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Vorlesung Waldinventur und Fernerkundung IIWaldinventurSommersemster

Prof. Dr. Christoph KleinnInstitut für Waldinventur und Waldwachstum

Arbeitsbereich Waldinventur und Fernerkundung

Definitionen in Waldinventuren

Definition(1) der Variablen selbst, und(2) von Art / Methode / Messgerät.

• In allen empirischen Studien ist exakt zu definieren,was wie gemacht wird.

• Das bezieht sich auf eine vollständige und transpa-rente Dokumentation der Aufnahmeprotokolle, aberauch auf die Definition der aufzunehmenden Variablen.

• Die Messtrupps und Bildinterpreten müssen genauwissen, was zu tun ist, und die Leser der Berichtemüssen unmissverständlich verstehen, was dortgeschrieben steht.

Definitionen

• Bhd, Höhe, Volumen, Grundfläche.• Wald, Baum, Waldgrenze.• Baumartenzusammensetzung.• ...

Durchmesser• Bhd in1.3m Höhe (was ist

das: 1.3m Höhe?) – definiert üblicherweise bei 1.3m Stammlänge).

• Für alle denkbaren Fälle muss definiert sein, wie der Bhd zu messen ist.

• S. rechts.• Die Definition muss auch

erklären, wie zu messen ist.

Quelle: Aufnahmeanleitung zur BWI I

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Selbst die Messung eines Durchmessers kann Probleme machen …

... und noch ein unhandlichesBeispiel zur Messung eines Baumdurch-messers...

Höhe

• Höhe: Vertikaler Abstand zwischen Boden und einem definierten Punkt am Baum.

• Und bei schrägen Bäumen?• Baumhöhe ≠ Baumlänge !

- Gesamthöhe, - Verwertbare Schaftlänge,- Höhe des ersten lebenden Astes,- ....

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Verwertbare Höhe / Schaftlänge

Quelle: Aufnahmeanleitung BWI IQuelle: Husch, Miller, Beers: Forest mensuration

Definition von “Baum”

FAO (FAO. 1998. FRA 2000: Terms and definitions. FRA Working Paper No. 1. Rome <www.fao.org/forestry/fo/fra/index.jsp> ):

• A woody perennial plantwith a single main stem, or in the case of coppice: with several stems, having a more or less definite crown.

Includes: bamboos, palms and other woody plantsmeeting the above criterion.

Manchmal wird auch eine Mindesthöhe (für ausgewach-sene Bäume! ) angegeben.

„A tree

or

not a tree ?“(in Anlehnung an Shakespeare)

Foto: Dr. Eduardo Somarriba

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Walddefinition• Wichtig vor allem bei großräumigen Waldinventuren. Bei Be-

standes- und Betriebsinventuren sind die Waldflächen meist kartiert.

• Wichtig auch im Zusammenhang mit Schätzungen des Ausmasses der Waldzerstörung bzw. Waldflächenänderungen.

(Unterschied “deforestation” und “forest degradation”?)

• Walddefinitionen gibt es• im Waldbau ...• in der Ökologie ...• in Waldgesetzen ...... die sich zum Teil deutlich unterscheiden!

In Waldinventuren soll eine Walddefinition klar und operational sein. Die Mitarbeiter im Feld und Bild-Labor sollen schnell, klar und konsistent die korrekte Entscheidung treffen können.

Ein “Wald” von 5 oder 6 Bäumen?

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Holzproduktion? ( = Wald )

Fruchtbäume ?( = Nichtwald)

Wald oder nicht Wald?

Beispiel:Waldflächenkarte, zusammengesetztaus Provinz-weisen Waldinventuren.

(Eastern Australia)

Quelle: Bureau of Rural Resources, Australia. 1991. NFI News No. 2.

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Komponenten einer WalddefinitionQuantitative Kriterien:• Mindestfläche,• Mindestbreite,• Mindesthöhe “ausgewachsener” Bäume,• Mindestproduktivität (in m³/ha – in wenigen Ländern),• Mindestkronenüberschirmung,• (Waldgrenze).

Qualitative Kriterien:• Definition von “Baum”.• Wie sind Strassen, Gebäude, Gewässer, ... Oder

Kahlschläge einer Waldfläche zu behandeln?• Andere Nutzungen baumbedeckter Gebiete

ausschliessen.• Ausnahmen.

Die Walddefinition der FAO• Land with tree crown cover (or equivalent stocking level) of more than 10

percent and area of more than 0.5 hectares (ha). The trees should be ableto reach a minimum height of 5 meters (m) at maturity in situ. May consisteither of closed forest formations where trees of various storeys and undergrowth cover a high proportion of the ground; or open forestformations with a continuous vegetation cover in which tree crown cover exceeds 10 percent. Young natural stands and all plantations establishedfor forestry purposes which have yet to reach a crown density of 10 percent or tree height of 5 m are included under forest, as are areasnormally forming part of the forest area which are temporarily unstockedas a result of human intervention or natural causes but which are expectedto revert to forest.

• Includes: forest nurseries and seed orchards that constitute an integral part of the forest; forest roads, cleared tracts, firebreaks and other smallopen areas; forest in national parks, nature reserves and other protectedareas such as those of specific scientific, historical, cultural or spiritual interest; windbreaks and shelterbelts of trees with an area of more than0.5 ha and width of more than 20 m; plantations primarily used for forestrypurposes, including rubberwood plantations and cork oak stands.

• Excludes: Land predominantly used for agricultural practices.

Elemente von Walddefinitionen im Vergleich einiger europäischer nationaler Waldinventuren(1996)

Mindest- Mindest- Min.Kronen-breite fläche überdeck.%

Deutschland 10m 0.1 ha -Finnland - 0.25 ha -Frankreich 15m 0.05 ha 10%Österreich 10m 0.05 ha 30%Niederlande 30m 0.5 ha 30%Spanien 20m 0.25 ha 5%FAO 20m 0.5 ha 10%

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Flächenschätzung:• Population von 1000 Zellen.• Haben z.B. 351 Zellen die

Mindestüberdeckung, dann ist die geschätzte Waldflä-che:cc% = 100* 351/1000=35.1, oder, ausgedrückt als Anteil: cc=0.351.Überlegung: Ändert sich die Flächenschätzung bei gleicher Mindestüberschir-mung, aber anderer Zellengröße??

Mindestüberdeckung t Zellen-größe

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

1 x 1 0.7936 0.6826 0.6155 0.5700 0.5373 0.4829 0.4031 0.3077 0.1997

2 x 2 0.8977 0.7836 0.7193 0.6257 0.5234 0.4269 0.3363 0.2281 0.1228

3 x 3 0.9317 0.8571 0.7453 0.6646 0.5217 0.3727 0.2919 0.1863 0.0932

4 x 4 0.9355 0.8172 0.7527 0.6452 0.5054 0.3548 0.2043 0.1183 0.0215

Interaktion zwischen “Größe der Referenzfläche“, „Mindestüberdeckung“ und Waldflächenbestimmung

Beispiel: (wir betrachten hier nur Landbedeckung (land cover) – nicht Landnutzung (land use)

s

)ˆE( p

Mindestüber-schirmung

Größe derReferenzfläche

Aus: Kleinn C. 2000. A cautionary note on the minimum crown cover criterion in forest definitions. Can. J.For.Res. 31(2):350-356 .

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Zur Diskussion• Harmonisierung – Standardisierung?

– In Zeit und Raum? Für alle Waldtypen?– Kompatibilität der Definitionen bei

unterschiedlichen Datenquellen- im Feld, - in Luftbildern,- in Satellitenbildern?

• Wichtig: Klare Angabe aller verwendeter Definitionen!

Beispiel: Waldflächenangaben für Costa Rica.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Reference year

Fore

st c

over

%

Quelle: Kleinn C, L Corrales, D Morales. Large area forest cover estimates in the tropics – the case of Costa Rica. Environmental Assessment and Monitoring 73(1):17-40. 2002.

FAOSTATDatenbank

Publizierte Waldflächen( 53 sources )

Erklärungsmöglichkeiten für unterschiedliche Werte innerhalb ein und desselben Jahres?

Definition: Wo ist die Waldgrenze?

Vor allem wichtig, wo die Übergänge fließend sind, aber auch bei „normalen“ Waldrändern.

Quelle: Kenneweg 2002

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Definition von ”Baumartenzusammensetzung”

• Z.B. 25% Nadelbäume.• Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese

Anteile zu definieren, wobei • Die folgenden “Indikatoren” verwendet werden

können für die jweiligen Baumarten(gruppen):– % Stammzahl,– % Grundfläche,– % Volumen,– % Überschirmungsfläche ....

• Es ist dies aber keine Definition einerMessgrösse, sondern die Definition eines Auswertungsalgorithmus!

• Im Grunde gleiches Vorgehen wie bei allen anderen Projekten• Referenz:

Husch 1971. Planning a forest inventory. FAO Forestry and Forest Products Studies No.17

• Leitprinzip: Es muss ein aktueller Bedarf vorliegen an Daten und Informa-tion, die Waldinventuren bereitstellen können.

D.h. auch, dass potentielle User der Ergebnisse bekannt sindund dass diese bei Definition und Planung der Inventur angemessen einbezogen sind; und zwar bevor die teurenDatenerhebungen stattfinden.

Planung von Waldinventuren– Ausgewählte Aspekte -

Planung: Was ist eine „gute“ Waldinventur?

• Konformität mit den Zielen.• Ausreichende Genauigkeit.• Methodische Korrektheit.• Umfassendes und transparentes Berichten und

Dokumentieren.• Gesamt-Glaubwürdigkeit.

Es gibt (noch) keinen formalen “good practice guide”,aber es gibt einige Kriterien, die weitgehend unstrittigsind:

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Allgemeine Aufgaben, die im Rahmen einer Inventurplanung zu verteilen sind.

Grundlagen.Begründung – Resourcen – Ziele – Zuständigkeiten.

Planung.Definition der Einzelziele, Entwicklung des Inventurdesigns, Aufnahmeprotokoll.

Datensammlung.Fernerkundung: Von Auswahl des Bildmaterials bis zur

fertigen Karte.Felddaten: Organisation, Training, Implementierung,

Überwachung.Datenmanagement and -auswertung.

Entwicklung Datenbank, Dateneingabe, Datenauswertung,Datenpflege.

Berichten und Verbreitung der Ergebnisse.

... verwenden Sie ausreichend Zeit für die Vorbereitung:• Definition des Oberziels und der Einzelziele, in enger Ab-stimmung mit den potentiellen Nutzern der Ergebnisse.Punkte: - Grundgesamtheit,

- zu erfassende Haupt-Attribute,- Genauigkeitsanforderungen (für Hauptattribute)- Erwartete Produkte (Karten, Statistiken, für welche

Befundeinheiten, ...).• Sicherstellung der Ressourcen.• Fachleute als Feldgruppen-Leiter finden.• Qualifizierte/engagierte Mitarbeiter für Feldaufnahmen finden.• Vorinformation zusammenstellen: Modelle, Karten, alteInventurberichte.

• (Überprüfen, ob eine Inventur nicht mit anderen Naturressourcen-Erhebungen kombiniert werden kann).

Wenn Sie eine Waldinventur planen, dann ...

... Planung der eigentlichen Inventurarbeiten:• Entscheidung über Datenquellen(Feldaufnahmen, Luftbidler, Satellitenbilder, ...).

• Entscheidung über Klassifizierungssystem(üblicherweise: Waldtypen).

• Definition von Stichproben- und Probeflächendesign.• Für Fernerkundung: Interpretationsschlüssel erstellen.• Verfassen eines Aufnahme-Handbuches, welches das detail-lierte Aufnahmeprotokoll enthält, und Entwurf der Formblätter.

• Logistik organisieren (Transport, Geräte).• Zeitplan für Feldaufnahmen und Bildinterpretationsarbeiten.• Entwurf einer Datenbank und “Test”-Datenauswertung mit künstlichen Daten.

Nächster Schritt:

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Vorbereiten der Messtrupps:• Training vor und evtl. auch während der Inventur:

Formaler Trainingskurs/ Begleitung der Gruppen zu einigen Probeflächen.

• Sicherstellen, dass die Messtrupps motiviert sind und den Aufgaben auch körperlich gewachsen.

• Alle Fragen klären (technische und allgemeine).• Wo möglich, moderne Messgeräte verwenden (GPS,

elektronische Entfernungsmesser); das erleichtert die Arbeit und hebt die Motivation.

• Permanenten Kontakt zu und zwischen den Messtruppssicherstellen.

• Möglichst dafür sorgen, dass Messtrupps ihre Daten selbst eingeben.

• Permanente Überwachung/ Kontrolle.

Nationale Waldinventur, Schweden:

Ausrüstung eines Inventurtrupps.

Leitprinzipien beimVerfassen eines Inventurberichtes

• Der Bericht sollte sollte alle Information enthalten, die lautZielsetzung angestrebt wurde.

• Der Bericht sollte verständlich und transparent sein, vor allem für die Zielgruppe der Nutzer.

• Der Bericht sollte einen technisch-wissenschaftlichen Teil enthalten, der Details der Inventur für den Expertenerläutert.

• Das sind natürlich Prinzipien, die für alle Arten von empirischenStudien gelten, nicht nur für Waldinventuren.

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Unvollständigkeit hinsichtlich:• Erläuterung von Zielen und Anlass.• Erläuterung der verwendeten Modelle, Definitionen,Mess- und Auswertungsprotokolle.

• Angaben über statistische Genauigkeit.• Diskussion von aufgetretenen Problemen.• Angaben über Zeitaufwand etc..

Typische Fehler in Inventurberichten

• Waldinventuren sind meistens recht komplexe Projekte- mit vielen verschiedenen Personen in verschiedenenFunktionen, und einem

- schwierig zu erfassenden “Objekt” (Wald).• Fehler können nicht vollständig vermieden werden, sollten aber so weit wie möglich reduziert werden.

• Man sollte deshalb nicht blind an die Ergebnisse “glauben“believe in the results”, sondern sie kritisch betrachtenund angemessen interpretieren.

• Systematische Fehler vs. Zufällige Fehler ?• Beispiele für Fehler ?• Auswirkungen ?

Kommentare überFehlerquellen in Waldinventuren

• Standardfehler.• Messfehler

• von metrischen Variablen (z.B. “Höhe”),• von kategorialen Variablen (z.B. “Stammqualität”),• bei der Einmessung der Probeflächen (Form, Größe, Hangkorrektur, Grenzbäume).

• Modellfehler (Höhenkurven, Volumenfunktionen).

• Wie können wir diese Fehler quantifizieren?• Üblicherweise wird in Waldinventuren nur der Standardfehler angegeben.

• Rolle der anderen Fehler?

Fehlerquellen

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..• ....

Quelle: Gertner

et al. 1992

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