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QUANTIFYING THE DISTRIBUTION OF FOREST FUNCTIONAL TYPES AND FOREST LEAF AREA INDEX IN THE ALPS
(2003)
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Albena Bobeva
- Land cover change is an important element of global environmental change processes. Most ecosystem processes strongly depend on land cover and its attributes. Mapping land cover, especially in mountain terrain is a difficult and challenging task. Remote sensing is an attractive source of thematic maps, such as those depicting land cover. Thematic mapping from remote sensing data is typically based on image classification. The image classification procedure synthesizes satellite data with field data and other ancillary data derived from a Geographic Information System (GIS - ArcInfo) coverage. The present study combines GIS and remote sensing data to produce a land cover map for the National Park Berchtesgaden and to build an extrapolation for other test areas in the Alps (Stubai and Ötz Valleys). Although a vast GIS data set had been assembled for the National Park, remote sensing was not previously used as a tool for land cover mapping and forest ecosystem analysis. For supervised classification, the maximum likelihood algorithm was used to sort and group data into discrete classes, which can be uniquely identified. Comparison and accuracy assessment with „ground truth“ data was carried out. An overall accuracy of 86% and 87% of the classification results in the National Park Berchtesgaden and in Stubai Valley, respectively, was achieved. Another important parameter determining gas exchange (water loss and carbon gain) of alpine forests is Leaf Area Index (LAI). Remote sensing provides a means to estimate LAI over large areas. To map LAI in mountain regions, Landsat TM NDVI index and SR index were examined together with forest inventory data of the Berchtesgaden National Park. “Ground truth” point grid maps for LAI were obtained through the use of allometric relationships (relating tree size and leaf area) as derived from tree harvests and together with the forest inventory database. On the basis of the forest mask derived from land classification and the Landsat vegetation indices, homogeneous forest polygons were identified. They were used for polygon by polygon correlation between LAI and vegetation indices. Mean forest polygon values were used to determine the relationships. With the derived equations, LAI was mapped at 30m resolution (Landsat data). Using the digital elevation model, the distribution of the vegetation types and LAI along elevation gradients was investigated. The results in National Park Berchtesgaden were further used in an extrapolation to classify land cover in Stubai and Ötz Valleys. Except to detect the distribution of land cover classes, supervised classification was used as a part of the algorithm for predicting forest leaf area index at the investigated sites. The digital LAI map of Stubai Valley was compared with LAI map derived from allometric relationships in Neustift (part of Stubai Valley). A correlation between NDVI and LAI in Neustift was derived. The validation results derived for coniferous forest in Neustift (Stubai Valley) show good correspondence to the results derived in Berchtesgaden. For both investigated sites, leaf area index can successfully be described with simple and reasonable correlation with NDVI.
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Diversität von Nachtfaltergemeinschaften entlang eines Höhengradienten in Südecuador (Lepidoptera: Pyraloidea, Arctiidae)
(2003)
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Dirk Suessenbach
- ZUSAMMENFASSUNG Entlang eines Höhengradienten (1040-2670 m ü. NN) wurde in einem Bergregenwald in Südecuador die Diversität der Nachtfalterüberfamilie Pyraloidea und der Familie der Arctiidae erforscht. Das Untersuchungsgebiet lag am Rande des Podocarpus-Nationalparks an der Ostabdachung der Anden, und die Studie war in eine dort lokalisierte interdisziplinäre Forschergruppe integriert. Die Nachtfalterartengemeinschaften wurden während dreier Feldaufenthalte im Frühjahr sowie im Herbst 1999 und Herbst 2000 mittels Lichtfang erfasst. Dies ergab eine Datenbasis von 10.344 Individuen der Pyraloidea verteilt auf 748 Arten und 4.491 Individuen der Arctiidae mit insgesamt 415 Arten. In dieser Dissertation werden diese beiden hochdiversen Herbivorentaxa hinsichtlich folgender Aspekte verglichen: Alpha-Diversität entlang des Höhengradienten, Artenwechsel mit wachsender Höhe, Einfluss abiotischer und biotischer Umweltparameter, die die Ausprägung der Diversitätsmuster erklären können, Änderung der vertikalen Verbreitungsbereiche der Nachtfalter und damit Prüfung von Rapoports Regel und jahreszeitliche Dynamik der Artengemeinschaften. Zur Quantifizierung der Alpha-Diversität der beiden Nachtfaltertaxa kamen, neben der reinen Artenzahl, Fishers Alpha, die "rarifizierte" Artenzahl und Extrapolationsverfahren zum Einsatz. Alle vier Maße ergaben nur gering voneinander abweichende Ergebnisse und zeigten deutlich, dass sich die beiden Taxa in der Veränderung ihrer Diversität mit der Höhe unterschieden. Die Diversität der Pyraloidea nahm mit der Höhe nahezu exponentiell ab. Ab ca. 2000-2200 m ü. NN blieb sie dann auf etwa gleichem Niveau. Die Diversität der Arctiidae veränderte sich im Höhenverlauf nur schwach und sank annähernd linear. Bei der Untersuchung der Beta-Diversität im Stationsgebiet konnten zwei erstaunliche Befunde gemacht werden. Zum einen wurde ein kontinuierlicher, gradueller Artenwechsel entlang der Höhe beobachtet. Es konnten keine distinkten Zonen, wie sie aus der Vegetationsanalyse des Untersuchungsgebietes bekannt sind und damit auch für die herbivoren Insekten zu erwarten waren, klassifiziert werden. Dies wurde mit Hilfe des NESS-Index und der nichtlinearen Multidimensionalen Skalierung als Ordinationsmethode quantifiziert. Zum anderen zeigte sich zwischen den beiden Nachtfalterfamilien eine außergewöhnliche Übereinstimmung im altitudinalen Artenwechsel. Um zu klären, welche Kräfte die unähnlichen Muster in der Alpha-Diversität einerseits und die verblüffend ähnlichen Muster der Nachtfalterfamilien im altitudinalen Artenwechsel andererseits bewirkten, wurden sowohl abiotische wie biotische Parameter in multiplen Regressionsmodellen auf ihren Erklärungswert getestet. Dabei wurden eigene Messungen der Temperatur und des Kronenschlusses und Daten über die Waldstruktur aus einer im selben Gebiet angefertigten Studie verwendet. Daten über die Diversität von Bäumen, Windern und Lianen waren nur für wenige Standorte verfügbar und konnten daher nur in einfachen bzw. Matrixkorrelationen mit den Erhebungen der Nachtfalter in Beziehung gesetzt werden. Die Temperatur war nach dem multiplen Regressionsmodell der einzige signifikante Parameter, der die Änderung der Diversität der Herbivoren mit der Höhe beeinflusste. In den Mustern der Beta-Diversität von Bäumen, Windern und Lianen fanden sich signifikante Übereinstimmungen mit den Matrizen beider Nachtfalterfamilien. Für die Untersuchung der Frage, ob es eine Zunahme der Höhenausdehnung der Verbreitung von Arten (= altitudinale Nischenbreite) mit der Höhe gab, wurden alle Arten ausgewählt, die mit mehr als 50 Individuen nachgewiesen worden waren. Damit sollten Sammelartefakte vermieden werden. Die Auswertungen - quantifiziert mit Hilfe der standardisierten Nischenbreite nach Levins (BA) - ergaben, dass für keines der beiden Nachtfaltertaxa eine Änderung der durchschnittlichen Höhenverbreitung mit zunehmender Meereshöhe zu finden ist. Damit widersprachen auch die Ergebnisse dieser Arbeit der sog. "altitudinalen Rapoport-Regel". Zur Untersuchung der Saisonalität dienten Teildatensätze aus den klimatisch extremsten Phasen im Jahr 1999 aus dem Kerngebiet der Reserva Biologica San Francisco. Ein Artenturnover war vorhanden. Nach genauerer Analyse der Daten konnte aber festgestellt werden, dass die kurze Trockenphase im Jahresverlauf keine ausgeprägte Saisonalität der Nachtfalter des Untersuchungsgebietes bewirkt hat und so die Voraussetzung für die Nutzung von Nachtfalterstichproben aus beliebigen Zeiten für Diversitätsvergleiche wenigstens näherungsweise gegeben war.
