Erik Haß

Einfluss des Aufnahmezeitpunkts auf die Ableitung phänologischer Parameter aus EVI-Zeitreihen

Die Basis für die Bildung von Zeitreihen aus Vegetationsindizes bilden Komposite,
welche einen repräsentativen VI-Wert innerhalb eines vorgegebenen Beobachtungsintervalls
für den finalen Datensatz auswählen. Aufgrund einer wechselnden Bewölkungssituation,
einer sich ändernden Aufnahmegeometrie und alternierenden atmosphärischen
Effekten sind mehrere Beobachtungen nötig, um über den Einsatz von Komposit-Algorithmen die beste Beobachtung auszuwählen. Dabei werden üblicherweise
Zeitspannen von etwa ein bis zwei Wochen abgedeckt oder monatliche Komposite
erstellt. Die Information des Aufnahmezeitpunktes bleibt jedoch erhalten undist den MODIS-Vegetationsindex-Produkten seit der MODIS-Collection 5 (2007) als zusätzlicher Rasterdatensatz beigefügt. Dennoch wird, obwohl sich Autoren der dadurch erzeugten Unsicherheit bewusst sind, typischerweise nicht der reale Aufnahmezeitpunkt sondern lediglich der Komposittermin für die Ableitung phänologischer Parameter verwendet.

Ein Grund für die Vernachlässigung dieser Information ist die Inkompatibiltät einiger Analysemethoden, die auf äquidistante Daten angewiesen sind. Die von Mader (2012) entwickelte Methode zur Ableitung phänologischer Parameter basiert auf polynomischen Spline-Modellen, welche es erlauben die Information des  Aufnahmezeitpunktes ohne eine Vorprozessierung der Inputdaten zu verarbeiten. Unter Verwendung dieser Methode wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Einfluss des Aufnahmezeitpunktes auf die Ableitung phänologischer Parameter in der von intensiver Landwirtschaft geprägten Aksu-Oase in Nordwestchina untersucht. Dazu wurde ein Datensatz phänologischer Parameter aus einer als gleichabständig betrachteten EVI-Zeitreihe auf Basis des MODIS-Kompositintervalls erzeugt und mit einem Datensatz verglichen, der den Aufnahmezeitpunkt berücksichtigt. Dafür wurde die Information des Aufnahmezeitpunktes des Day-of-Composite-Rasters des MOD13Q1-Produkts genutzt. Die Parametrisierung der Modelle wurde bis auf die Verwendung der Information des Aufnahmezeitpunktes gleich gehalten, um Unterschiede in den Ergebnissen dem Einfluss des Aufnahmezeitpunktes zuordnen zu können.

Die Annahme, dass sich die Gruppen der phänologischen Lageparameter in den Ergebnissen beider Modelle unterscheiden, konnte über die ausgewerteten Datensätze bestätigt werden. Durchgehend wurden sich signifikant unterscheidende Lageparameter für die gesamte Zeitreihe bestimmt. Die Größenordnung der Unterschiede liegt dabei für das Untersuchungsgebiet durchschnittlich zwischen 7 bis 14 Tagen. Der Wertebereich variiert innerhalb der Zeitreihe ohne die Berücksichtigung von Ausreißern zwischen 2 bis zu 20 Tagen. Für das Untersuchungsgebiet konnten Abweichungen in einzelnen Jahren räumlichen Strukturen zugeordnet werden. Landwirtschaftlich genutzte Flächen zeigen homogene Unterschiede. Für Gebiete mit heterogener Vegetationszusammensetzung konnte dieser Effekt nicht festgestellt werden. Über die gesamte Zeitreihe treten für diese Gebiete keine räumlichen Muster auf. Die modellierten EVI-Werte zum Zeitpunkt maximaler Vegetationsentwicklung und die Amplitude unterschieden sich als einzige Parameter für kein Jahr der Zeitreihe. Diese Werte werden vordringlich durch die Eingangsdaten der EVI-Zeitreihe vorgegeben und folglich nicht unterschiedlich modelliert. Die der Lageparameter zugehörigen modellierten EVI-Werte zeigen auch Abweichungen. Die EVI-Werte der die Minima bestimmenden Parameter variieren in einzelnen Jahren der Zeitreihe. In jenen Jahren können auch Parameter, welche die Integrale beschreiben, Differenzen aufweisen.

Insgesamt konnten für das Untersuchungsgebiet der Aksu-Oase bedeutende Abweichungen zwischen den Modellergebnissen festgestellt werden. Das Untersuchungsgebiet repräsentiert eine landwirtschaftlich geprägte Region, die maßgeblich von künstlicher Bewässerung abhängig ist. Ziel weiterer Forschung ist es nun Vergleiche zwischen Ergebnissen mit und ohne Verwendung des Aufnahmezeitpunktes für andere Untersuchungsgebiete mit variierenden Vegetationszusammensetzungen und in unterschiedlichen geographischen Lagen durchzuführen. Entstehende Ergebnisse könnten Argumente für die Verwendung des Aufnahmezeitpunkts liefern.