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Landschaftsmaße Konzepte und Arten von Landschaftsmaßen mit Anwendungen aus Landschaftsökologie und Stadtgeographie Thema: Referent: Iris Sossna Seminar:

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Präsentation zum Thema: "Landschaftsmaße Konzepte und Arten von Landschaftsmaßen mit Anwendungen aus Landschaftsökologie und Stadtgeographie Thema: Referent: Iris Sossna Seminar:"—  Präsentation transkript:

1 Landschaftsmaße Konzepte und Arten von Landschaftsmaßen mit Anwendungen aus Landschaftsökologie und Stadtgeographie Thema: Referent: Iris Sossna Seminar: Analyse und Modellierung räumlicher Daten

2 1 Landschaftsökologie 2 Grundlagen und Konzepte der quantitativen Landschaftsökologie 2.1 Quantifizierung der Landschaftsstruktur 2.2 Fernerkundungsdaten als Datengrundlage 2.3 Bezugsräume der Landschaftsanalyse 2.4 Landschaftsmaße 2.5 Interpretation und Grenzen der Landschaftsmaße 2.6 Anwendungsbeispiel aus Stadtgeographie 3 Schlussbetrachtung Gliederung

3 Landschaftsökologie, erstmals 1939 durch Troll benannt beschäftigt sich mit dem gesamten in einem bestimmten Landschaftsausschnitt herrschenden komplexen Wirkungsgefüge (...) zwischen den Lebensgemeinschaften (Biozönosen) und ihren Umweltbedingungen (Bastian 2001:41) seit 80er Jahren neuer Ansatz: quantitative Landschaftsökologie Betrachtung der räumliche Landschaftsstruktur und deren quantitative Erfassung Notwendigkeit Landschaft unterliegt ständigem Wandel Zerstörung natürlicher Habitate und Rückgang der Artenvielfalt Dokumentation des Zustandes und der Veränderungen von Landschaften 1 Landschaftsökologie

4 Landschaft, als Mosaik zu verstehen zusammengesetzt aus vielen kleinen Einheiten, s.g. Patches Patches - relative homogene Einheiten, repräsentieren Landschaftsbedeckungseinheit Anordnung der Patches ergibt eine spezifische räumliche Heterogenität 2 Grundlagen und Konzepte der quantitativen Landschaftsökologie A A B B C C Landschaft: Klasse (1,2): Patches (A,B,C) Abb.1: Die räumlichen Einheiten: Patch, Klasse, Gesamtlandschaft (Quelle: Lausch & Thulke 2001:117, verändert) 3 Landschaftsebenen Patch Klasse: Gesamtheit aller Patches gleichen Typs Landschaft: Summe aller Klassen

5 Abb.2: Grundcharakteristika der Landschaft sowie ihre Erfassung mit Hilfe von Landschaftsstrukturmaßen (Quelle: Lausch & Menz 1999:188) 2 Grundlagen und Konzepte der quantitativen Landschaftsökologie

6 LSM - beschreiben Struktur der Landschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt Grundeinheit der Analysen ist kleinste abzugrenzende Einheit, Patch Datengrundlage Fernerkundungsdaten, thematische Karten repräsentieren Landschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt quantitative Erfassung der räumliche Strukturen für zahlreiche Wissenschaften von Interesse LSM finden daher in ganz verschiedenen Fachgebieten Anwendung 2.1 Quantifizierung der Landschaftsstruktur

7 Landschafts - maße Unterstützung von Klassifikations- algorimus Landschaftsmonitoring Biotopdiversität Landschaftsdiverstität Landschaftsbewertung Natürlichkeit Zerschneidung Landschaftsfunktion Erholungsfunktion Erosion Nachhaltige Landnutzung Stoffeinträge in Fließgewässer Populations- ökologie Isolation Flächenbedarf Korridore Habitate Abb.3: Anwendungsgebiete von Landschaftsstrukturmaßen (Quelle: Lausch & Menz 1999:187, verändert)

8 Anwendungsbeispiel der LSM in der Rhön, von Sambale 2004 Thema: Analyse der Landschaftsstrukturveränderung im Biosphärenreservat Rhön mittels Fernerkundung und GIS Fragestellung: - Welche Veränderungen der Landbedeckungen haben seit 1984 im Biosphärenreservat Rhön stattgefunden? - Können regionale Unterschiede des Landschaftsmusters im Biosphärenreservat Rhön mit Hilfe von LSM aus klassifizierten Landsat- TM-Daten beschrieben werden? - Sind die LSM geeignet, die zeitlichen Veränderungen der Landschaft im Biosphärenreservat nachzuvollziehen? 2.1 Quantifizierung der Landschaftsstruktur

9 Abb.4: Lage der Rhön in Deutschland (Quelle: Diercke Weltatlas 2002:20, verändert)

10 liegt im Grenzbereich Bayern, Hessen und Thüringen vielfältiges Landschaftsbild - flachwellige Hochplateaus, - Talauen und - markante Bergkuppen Region, gekennzeichnet als eine traditionelle Kulturlandschaft früher vorwiegend extensive Grünland- und Ackerbewirtschaftung heute vielfältiges Landschaftsmuster: Wald, Acker- und Mischgebiete, Grünland, Gewässer und Hochmoore, Siedlung und Gewerbe sowie sonstige Nutzung ländlicher Raum 2.1 Quantifizierung der Landschaftsstruktur

11 Fernerkundungsdaten liefern großflächige und regelmäßige Landbedeckungsinformationen Maßstab und Qualität der Daten beeinflussen Ausprägung und Interpretierbarkeit der LSM Heterogenität eine Funktion des Maßstabs: räumlicher und zeitlicher Maßstab bestimmen räumliche und zeitliche Variation von Landschaften - räumlicher Maßstab bezieht sich auf kleinste kartierte Einheit oder Pixel - zeitliche Maßstab bezieht sich auf das Zeitintervall, von dem die Daten vorliegen Charakterisierung des Maßstabs bestimmt durch: Auflösung der Daten (grain) Größe der untersuchten Landschaft (extent) 2.2 Fernerkundungsdaten als Datengrundlage

12 Thematische Genauigkeit bestimmt durch spektrale Auflösung: Differenzierung der nötigen Patchtypenklassen Einfluss auf LSM der Landschaftsvielfalt Geometrische Genauigkeit bestimmt den Grad der Detailwiedergabe: Strukturen der Landschaft Vergröberung der Rasterdaten führt erst dann zum Informationsverlust, wenn damit eine deutliche Änderung für die LSM einher geht Verlust von Strukturinformationen, Aggregation von Patches Abgrenzung von Landschaftsobjekten selten scharfe Grenzen in Landschaft Grenzziehung sehr subjektiv erhebliche Flächendifferenzen können auftreten 2.2 Fernerkundungsdaten als Datengrundlage

13 Abb.5: Arbeitsablauf in Bildverarbeitung (Quelle: Sambale 2004:40, verändert) Klassenzusammensetzung für Betrachtung der Veränderungs- und Strukturanalysen Bebauung, Acker, Wald, Grünland, Wasser und sonstige Flächen

14 2.3 Bezugsräume der Landschaftsanalyse LSM werden in Bezug auf bestimmten Raumausschnitt berechnet Abgrenzung und räumliche Untergliederung des Untersuchungsraumes in Teileinheiten sind anwendungsspezifisch beeinflusst Ergebnisse und sinnvolle Auswertung der LSM Bezugsraum: naturräumliche Einheiten Abgrenzung gekoppelt an natürliche Prozessgefüge, wie Wassereinzugsgebiet Bezugsraum: administrative Grenzen repräsentieren Planungs- und Verwaltungseinheiten, wie Kreis oder Gemeinden naturräumliche Ausstattung bleibt unberücksichtigt

15 2.3 Bezugsräume der Landschaftsanalyse Bezugsraum Abb.7: Verwendete räumliche Bezugseinheiten für die Berechnung der Landschaftsstrukturmaße im Biosphärenreservat Rhön (Quelle: Sambale 2004:64) Abb.6: Flurstückgrößen in Hessen und Thüringen, Ausschnitt der Vorder- und Kuppenrhön im ehemaligen Grenzgebiet (Landsat ETM 7, , Kanalkombination: 4-5-3) (Quelle: Sambale 2004:36)

16 2 mögliche Kategorien der LSM Zusammensetzung: berücksichtigt nicht - den räumlichen Charakter - die Lage von Patches im Mosaik erfasst Vielfalt der Nutzungsarten einer Landschaft Anordnung: bezieht in die Berechnung- räumlichen Charakter - Anordnung - Position der einzelnen Nutzungseinheiten mit ein erfasst räumliche Beziehung innerhalb einer Menge von verschiedenen Patches Berechnung der LSM: Bsp. Freeware-Programm Fragstats, Patchanalyst 2.4 Landschaftsmaße

17 Tab.1: Verwendete Landschaftsstruktur-maße (Quelle: Sambale 2004:65) KürzelNameEinheit Werte­ bereich Verfügbar für KlasseLandschaft ZusammensetzungZusammensetzung Fläche %LANDPercentage of Landscape %0-100x Patchcharakteristik MPSMean Patch Sizeha> 0xx MPS_SDMPS Standard Deviation ha> 0xx PDPatch DensityAnz./100 ha > 0xx Diversität SIDISimpsons Diversity Index -0-1x K o n f i g u r a ti o n Kanten EDEdge Densitym/ha> 1xx Formkomplexität DLFDDouble Log Fractal Dimension -1-2xx LSILandscape Shape Index -> 1xx Distanz & Isolation MPIMean Proximity Index -> 1 xx

18 Patchmaße beschreibt Landschaftszusammensetzung - Anzahl, - Größe oder - Dichte einzelner Elemente einer Klasse Trends über Nutzungsmuster ablesen - räumliche Heterogenität vom Landschaftsmosaik - Fragmentierung der Landschaft Beispiel: Patchdichte (Patch Density, PD) Anzahl der Einzelflächen, in die eine Nutzungs- bzw. Bedeckungsklasse aufgeteilt ist räumliche Verteilung einer Klasse 2.4 Landschaftsmaße Abb.8: PD (Quelle: Eiden o.J.:o.S)

19 Flächenmaße beschreibt Landschaftszusammensetzung - Klassen- und Gesamtfläche - Klassenanteil in Gesamtfläche - größter Flächenanteil - größte Einzelfläche Bedeutung für Bestimmung der - Artenvielfalt - Artenverteilung im Landschaftsmuster Beispiel: prozentuale Flächenanteil (%LAND) prozentuale Flächenanteil berechnet den Anteil der einzelnen Klassen, den sie an der Gesamtlandschaft einnehmen 2.4 Landschaftsmaße

20 Kantenmaße Anordnung der Landschaftsstruktur beschreiben die Grenzen der Patches - Länge - Dichte Erfassung der Vielfalt ökologischer Phänomene viele ökologische Prozesse gehen über die Grenzen der Patches hinaus oder werden direkt von ihnen beeinflusst 2.4 Landschaftsmaße

21 Beispiel: Kantendichte (Edge Density, ED) Vergleich von strukturreichen Landschaften und ausgeräumten Agrarregionen Art der Verteilung von Landnutzungen 2.4 Landschaftsmaße Abb.9: ED (Quelle: Eiden o.J.:o.S)

22 Formmaße Beschreibung der Formkomplexität der Patches (Anordnung) - Formindex - fraktale Dimension (Verhältnis von Umfang zur Fläche) Form entscheidenden Einfluss - auf die Ausbreitung von Arten und - die Stabilität von Artengemeinschaften gibt Hinweis auf den Grad des anthropogenen Einflusses vom Menschen gestaltete Landschaften weisen generell einfachere Formen als natürliche Ökosysteme 2.4 Landschaftsmaße

23 Beispiel: Landscape Shape Index (LSI) vergleicht den Umfang einer Fläche mit dem Umfang einer Standardform gleicher Größe gibt Grad der Unregelmäßigkeit der Gestalt wider je höher der Index, desto größer die Kantenlänge der betreffenden Klasse und umso unregelmäßiger ist ihre Form bestimmt z.B. das Vorkommen, Menge und Wanderungsprozesse von Spezies 2.4 Landschaftsmaße

24 Kernflächenmaße im Patch wird ein Randpuffer fragenspezifische festgelegt Randpuffer ist die Distanz, bei welchem der Kern oder das innere eines Patches durch den Rand des Patches unbeeinflusst bleibt Distanz kann fest sein oder variiert mit jeden Randtyp Kernzone, entspricht der Fläche nach Abzug des Pufferbereichs Kernflächmaße: Kernfläche, Anzahl und Anteil der Kernflächen Kernfläche fasst die Patchgröße, Form und den Randeffektdistanz zu einem einzelnen Maß zusammen 2.4 Landschaftsmaße Abb.10: Kernfläche (Quelle: Blaschke 1999:15)

25 Distanzmaße beschreibt die Verteilung von Patches (gleichverteilt oder gehäuft) Lagebeziehung durch Nachbarschaftsmaße charakterisiert Nearest-neightbour Distanz: Distanz zwischen Patches gleichen Typs Anwendung: Betrachtung von Wanderungsprozessen, Populationsdynamik (Isolation und Fragmentierung von Patches) Connectivity: beschreibt funktionale Verbindung zwischen Patches verbundene Patches durch Vögel andere Ausprägung als die von Salamandern Kontrast: bezieht sich auf die relativen Unterschiede von Patches unterschiedliche Kontrastkante zwischen unterschiedlich alten Waldbeständen oder zwischen Wald und offenem Feld 2.4 Landschaftsmaße

26 Diversitätsmaße Evennes Vorkommen von verschiedenen Patchtypen (relative Dominanz einer Klasse) Richness Anzahl der Klassen, welche im Untersuchungsgebiet vorkommen Maße - Shannon und Simpson Diversitätsindex - Anzahl und Dichte der Patches - Shannon und Simpson Evennesindex 2.4 Landschaftsmaße Abb.11: (Quelle: Eiden o.J.:o.S)

27 Beispiel: Shannon Diversity Index (SHDI) m – Anzahl der Patchtypen Pi – Verhältnis von Flächenbedeckung und Patchtyp Null bedeutet keine Diversität hohe Werte signalisieren eine große Variabilität an Bedeckungsklassen und eine zunehmend gleichmäßige Verteilung dieser im Raum 2.4 Landschaftsmaße Abb.12: SHDI, Variation der Flächenanteile (Quelle: Eiden o.J.:o.S) Abb.13: SHDI, Variation von Klassenanzahl (Quelle: Eiden o.J.:o.S) SHDI =

28 Contagion- und Interspersionmaße Contagionmaße gibt Auskunft über Verteilung von Patches im Untersuchungsgebiet Beispiel: Contagionindex (Klumpung) Interspersionmaß beschreibt die Vermischung von Patches unterschiedlichen Typs und bezieht sich dabei allein auf die Patchnachbarn Beispiel: Streuungsindex 2.4 Landschaftsmaße

29 Beispiel: Contagion Index (CON) Wahrscheinlichkeit für die Nachbarschaft eines Pixels der Klasse i mit einem Pixel der Klasse j (Pij) gibt den Grad der Aggregierung, der im Bild vorhandenen Patches Maß für die Zergliederung bzw. Fragmentierung der Landoberfläche - kleine Werte (min. 0), bei kleinen isolierten Patches - höhere Werte (max.1), bei ausgedehnten homogenen Flächen 2.4 Landschaftsmaße CON =

30 Auswahl der richtigen LSM, da kein Standardset Anwendung abhängig von Objekten und Charakter der Landschaft sowie Fragestellung Verständnis der Maße, bei Veränderung der Landschaft ausreichend Kenntnisse über zu analysierendes Gebiet Interpretation der LSM abhängig von: Rasterauflösung und Maßstab Anzahl der Klassen Genauigkeit der Daten keine Richtlinien von LSM Vergleichbarkeit von LSM zwischen unterschiedlichen Untersuchungsgebieten eingeschränkt 2.5 Interpretation und Grenzen von Landschaftsmaße

31 GrünlandAcker Abb.14: Entwicklung von Mittlerer Patchdichte (PD) für Acker und Grünland bezogen auf die Bundesländer (Quelle: Sambale 2004: ) Interpretation Grünlandflächen schließen sich verstärkt zusammen Acker werden fragmentierter: Variabilität steigt

32 2.5 Interpretation und Grenzen von Landschaftsmaße Ergebnisse der Analyse Landschaftsveränderung kann mit Hilfe von LSM quantifiziert werden administrative Grenzen als Bezugsraum besser für Analyse geeignet historisch entstandene, regional differenzierte Landschaftsmuster im Biosphärenreservat mit LSM erfassbar keine starken Änderungen im Landschaftsmuster von 1984 bis 1990 zwischen 1990 und 2001 deutliche Veränderungen im Landschaftsmuster Ackerflächen abnehmend, aufgrund von Stilllegungen Gründlandanteil zunehmend

33 2.6 Anwendungsbeispiel aus Stadtgeographie Beispiel aus Stadtgeographie quantitativen Beschreibung der innerstädtischen Struktur Abb.15: Landbedeckung, bebaut (schwarz) und vegetationsbedeckt (weiß) (Quelle: Herold & Menz 2001:386) Abb.16: LSM (Quelle: Herold & Menz 2001:386)

34 Einsatz von LSM möglich und sinnvoll Forschungsbedarf befindet sich noch in Grundlagenforschung Interpretation Grenzen gesetzt Notwendigkeit der Erforschung moderner Natur- und Landschaftsschutz Hilfsmittel auf vielen Bereichen bisher mehr theoretischer Ansatz Eintritt in Praxis ausgeblieben 3 Schlussbetrachtung

35 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!


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