Neues Konzept zur 2D- und 3D-Visualisierung kontinuierlicher, multidimensionaler, meteorologischer Satellitendaten

Die Visualisierung und die Unterscheidbarkeit kontinuierlicher, multidimensionaler Messdaten stößt mit bekannten Techniken oft bereits für wenige Parameter an ihre Grenzen. Für die Darstellung von räumlich-zeitlichen Satellitendaten wird ein neues Konzept für die Visualisierung kontinuierlicher, multidimensionaler, meteorologischer Satellitendaten vorgestellt. Schwerpunkte sind die 3D-Visualisierung, der Einfluss von Animationen und die Entwicklung einer 2D- und 3D-Visualisierungssoftware

Modellierung des organismischen Response in Buhnenfeldern der mittleren Elbe-Determinierende Umweltfaktoren des Makrozoobenthos der Elbe

Zur Erstellung eines Habitatmodells für Buhnenfelder der Elbe, das die Abhängigkeiten der Taxa von den wichtigsten Umweltparametern beschreibt wurden: - Benthosproben der Elbteilhabitate entnommen und zeitgleich die Umweltparamter gemessen - Korrelationsanalysen zwischen Taxa und Umweltparamtern durchgeführt. - die wichtigsten die Verteilung des Bentos bestimmenden Umweltparameter identifiziert und eine mathematisches, auf der RDA (redundancy analysis) basierendes Modell erstellt, das die Abundanz des Benthos in Abhängigkeit von den Umweltparametern beschreibt - Die Plausibilität des erstellten Modells wurde mit Literaturvergleichen abgesichert. - Defizite der existierenden Buhnen/Buhnenfelder im Vergleich zu einem potentiellen natürlichen Zustand wurden identifiziert und Charakteristika erarbeitet durch die sich aus ökologischer Sicht optimierte Buhnen/Buhnenfelder auszeichnen sollten. - Nach diesen Gesichtspunkten wurden modifizierte Buhnentypen in das digitale Modell eingeführt. Hydro- und Morphodynamik sowie die daraus resultierende Faunenverteilung wurden modelliert und die Ergebnisse graphisch in einem GIS dargestellt. Die Elbe weist in den Untersuchungsabschnitten eine artenarme Benthozönose auf. Das Weichsubstrat ist in hohen Abundanzen bis 600.000 Individuen/m2 mit Oligochaeten (Wenigborster, Gürtelwürmer) und Chironomiden besiedelt. Die Arten- und Individuenzahlen der übrigen Taxa sind dagegen gering. Das Untersuchungsjahr 1999 zeigt allerdings eine deutliche Zunahme der Gesamt-Abundanz im Vergleich zum Vorjahr (1998) sowie eine Zunahme der Artenzahl. Das Hartsubstrat ist wie das Weichsubstrat nur schwach besiedelt, hier sind Chironomiden (Zuckmücken) das dominierende Taxon. Der empirische Ansatz zur Bestimmung der Abhängigkeiten von Fauna und Umwelt erforderte die Aufnahme zahlreicher Umweltparameter, welche auf signifikante Korrelation getestet wurden. Es ergaben sich auf hohem Signifikanzniveau Korrelationen zwischen den Taxa des Weichsubstrats und den modellierten Parameter Strömungsgeschwindigkeit und mittlerer Korndurchmesser und Zeit (Jahreszeit). Das Antwortverhalten einzelner Spezies (u.a. Limnodrilus hoffmeisteri, Propappus volki und Robackia demeijerei) erwies sich als besonders ausgeprägt und konnte auf diese Faktoren zurückgeführt werden. Die Aussagen sind auf hohem Signifikanzniveau abgesichert und werden durch Literaturangaben bestätigt. Für die Biozönose des Hartsubstrats wurden dagegen weniger signifikante Zusammenhänge ermittelt. Keine Zusammenhänge konnten zwischen den physikalischen Parametern, welche durch Absaugen des Interstitialwassers gewonnen wurden und der Weichsubstratbiozönose ermittelt werden. Mögliche Gründe für diesen Befund werden diskutiert. Die Ergebnisse der Modellerstellung sowie die vom Projektteil ?Wasserbau" gestellten abiotischen Daten wurden in die erarbeitete zentrale Projektdatenbank integriert. Die Projektdatenbank. diente als Schnittstelle und Steuerungsinstrument für die Modellierung und Szenarien-Berechnung der Taxa. Die Visualisierung der Modellierungsergebnisse mittels Arcview, welche eine einfache benutzergesteuerte Möglichkeit der Darstellung und Analyse der Daten bietet, wurde erarbeitet. Auf diese Weise wurde ein Werkzeug geschaffen, um Veränderungen der Fauna, als Folge geänderter hydraulischer und morphologischer Randbedingungen der Elbe zu prognostizieren. Ein Forderungskatalog für aus ökologischer Sicht optimierte Buhnenfelder, welche Funktionen übernehmen sollten die früher der Hauptstrom innehatte, wurde erarbeitet. Modifizierte Buhnen die die die Bedingungen im Buhnenfeld nach den gewünschten Kriterien verändern könnten, wurden erarbeitet und in das digitale Modell eingesetzt. Die morpho- und hydrodynamischen Bedingungen wurden vom Projektpartner modelliert und die Auswirkung auf die Biozönose exemplarisch anhand zweier Spezies und drei Buhnenfeldern dargestellt. Es konnten Buhnenvarianten erarbeitet und getestet werden, welche eine größere Habitatdiversität bewirkten, welche sich in einer größeren Fleckenhaftigkeit der Besiedlung durch die getesteten Spezies widerspiegelte. Es zeigte sich aber, dass jeder Flussabschnitt individuell getestet werden muss, da die hydro- und morphodynamischen Bedingungen nur bedingt vergleichbar sind, die für die Buhnenfelder getroffenen Annahmen daher nur bedingt zutrafen. Die vorgestellte Modellierung ermöglicht den Entscheidungsträgern den Test verschiedener Varianten der Umgestaltung des Stroms, die die Belange von Ökologie und Ökonomie in unterschiedlicher Wichtung beinhalten können. Wünschenswert wäre eine Umgestaltung der semiterrestrischen Flächen und damit insbesondere der Buhnenfelder, aber auch von Aue und Strom selbst, in einer dem Strom typischeren Art und Weise. Eine nachhaltige Gestaltung sollte sich weniger dem unmittelbaren wirtschaftlichen Nutzens unterordnen, hätte aber neben dem ästhetischen und ökologischen Nutzen auch handfeste ökonomische Vorteile, da ein Fluss dessen Bett die potentiell natürliche Profilgestalt besitzt, wasserbauliche Maßnahmen kaum benötigt (BOHLE & ENGEL-METHFESSEL 1993). BOHLE & ENGEL-METHFESSEL schrieben schon 1993, dass zu wünschen wäre, ?dass die Funktion der Flüsse im Naturhaushalt stärker berücksichtigt würde, zumal die Folgeschäden einer nur technisch orientierten Bewirtschaftung zu permanenten, auch ökonomischen Belastungen werden?. Dies ist unter dem Eindruck der Flutkatastrophen an Elbe und Oder mit ihren negativen Folgen für Ökonomie und die betroffenen Menschen umso aktueller

Einsatz landschaftsökologischer Regionalisierungsverfahren im terrestrischen und marinen stoffbezogenen Umweltmonitoring: Methodenvergleichende Diskussion anhand von Fallbeispielen

Die quantitative Landschaftsökologie beschäftigt sich mit der räumlichen Abgrenzung von Landschaftsstrukturen auf unterschiedlichen räumlichen Skalen sowie mit den dort beobachtbaren Wechselwirkungen zwischen der belebten und unbelebten Umwelt. Obwohl die Landschaftsökologie in ihrem Ursprung eine terrestrisch orientierte Fachdisziplin ist, sollten deren Methoden auch auf den aquatischen Bereich übertragbar sein, denn auch hier existieren in Abhängigkeit der topografischen, hydrografischen und sedimentologischen Voraussetzungen in sich homogene Lebensraumstrukturen, die man als Landschaften auffassen kann. Ein sich entwickelnder Bedarf an geeigneten planerischen Methoden und Konzepten im marinen Umweltmonitoring ergibt sich aus aktuellem Anlass: Am 17. Juni 2008 wurde die Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL) durch Beschluss des Europäischen Parlaments und des Rates in der Europäischen Union eingeführt. Die MSRL zielt auf eine umweltgerechte Bewirtschaftung der Meere ab und strebt die Erlangung eines Guten Umweltzustands in den europäischen Meeren bis 2020 an. Mit der Richtlinie erhöhen sich die Anforderungen an die Planung und Überwachung des Zustands der marinen Gewässer in Europa. Neben einer Anfangsbewertung der Meeresgebiete der Mitgliedsstaaten sowie der darauf aufbauenden Festlegung des Guten Umweltzustands anhand abiotischer und biotischer Merkmale und von Umweltzielen sollen auch Maßnahmen zur Erreichung dieser Ziele umgesetzt werden. Der Erfolg dieser Maßnahmen soll durch eine Überwachung des Zustands der Meeresgebiete begleitet werden. Entsprechende Monitoring-Programme sollen eine laufende Bewertung des Umweltzustands anhand chemisch-physikalischer und biologischer Merkmale zulassen. Im Hinblick auf die Planung landschaftsökologisch repräsentativer, auf die Optimierung von Suffizienz- und Effizienzkriterien ausgerichteter Umweltmessnetze in der deutschen Nordsee widmet sich vorliegende Habilitationsschrift der Überprüfung der Übertragbarkeit zweier Methoden der quantitativen Landschaftsökologie in den marinen Raum am Beispiel der deutschen Nordsee. Neben der datenbasierten Ableitung landschaftsökologischer Raumgliederungen für den erweiterten Bereich der deutschen Nordsee mittels statistischer Methoden steht dabei die für die Erfassung des Landschaftshaushalts landschaftsökologisch repräsentative Planung stoffbezogener Umweltmessnetze im Mittelpunkt.Quantitative landscape ecology is concerned with the regional classification of landscape structures on various spatial scales, including the here observed interactions between the biological and abiotic environment. Despite the fact that landscape ecology has originally been a terrestrial research field, its methods should be applicable to the aquatic environment. Depending on the prevailing topographical, hydrographical, and sedimentological conditions, homogeneous benthic habitat structures, which we may be referred to as landscapes, do exist here as well. A developing demand for adequate planning methods and concepts in the field of marine environmental monitoring ensues in the light of current events. On July 17, 2008 the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) was introduced by a resolution of the European Parliament and the Council of the European Union. The MSFD is targeted on an environmentally sound management of European oceans and aims at achieving a Good Environmental Status (GES) for European marine waters by the year 2020. The directive increases marine planning requirements with respect to monitoring the condition of marine waters in Europe. Apart from an initial assessment of the marine areas of the member states and the ensuing determination of the GES with regard to biotic and abiotic characteristics, as well as the definition of environmental objectives, adequate measures to reach these goals shall also be implemented. The success of these measures is to be accompanied by monitoring activities with regard to the chemical, physical and biological parameters of the marine environment. The question of where to monitor is decided for and discussed within the German Marine Monitoring Programme of the federation and the federal states. Taking the extended area of the German North Sea as an example, the habilitation thesis here submitted focuses on verifying the transferability of two application areas of terrestrial quantitative landscape ecology to the marine environment in order to assist the planning of monitoring networks in Germany’s marine waters. Next to the data-based derivation of landscape ecoregionalizations by means of statistical methods, another focus is set on the landscape-ecologically representative planning of substance based environmental monitoring networks.thesi

Modellierung des organismischen Response in Buhnenfeldern der mittleren Elbe-Determinierende Umweltfaktoren des Makrozoobenthos der Elbe

Zur Erstellung eines Habitatmodells für Buhnenfelder der Elbe, das die Abhängigkeiten der Taxa von den wichtigsten Umweltparametern beschreibt wurden: - Benthosproben der Elbteilhabitate entnommen und zeitgleich die Umweltparamter gemessen - Korrelationsanalysen zwischen Taxa und Umweltparamtern durchgeführt. - die wichtigsten die Verteilung des Bentos bestimmenden Umweltparameter identifiziert und eine mathematisches, auf der RDA (redundancy analysis) basierendes Modell erstellt, das die Abundanz des Benthos in Abhängigkeit von den Umweltparametern beschreibt - Die Plausibilität des erstellten Modells wurde mit Literaturvergleichen abgesichert. - Defizite der existierenden Buhnen/Buhnenfelder im Vergleich zu einem potentiellen natürlichen Zustand wurden identifiziert und Charakteristika erarbeitet durch die sich aus ökologischer Sicht optimierte Buhnen/Buhnenfelder auszeichnen sollten. - Nach diesen Gesichtspunkten wurden modifizierte Buhnentypen in das digitale Modell eingeführt. Hydro- und Morphodynamik sowie die daraus resultierende Faunenverteilung wurden modelliert und die Ergebnisse graphisch in einem GIS dargestellt. Die Elbe weist in den Untersuchungsabschnitten eine artenarme Benthozönose auf. Das Weichsubstrat ist in hohen Abundanzen bis 600.000 Individuen/m2 mit Oligochaeten (Wenigborster, Gürtelwürmer) und Chironomiden besiedelt. Die Arten- und Individuenzahlen der übrigen Taxa sind dagegen gering. Das Untersuchungsjahr 1999 zeigt allerdings eine deutliche Zunahme der Gesamt-Abundanz im Vergleich zum Vorjahr (1998) sowie eine Zunahme der Artenzahl. Das Hartsubstrat ist wie das Weichsubstrat nur schwach besiedelt, hier sind Chironomiden (Zuckmücken) das dominierende Taxon. Der empirische Ansatz zur Bestimmung der Abhängigkeiten von Fauna und Umwelt erforderte die Aufnahme zahlreicher Umweltparameter, welche auf signifikante Korrelation getestet wurden. Es ergaben sich auf hohem Signifikanzniveau Korrelationen zwischen den Taxa des Weichsubstrats und den modellierten Parameter Strömungsgeschwindigkeit und mittlerer Korndurchmesser und Zeit (Jahreszeit). Das Antwortverhalten einzelner Spezies (u.a. Limnodrilus hoffmeisteri, Propappus volki und Robackia demeijerei) erwies sich als besonders ausgeprägt und konnte auf diese Faktoren zurückgeführt werden. Die Aussagen sind auf hohem Signifikanzniveau abgesichert und werden durch Literaturangaben bestätigt. Für die Biozönose des Hartsubstrats wurden dagegen weniger signifikante Zusammenhänge ermittelt. Keine Zusammenhänge konnten zwischen den physikalischen Parametern, welche durch Absaugen des Interstitialwassers gewonnen wurden und der Weichsubstratbiozönose ermittelt werden. Mögliche Gründe für diesen Befund werden diskutiert. Die Ergebnisse der Modellerstellung sowie die vom Projektteil ?Wasserbau" gestellten abiotischen Daten wurden in die erarbeitete zentrale Projektdatenbank integriert. Die Projektdatenbank. diente als Schnittstelle und Steuerungsinstrument für die Modellierung und Szenarien-Berechnung der Taxa. Die Visualisierung der Modellierungsergebnisse mittels Arcview, welche eine einfache benutzergesteuerte Möglichkeit der Darstellung und Analyse der Daten bietet, wurde erarbeitet. Auf diese Weise wurde ein Werkzeug geschaffen, um Veränderungen der Fauna, als Folge geänderter hydraulischer und morphologischer Randbedingungen der Elbe zu prognostizieren. Ein Forderungskatalog für aus ökologischer Sicht optimierte Buhnenfelder, welche Funktionen übernehmen sollten die früher der Hauptstrom innehatte, wurde erarbeitet. Modifizierte Buhnen die die die Bedingungen im Buhnenfeld nach den gewünschten Kriterien verändern könnten, wurden erarbeitet und in das digitale Modell eingesetzt. Die morpho- und hydrodynamischen Bedingungen wurden vom Projektpartner modelliert und die Auswirkung auf die Biozönose exemplarisch anhand zweier Spezies und drei Buhnenfeldern dargestellt. Es konnten Buhnenvarianten erarbeitet und getestet werden, welche eine größere Habitatdiversität bewirkten, welche sich in einer größeren Fleckenhaftigkeit der Besiedlung durch die getesteten Spezies widerspiegelte. Es zeigte sich aber, dass jeder Flussabschnitt individuell getestet werden muss, da die hydro- und morphodynamischen Bedingungen nur bedingt vergleichbar sind, die für die Buhnenfelder getroffenen Annahmen daher nur bedingt zutrafen. Die vorgestellte Modellierung ermöglicht den Entscheidungsträgern den Test verschiedener Varianten der Umgestaltung des Stroms, die die Belange von Ökologie und Ökonomie in unterschiedlicher Wichtung beinhalten können. Wünschenswert wäre eine Umgestaltung der semiterrestrischen Flächen und damit insbesondere der Buhnenfelder, aber auch von Aue und Strom selbst, in einer dem Strom typischeren Art und Weise. Eine nachhaltige Gestaltung sollte sich weniger dem unmittelbaren wirtschaftlichen Nutzens unterordnen, hätte aber neben dem ästhetischen und ökologischen Nutzen auch handfeste ökonomische Vorteile, da ein Fluss dessen Bett die potentiell natürliche Profilgestalt besitzt, wasserbauliche Maßnahmen kaum benötigt (BOHLE & ENGEL-METHFESSEL 1993). BOHLE & ENGEL-METHFESSEL schrieben schon 1993, dass zu wünschen wäre, ?dass die Funktion der Flüsse im Naturhaushalt stärker berücksichtigt würde, zumal die Folgeschäden einer nur technisch orientierten Bewirtschaftung zu permanenten, auch ökonomischen Belastungen werden?. Dies ist unter dem Eindruck der Flutkatastrophen an Elbe und Oder mit ihren negativen Folgen für Ökonomie und die betroffenen Menschen umso aktueller

Flächennutzungsmonitoring [I]: Konzepte - Indikatoren - Statistik

Grundlage des Buches sind die Beiträge des 1. Dresdner Flächennutzungssymposiums. Dieses ist der Auftakt für eine zukünftig jährlich stattfindende Fachtagung, die Wissenschaft und Praxis zu Fragen der Erhebung, Entwicklung und Prognose der Flächennutzungsentwicklung zusammenführt. Das 1. Buch der beginnenden Reihe „Flächennutzungsmonitoring“ informiert über die amtliche Flächenstatistik einschließlich deren Datengrundlage und alternativer Datengrundlagen für die Flächenerhebung. In diesem Zusammenhang werden auch Indikatoren zur Beschreibung der Flächeninanspruchnahme und der Freiraumentwicklung vorgestellt. Da es hier auch immer wieder um Fragen der Visualisierung geht, werden Verfahren zur kleinräumigen Darstellung von Zustand und Entwicklung von Indikatoren auf verschiedenen räumlichen Ebenen bis hin zu Rasterkarten erläutert. Im abschließenden Beitrag geht es um die Konzeption eines Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung auf Grundlage von geotopographischen Basisdaten