Koniferen von einem gesunden bzw. bereits gestressten Zustand bis hin zum vom Borkenkäfer verursachten Totholz anhand einer Sentinel-1-Zeitreihe schon frühzeitig abgeleitet werden kann. Da das Verfahren ausschließlich frei und flächendeckend verfügbare Geodaten verwendet, ist die Übertragbarkeit auf andere vom Borkenkäfer betroffene Waldgebiete gegeben.