TRIKII – Ein Index zur Detektion submerser Kelpvorkommen

Der Triangular Kelp Identification Index (TRIKII) basiert auf den ersten drei Kanälen des OLI Sensors und ermöglicht im Gegensatz zu NDVI-Analysen auch die Detektion submerser Kelpbereiche.

Marine Makrophyten sind wichtige Primärproduzenten in aquatischen Systemen und von hoher ökologischer sowie ökonomischer Bedeutung. Kelpwälder des Riesentangs (Macrocystis pyrifera) sind äußerst produktive und dynamische Ökosysteme, die schnell auf veränderte Umwelteinflüsse reagieren. Riesentang ist daher ein geeigneter Indikator um den ökologischen Zustand küstennaher Gewässer zu erfassen. In-situ Beobachtungen sind jedoch räumlich und zeitlich limitiert, da sie mit hohem zeitlichem, arbeitstechnischem und monetärem Aufwand verbunden sind. Im Gegensatz dazu bieten Fernerkundungsmethoden den Vorteil, dass sie über längere Zeiträume großräumige Beobachtungen in kurzen Zeitabständen ermöglichen. Sie sind deshalb eine Möglichkeit die hohe räumliche und zeitliche Dynamik sublitoraler Habitate abzubilden.     


Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde untersucht, ob mit dem Operational Land Imager (OLI) auf der Plattform Landsat 8 Verbesserungen bei der Detektion von Kelpwäldern erzielt werden können. Zu diesem Zweck wurde eine Zeitreihe atmosphärisch korrigierter Landsat 8-Szenen (2013-2015) der Region Südkalifornien analysiert.           

  
Satellitengestützte multispektrale Fernerkundungssensoren (z.B. Landsat 5 TM) wurden bereits erfolgreich im Rahmen mehrerer Studien zur Identifikation von Kelpwäldern verwendet. Im Vergleich zu seinen Vorgängern verfügt Landsat 8 mit dem Operational Land Imager (OLI) über einen multispektralen Sensor mit einer höheren radiometrischen Auflösung und zwei neuen Kanälen. Für die Beobachtung von Küstengewässern ist vor allem der tiefblaue Kanal (0.43 - 0.45 µm) von besonderem Interesse. Bisherige Analysen nutzten vor allem die charakteristische Reflexion des oberflächennahen Riesentangs im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zur Identifikation. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Wasser dringt elektromagnetische Strahlung in diesem Wellenlängenbereich jedoch kaum in die Wassersäule ein. Daher wird submerser Riesentang bei der Verwendung dieses Spektralbereiches nicht in seiner vollständigen Ausdehnung detektiert. Die höhere Eindringtiefe der Strahlung im tiefblauen Kanal ermöglicht es, abhängig von der Trübung des Wassers, auch aus größerer Tiefe spektrale Informationen zu gewinnen.  


Da Riesentang bis in eine Tiefe von ca. 30 m vorkommt, umfasste die Vorprozessierung der Landsat 8-Szenen die räumliche Reduzierung der Daten auf relevante Bildausschnitte anhand bathymetrischer Karten. Auf Basis von in-situ Kartierungen und Luftbildinterpretation (Google Earth) wurden bekannte Kelpwaldvorkommen auf ihr Reflexionsverhalten in verschiedenen Kanälen hin untersucht. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zeigte die visuelle Interpretation, dass der tiefblaue Kanal Tangvorkommen in größerer Tiefe erfassen kann. Unter Einbeziehung dieses Kanals wurde der Triangular Kelp Identification Index (TRIKII) entwickelt, welcher auch in größerer Wassertiefe die Detektion von Riesentang ermöglicht. Im Vergleich zu einer NDVI-Analyse wurde die Fläche der Kelpwälder deutlich realistischer erfasst.