Erarbeitung der Grundlagen für rasche Hinweiskarten nach Sturmereignissen

Nach einem grösseren Sturmereignis ermöglicht die satellitengestützte Fernerkundung, rasch einen ersten Überblick über die Schäden im Wald zu bekommen. Auf optischen Satellitendaten basierende Verfahren haben den Vorteil, dass sie sehr intuitiv sind und die Daten sehr einfach zu interpretieren sind. Der Nachteil ist, dass bei Bewölkung keine Aufnahmen der Erdoberfläche gemacht werden können. So waren beispielsweise nach „Burglind“ (2. und 3. Januar 2018) drei Monate lang keine gut beleuchtete und wolkenfreie optische Sentinel-2 Aufnahmen von gewissen Gebieten verfügbar. Das hier vorgestellte Verfahren basiert auf Sentinel-1 Radar-Daten, welche unabhängig von der Bewölkung aufgenommen werden.

Zeitbedarf für eine Auswertung nach einem Sturmereignis

Die Genauigkeit des Verfahrens zur Erstellung von Hinweiskarten für Sturmschäden ist abhängig von der Anzahl verarbeiteter Sentinel-1-Aufnahmen. Mit 3 Aufnahmen ist eine erste Übersicht bereits möglich: Hinweise zu Flächenschäden mit einer Mindestgrösse von 0.5 ha können dann mit einer Genauigkeit von 65% bestimmt werden. Eine längere Wartezeit auf 7 Aufnahmen steigert die Genauigkeit auf 75%. Diese Genauigkeitsangaben gelten vorerst für flache Gebiete, da das Verfahren in topographisch komplexeren Gebieten wegen ungenügender Referenzdaten nicht validiert werden konnte. Je nach Region dauert es unterschiedlich lange, bis die benötigte Anzahl von Aufnahmen erreicht ist, da die Aufnahmefrequenz von Sentinel-1 nicht überall gleich ist (siehe beispielsweise für die Schweiz in Abb. 1).

Methode

Das Verfahren zur Generierung von Hinweisen für Flächenschäden basiert auf Unterschieden in der Radar-Rückstreuung vor und nach dem Sturmereignis. Nach dem Sturm zeigen von Windwurf betroffene Waldflächen eine erhöhte Rückstreuung. Einige Einflussfaktoren auf die Radar-Rückstreuung wurden untersucht. Drei Faktoren hatten dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Güte des Verfahrens: die Vegetationshöhe, der Gehalt von flüssigem Wasser innerhalb der Schneedecke und die Topographie.

• Erst ab einer Vegetationshöhe von 15 m sind zuverlässige Unterschiede in der Radar-Rückstreuung zwischen intaktem Wald und Windwürfen auszumachen. Damit können relevante Bestände abgedeckt werden.
• Flüssiges Wasser innerhalb der liegenden Schneedecke beeinflusst die Radar-Rückstreuung so stark, dass es die Anwendung des Verfahrens in Gebieten mit Nassschnee verunmöglichte.
• Radar-Sensoren messen aus aufnahmegeometrischen Gründen die Rückstreuung in Gebieten mit steiler Hanglage (> 60°) nicht verlässlich.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde das Verfahren entwickelt. Es werden Hinweise für Sturmschäden in Bestockungen ab 15 m ausgewiesen. Im Fall „Burglind“ waren grosse Teile der Voralpen von Nassschnee betroffen, daher wurden diese Gebiete von der Auswertung ausgeschlossen. In Zukunft sollte dieser Einfluss speziell untersucht werden, um entsprechende Anpassungen im Verfahren vorzunehmen, sodass die Generierung von Hinweisen für Sturmschäden auch in diesen Gebieten möglich ist. Die Waldgebiete, aus welchen keine verlässliche Radar-Messungen gemacht werden können, wurden ebenso für das Verfahren ausgeschlossen.

Darstellung und Verbreitung der Resultate

Das Ergebnis des Verfahrens ist eine Hinweiskarte für Sturmschäden. Um mit dem Resultat keine exakte Kartierung zu suggerieren, werden die Hinweise generalisiert als Hektaren-Raster oder als Punkthinweise in Form von Koordinatenpaaren dargestellt. Abb. 2 zeigt ein Beispiel für die Darstellung der Punkthinweise. Ein automatischer Cluster-Algorithmus passt die Darstellung der Punkte entsprechend dem jeweils gewählten Raumausschnitt an.