GSE Forest Monitoring
Aktuelle Walddaten für ein Monitoring nachhaltiger Waldbewirtschaftung
Die nachhaltige Bewirtschaftung unserer Wälder wird zunehmend als große Herausforderung und Notwendigkeit betrachtet, da der Zustand der Wälder nicht nur sozio-ökonomische Auswirkungen nach sich zieht, sondern auch in einem engen Zusammenhang mit dem Verlust an Biodiversität und dem Klimawandel steht. Die Vielzahl der weltweit vorkommenden Waldtypen erfordert effektive, adaptierbare Erhebungssysteme.
Pan-Europäisches Projekt zur Entwicklung von Monitoringsystemen
GSE Forest Monitoring ist ein internationales Projekt der ESA (European Space Agency) im Rahmen von Global Monitoring for Environment and Security (GMES) zur Entwicklung von globalen Monitoringsystemen.
Ziel ist politische Aktivitäten, internationale und nationale Berichterstattungspflichten und Entscheidungsfindung im Bereich der nachhaltigen Waldbewirtschaftung durch fundierte, aktuelle und genaue Daten zu unterstützen. Das Projekt umfasst 58 Partner. Der operative Service basiert auf den Anforderungen von 26 "End-Usern" (Ministerien, Bundesämter, Forschungsinstitutionen, NGOs, Industrie) aus 13 Europäischen Staaten, der EEA, Russland, Indonesien, Südafrika und stellt bisher nicht vorhandene Informationen über den Zustand der Wälder in den einzelnen Ländern zur Verfügung. Hierbei sollen vor allem die verschiedenen Möglichkeiten sowie die Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz von Erdbeobachtungsdaten aufgezeigt werden.
Ergebnisse unterstützen zahlreiche Berichtspflichten
Die Ergebnisse von GSE Forest Monitoring unterstützen Berichtspflichten gegenüber:
- der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (UNFCC) und dem Kyoto-Protokoll,
- der Konvention über die biologische Vielfalt (CBD),
- dem Waldforum der Vereinten Nationen (UNFF),
- der Ministerkonferenz zum Schutz der Wälder in Europa (MCPFE),
- der Alpenkonvention.
Die Definition von satellitengestützten Fernerkundungsprodukten wurde lange Zeit durch die Raumfahrtindustrie vorgenommen. Dadurch war die Akzeptanz durch den Nutzer gering. Daher ist eines der Ziele von GMES die Orientierung der Produktentwicklung an den Bedürfnissen der Anwender. In diesem Sinn wurden die Services von Joanneum Research in enger Zusammenarbeit mit Umweltbundesamt und Lebensministerium erstellt. Die Gesamtkoordination von GSE Forest Monitoring liegt bei der GAF AG. Datengrundlagen für die Produktentwicklung und zur Verifikation der Ergebnisse wurden vom BMLFUW (LFRZ) und vom Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW) zur Verfügung gestellt.
Auswertungen für ganz Österreich abgeschlossen
Das Umweltbundesamt beteiligte sich aktiv an der Konzeption und Produktgestaltung von GSE Forest Monitoring im Bereich internationaler forstlich relevanter Berichtspflichten, für die bislang keine harmonisierte oder anerkannte Erhebungsmethodik besteht.
Im Hinblick auf mehrere internationale Berichtspflichten (z.B. FAO, MCPFE) fokussierte das Österreichische Teilprojekt, als Ergänzung zu vorliegenden Daten, auf die österreichweite Erhebung folgender Informationen:
- Waldkarte entsprechend der internationalen Definition der FAO
- Räumliches Muster der Waldbedeckung in Österreich
Waldkarte nach FAO Definition
Die Waldkarte basiert auf der international anerkannten Walddefinition der FAO: Mindestfläche 0.5 ha, Mindestbreite 20m, Überschirmung über 10%, Grünerlen und Latschenbuschwald im subalpinen Bereich zählen nicht zu Wald sondern zu other wooded land. Diese Waldkarte und von der Waldkarte abgeleitete Indikatoren (vgl. weiter unten) liefern für internationale Berichtslegungen wesentliche Informationen die bisher durch in situ Erhebungen nicht bereit gestellt werden konnten. Die Waldkarte wurde von Joanneum Research entsprechend den folgenden Spezifizierungen erstellt:
- Abgrenzung der Waldflächen nach internationaler FAO-Definition
- Aktualität
- Hochauflösend für Anwendungen bis zum Maßstab von 1:25.000
- Genauigkeit über 95%
Bisher vorliegende österreichweite Waldkarten wie z.B. von CORINE Landcover wurden nicht entsprechend der o.a. Walddefinition der FAO erstellt und basieren vor allem auf Daten des Satelliten Landsat. Aufgrund der geringen räumlichen Auflösung der Landsat-Daten von 30m mal 30m je Bildpunkt können die oben angeführten Anforderungen von diesen Karten nur teilweise erfüllt werden. Die Waldkarte im vorliegenden Projekt wurde daher durch Kombination von anderen Satellitenbilddaten und flächendeckend für Österreich vorliegenden digitalen Orthofotos erstellt. Als Satellitenbilddaten wurden vor allem Aufnahmen des Satelliten SPOT mit einer räumlichen Auflösung von 10m mal 10m bis 20m mal 20m je Bildpunkt eingesetzt, die von der ESA im Rahmen von GSE Forest Monitoring bereitgestellt wurden. Die digitalen Luftbilddaten wurden einheitlich für Österreich mit einer räumlichen Auflösung von 1m mal 1m je Bildpunkt eingesetzt. Der Stand der Waldkarte entspricht im Mittel dem Jahr 2003, entsprechend dem Aufnahmezeitpunkt der Luftbilddaten.
Abb. 1: Waldkarte Österreichs aus Satellitenbilddaten und digitalen Orthofotos
Die Arbeitsschritte umfassten die geometrische und radiometrische Vorverarbeitung der Fernerkundungsdaten sowie eine flächendeckende, bildpunktweise Klassifikation der Waldflächen. Das flächendeckend visuell überarbeitete Ergebnis wurde entsprechend der Vorgabe der FAO-Walddefinition automatisch generalisiert. Als Endergebnis liegt mit einer sehr hohen Genauigkeit von 95,8% die Waldkarte flächendeckend für Österreich vor (vgl. Abb. 1).
Abgeleitete Indikatoren
Das räumliche Muster der Waldbedeckung auf Landschaftsebene liefert relevante Informationen über Größe, Form und Raumaufteilung von Wäldern in einer Landschaft, da es das Potenzial einer Landschaft, Waldhabitate zur Verfügung zu stellen, widerspiegelt. Für den Indikator "Landschaftsmuster", der nicht nur im Rahmen der Ministerkonferenz zum Schutz der Wälder in Europa von Relevanz ist, sondern auch im Rahmen der Alpenkonvention, und für die Europäische Umweltagentur zu Berichtspflichten führt, gabt es jedoch bislang keine anerkannte Erhebungsmethodik und somit auch keine Daten für ganz Österreich. Zudem erscheint eine umfassende Beschreibung des Musters der Waldverteilung in Österreich mit einem einzelnen Indikator nicht möglich.
Im GSE Forest Monitoring Projekt wurden daher von Joanneum Research und Umweltbundesamt verschiedene Methoden für die großflächige Erhebung des räumlichen Musters der Waldbedeckung auf Landschaftsebene mit Hilfe von satellitenbildgestützter Fernerkundung erarbeitet.
Abb. 2: Prozentuelle Bewaldung pro Quadratkilometer Fläche
Seit 2008 können nun verschiedene Informationen zum Landschaftsmuster für Befundeinheiten von einem Quadratkilometer sowie auf Gemeindeebene erstmals bundesweit zur Verfügung gestellt werden. Unter anderen wurden, basierend auf der Waldkarte (Abb. 1), folgende Indikatoren mit Hilfe von satellitenbildgestützter Fernerkundung erarbeitet: Bewaldungsprozent (Abb. 2), Anzahl der Waldflächen, Anzahl der Wald- und Nichtwaldflächen (Abb.3), Länge der Waldaußenrandgrenzen (Abb. 4) sowie Fragmentierung (Abb.5).
Anzahl der Wald- und Nichtwaldflächen
Abb. 3: Anzahl der Wald- und Nichtwaldflächen je Quadratkilometer
Auch die Anzahl der Waldflächen, bzw. die Anzahl der Wald- und Nichtwaldflächen pro Quadratkilometer (vgl. Abb. 3) haben eine hohe Aussagekraft zur Verdeutlichung der Landschaftsstruktur. Je höher die Anzahl der Wald- und Nichtwaldflächen je Quadratkilometer ist, desto strukturreicher ist eine Landschaft. Die Bedeutung des Strukturreichtums für die Biodiversität, kann u.a. in Zusammenhang mit Abb. 7 (Fragmentierung) abgeleitet werden.
Waldrandindex
Abb. 4: Gemeindeweise Darstellung der Länge der Waldaußenrand-grenzen je kmē Wald
Abb. 4 stellt die Länge der Waldaußenrandgrenzen je Quadratkilometer Wald gemeindeweise dar. Große, kompakte Waldflächen haben kürzere Randlängen als kleinere stark gegliederte Waldflächen. Dieser Indikator ist Teil verschiedenster Biodiversitäts-monitoringsysteme da Waldränder als lineare Landschaftselemente besonders wichtig für die Wanderungsachsen von vielen Tierarten sind.
Der Waldrandindex entspricht außerdem dem Außenrandindex, der von Daten der österreichischen Waldinventur 2000/2002 abgeleitet wurde. Gegenüber der Auswertung der Waldinventurdaten, welche Aussagen nur auf regionaler Ebene erlauben (entsprechend der Verteilung der Stichprobenflächen), kann anhand der flächendeckenden Waldkarte dieser Indikator auf lokaler Ebene abgeleitet werden. Die abgeleiteten Indikatoren geben Auskunft über die Ausdehnung, die Form und die Verteilung von Wald und Nichtwaldflächen in der Landschaft und verdeutlichen die Ausstattung einer Landschaft mit Waldhabitaten. Wie die Abb. 2 bis 4 zeigen ist bei der Interpretation die definierte Befundeinheit ein wesentlicher Einflussfaktor, wobei die rasterweise Angabe gegenüber der gemeindeweisen Darstellung oftmals leichter interpretierbar ist.
Fragmentierung
Abb. 5: Waldkarte Österreichs nach Größenklassen
Eine weitere Möglichkeit das Landschaftsmuster aufzuzeigen bietet die Darstellung der Zerstückelung von Waldflächen durch Verkehrswege. Diese Fragmentierung von Landschaft und Lebensräumen ist ein aus ökologischer Sicht vielfach beschriebenes Problem, das zu Be- bzw. Verhinderung von Wanderbewegungen und anderer Austauschfunktionen verschiedener Organismen und in Folge zu genetischer Verinselung bis zum Aussterben diverser Arten führen kann.
Im Umweltbundesamt wurde der Indikator Waldfragmentierung durch Verkehrsinfrastrukturen durch Kombination der erstellten Waldkarte mit dem Verkehrswegenetz von ganz Österreich abgeleitet. Die Auswertungen erfolgten mit den Teleatlas Straßendaten von Österreich.
Am Beispiel des Bundeslandes Salzburg wurde das gesamte Straßennetz bei den Berechnungen berücksichtigt. Aus GIS-technischen Gründen (zu große Datenmengen) konnte für die österreichweite Darstellung nicht mit dem gesamten Straßennetz weiter gearbeitet werden.
Tab. 1: Wald- Aktionsraumgrößen
Außerdem ergaben mehrere Literaturhinweise Aufschluss darüber dass für das Passieren von mittleren und großen, im Wald lebenden Säugetieren, nur das übergeordnete Straßennetz einen wirklichen Hinderungsgrund darstellt.
Bei den folgenden Auswertungen wurde somit nur das übergeordnete Straßennetz (Autobahnen, Schnellstraßen und Bundesstraßen) verwendet. Die ausgewählten Fragmentierungsklassen orientieren sich an den Wald-Aktionsraumgrößen der in Tab. 1 angeführten, im Wald lebenden, mittleren und großen Säugetiere.
Abb. 6: Übergeordnetes Straßennetz im Wald
Tunnels, Brücken sowie Grünbrücken wurden aus der Berechnung ausgenommen, da es in diesen Fällen zu keiner Fragmentierung der Waldflächen kommt. Umgekehrt wurden aber an der Staatsgrenze auch die angrenzenden Waldflächen außerhalb von Österreich berücksichtigt, da die grüne Grenze für die o.g. Tierarten kein fragmentierendes Element darstellt.
In Abb. 5 wurden alle Infrastrukturflächen im Wald entfernt und wieder durch Waldflächen ersetzt. Die Abbildung zeigt somit die Größe der natürlich zusammenhängenden Waldflächen in Österreich.
Abb. 7: Fragmentierung durch Straßen
Abb. 6 zeigt den Verlauf des übergeordneten Straßennetzes (Autobahnen bis Bundesstraßen) im Wald. Der Wert von 1,2 lfm/ha Wald erscheint gering, verändert jedoch die Verteilung der Größenklassen der Waldflächen beträchtlich (s. Abb. 7 und Tab. 2). Abb. 7 zeigt die Größe und Verteilung der Waldflächen die durch die Fragmentierung durch das übergeordnete Straßennetz (Autobahnen bis Bundesstraßen) entstanden sind.
Tab. 2: Anzahl der Waldflächen pro Größenklasse
Tab. 2 zeigt, dass durch die Fragmentierung durch das übergeordnete Straßennetz die Anzahl der Waldflächen in jeder Größenklasse, auch über 500 kmē zugenommen hat.
Beispielsweise wurde das 8471 kmē große zusammenhängende Waldgebiet das sich in Abb. 5 vom Dachstein bis zum Wiener und zum Grazer Becken erstreckte in sieben nur mehr max. 2000 kmē große Waldflächen über 500 kmē und in 15 10-500 kmē große Waldflächen geteilt.
Tab. 3: Flächensumme pro Klasse in kmē
Dies führt auch zu dem in Tab. 3 ersichtlichen Verlust an Waldflächen in der Größenklasse über 500 kmē.
Der Verlust an Waldflächen durch das übergeordnete Straßennetz (Autobahnen bis Bundesstraßen) beträgt 36 kmē (Tab. 3).
Ausblick
Eine zukünftige Aktualisierung der Waldkarte kann anhand entsprechender Satellitenaufnahmen weitgehend automatisiert und somit kostengünstig erfolgen. Die Bewertung der entsprechenden Änderungen kann dabei als Unterstützung für internationale Berichterstattung, z.B. im Rahmen der Ministerkonferenz zum Schutz der Wälder in Europa (MCPFE) eingesetzt werden.
Die Auswertung von Satellitenbilddaten in regelmäßigen Abständen ermöglicht außerdem ein Monitoring der Veränderung der Landschaftsstruktur sowie die Überprüfung der Zielerreichung der von der Österreichischen Nachhaltigkeitsstrategie bis 2010 geforderten Landschaftsleitbilder.
