Projekt:FE Auswerteverfahren 1/Schnee/Schnee in Waeldern

Teilprojekt Schnee

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Beeinflussung der Schneedecke durch Wälder

Vikhamar fasst die Einflüsse von Wäldern auf die Schneedecke zusammen. Insgesamt ist festzustellen, dass das Vorhandensein von Wald ausgleichend auf die Entwicklung der Schneedecke wirkt. Die am Boden wirksame Nettostrahlung ist geringer. Ebenso wird die Windgeschwindigkeit aufgrund der Rauhigkeit der Vegetation reduziert. Damit wird die Schneeschmelze an sich verlangsamt. Prozesse wie die Umverlagerung von Schnee sind in nur viel geringerem Ausmaß wirksam, während sie im offenen Feld eine dominante Rolle spielen. Weiter wirkt natürlich die Interzeption, die zur Entstehung kreisförmiger, schneefreier Flächen unter Nadelbäumen führt, unter entlaubten Bäumen ist dagegen die Bildung von Schneekegeln um den Stamm herum zu beobachten (Vikhamar (2002)).

Strahlungseigenschaften schneebedeckter Wälder

Die am Satellit registrierte Strahlung hängt über Wäldern von mehreren Einflussfaktoren ab. Diese wurden von mehreren Autoren untersucht und von Vikhamar zusammengefasst. Als wesentlichste Einflussgrößen sind zu nennen:

• Schneebedeckung
• Bäume
• Reflexion durch niedrige Vegetation, Felsen, Böden
• Schattenwurf
• Reflexionsanisotropie

Schnee

Aufgrund seiner charakteristischen Eigenschaften, beeinflusst Schnee insbesondere das Reflexionsverhalten jeder Oberfläche, die mit einer Schneedecke überzogen ist. Schnee ist, im Gegensatz zur Vegetation, ein ausgeprägter Vorwärtsstreuer. Im sichtbaren Bereich weist Schnee im Idealfall extrem hohe Reflexionsgrade bis über 95% auf. Im nahen Inrarot ist dagegen eine extreme Verringerung des Reflexionsvermögens zu verzeichnen. Der Effekt wurde von Dozier (Dozier (1989)) ausgiebig untersucht. Der Autor beschreibt zudem auch die Beziehung zwischen Reflexionsvermögen und Größe der Eiskristalle. Mit zunehmender Korngröße sinkt demnach das Reflexionsvermögen insbesondere im nahen und Infrarot. Das Reflexionsvermögen der Schneedecke ist dazu hochgradig variabel. Es ist typischerweise bei Neuschnee am größten. Dagegen lässt der Anstieg des Flüssigwassergehalts bei der Alterung der Schneedecke oder bei Regen vor allem das Reflexionsvermögen im nahen und mittleren Infrarot stark absinken. Das Wasser verfüllt die Poren in der Schneedecke und vergrößert so die effektive Korngröße. Einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf das Reflexionsvermögen der Schneedecke haben insbesondere im Wald auch organische und anorganische Ablagerungen. Der Effekt wurde von Warren und Wiscombe (Warren & Wiscombe (1980)) beschrieben.

Vegetation

Auch die Vegetation selbst beeinflusst natürlich die Strahlungseigenschaften der Wälder. Mehrfachreflexion und Absorption in den Baumkronen führen vor allem bei Nadelwäldern zu äußerst niedrigen Reflexionsgraden im sichtbaren Bereich. Die Prozesse werden auf unterschiedlichen Skalen wirksam. Die Abhängigkeit wurde von Williams (Williams (1991)) untersucht. Dieser stellte fest, dass das Reflexionsvermögen, ausgedrückt durch die Albedo, von Wäldern kleiner ist, als das von Baumkronen, welches wiederum kleiner ist als jenes einzelner Nadeln. Entlaubte Bäume beeinflussen das Strahlungsregime des Waldes in erster Linie durch die eher geringe Reflexion der Äste und durch Schattenwurf, sowohl auf die Schneedecke, als auch auf andere Bäume. Prinzipiell ist das Reflexionsvermögen sowohl der höheren, als auch der niederen Vegetation saisonabhängig, jedoch kann davon ausgegangen werden, dass die Veränderungen im Winter und Frühjahr zum Erliegen kommen, bis mit Beginn der Wachstumsperiode starke Änderungen im Rot und im Nahen Infrarot auftreten.

Reflexionsanisotropie

Die Reflexion aller natürlichen Oberflächen ist richtungsabhängig, das heißt sie ändert sich mit den Positionen der Strahlungsquelle Sonne und des Sensors am Satellit relativ zum untersuchten Objekt. Diese Richtungsabhängigkeit wird auch als Reflexionsanisotropie bezeichnet. Ursachen dafür sind z.B. richtungsabhängige Streueigenschaften von Kristallen, Veränderungen des Anteils beschatteter Oberfläche in Wäldern in Abhängigkeit vom Sonnenstand oder die Ausrichtung reflektierender Körper in eine bestimmte Richtung. Einen Einstieg in das Thema gibt Roujean (Roujean (1992)). In schneebedeckten Wäldern werden die Unterschiede zwischen Schnee und Vegetation durch die Reflexionsanisotropie betont. Schnee ist gekennzeichnet durch ausgeprägte Vorwärtsstreuung, während Waldflächen betont in Richtung der Strahlungsquelle zurückstreuen (Vikhamar (2002)).

Literatur

1. Dozier, 1989 - Spectral signature of alpine snow cover from the Landsat Thematic Mapper, Remote Sensing of Environment, 28, 9-22
2. Roujean et al., 1992 - A bidirectional reflectance model of the Earth's surface for the correction of remote sensing data, Journal of Geophysical Research, 97D, 20455-20468, 1992
3. Vikhamar et al., 2002 - Subpixel mapping of snow cover in forests by optical remote sensing, Remote Sensing of Environment 84, 69-82, 2002
4. Warren & Wiscombe, 1980 - A model for the spectral albedo of snow: II. Snow containing atmospheric aerosols, Journal of Atmospheric Sciences, 37, 2734-2745