Räumliche Analyse von Trockenheitssymptomen im Schweizer Wald mit Sentinel-2-Satellitendaten

Andri Baltensweiler, Philipp Brun, Joanna Pranga, Achilleas Psomas, Niklaus E. Zimmermann, Christian Ginzler

Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)*, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH) *Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf, E-Mail andri.baltensweiler@wsl.ch, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)

Multispektrale Satellitenbilder in hoher zeitlicher Wiederholung wurden genutzt, um die Gebiete in der Schweiz zu ermitteln, in denen die Buchen, aber auch die Nadelbäume besonders stark von der im Sommer 2018 herrschenden Trockenheit betroffen waren. Hierfür wurden aus den Satellitenbildern Vegetationsindizes berechnet und Schwellenwerte für Trockenheitssymptome wie die vorzeitige Verbraunung abgeleitet. Durch die freie Verfügbarkeit der Sentinel-2-Daten des Copernicus-Programms und von Cloud-Plattformen wie Google Earth Engine konnten die Analysen rasch durchgeführt werden.

Analyse spatiale des symptômes de sécheresse dans la forêt suisse avec les données des satellites Sentinel-2

Les images satellites multispectrales à haute résolution spatiale et temporelle sont appropriées pour analyser les effets de la sécheresse sur les forêts. C’est pourquoi nous avons utilisé les images des satellites Sentinel-2 et en avons dérivé les indices de végétation «Normalized Difference Vegetation Index» (NDVI) et «Normalized Difference Water Index» (NDWI). A l’aide de ces indices, on peut estimer la vitalité et la teneur en eau de la végétation. Les indices ont été calculés à différentes dates de l’été 2018 et comparés avec ceux des dates correspondantes des deux années précédentes. En recoupant avec les enquêtes de terrain, nous avons déterminé une valeur seuil pour les hêtres présentant des symptômes de sécheresse. Les résultats montrent que le NDWI est particulièrement bien adapté pour détecter la décoloration précoce des houppiers de hêtres. Pour une cartographie nationale des hêtres présentant des symptômes de sécheresse, nous avons combiné différentes valeurs de seuil basées sur le NDWI et le NDVI. La carte dérivée indique que la sécheresse a surtout touché les hêtraies du nord de la Suisse près de Schaffhouse, le long du Rhin en direction de Bâle et du nord de l’Ajoie. La première apparition de décolorations foliaires a eu lieu début juillet au nord de Baden, suivie par Schaffhouse. Le NDWI a aussi permis d’identifier les peuplements de résineux présentant des symptômes de sécheresse en 2018. Les possibilités d’analyses basées sur les images Sentinel-2 sont vastes. Actuellement, nous les employons pour identifier par exemple les stations et les peuplements qui ont été particulièrement infestés par les scolytes en 2019.

Baumwasserdefizite erreichten im Sommer 2018 Höchstwerte - war das aus dem All erkennbar?

Roman Zweifel, Christian Ginzler, Achilleas Psomas, Sabine Braun, Lorenz Walthert, Sophia Etzold

Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)*, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Institut fürangewandte Pflanzenbiologie AG, IAP (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)

Nur gerade 20 mm2 beträgt im Monitoringnetzwerk TreeNet die Messfläche eines Dendrometers auf der Oberfläche eines Baumstammes, während die Satelliten Sentinel-2 Tausende von Quadratkilometern mit einer Auflösung von 100 m2 erfassen. Die Daten aus dem Jahr 2018 zeigen, dass die durch die herrschende Trockenheit verursachten, zum Teil extrem hohen Baumwasserdefizite von Einzelbäumen zumindest zum Teil aus dem All zu erkennen waren und unterschiedlich grosse Auswirkungen auf das Stammwachstum hatten. Während das Wachstum der TreeNet-Fichten fast durchwegs einbrach, war dasjenige der im Netzwerk enthaltenen Buchen und Waldföhren uneinheitlich und dasjenige der Eichen eher besser.

Les déficits hydriques des arbres ont atteint des valeurs maximales durant l'été 2018 — était-ce visible depuis l'espace?

Dans le réseau de surveillance TreeNet, un dendromètre ne couvre que 20 mm2 de la surface d’un tronc d’arbre, tandis que les satellites Sentinel-2 enregistrent des milliers de kilomètres carrés avec une résolution de 100 m2. Les données de 2018 montrent que les déficits hydriques extrêmement élevés causés par la sécheresse et mesurés sur les arbres individuels ont pu être détectés au moins en partie depuis l’espace, et qu’ils ont eu un impact plus ou moins important sur la croissance annuelle du tronc. Au sein du réseau TreeNet, alors que la croissance des épicéas s’est presque complètement effondrée, celle des hêtres et des pins sylvestres a été inégale et celle des chênes plutôt meilleure. Cependant, les deux indicateurs de stress lié à la sécheresse concordent plus ou moins bien selon les endroits. Des efforts de recherche supplémentaires sont nécessaires afin de réduire les inexactitudes et les distorsions dans les deux jeux de données, ou pour élaborer de nouveaux indicateurs encore plus pertinents. L’objectif demeure la production d’informations sur le bilan hydrique des arbres sur de vastes superficies à partir d’images satellites.

Kronenzustand und Zuwachs in Schweizer Buchenwäldern während der Trockenheit 2018

Brigitte Rohner, Adrian Lanz, Fabrizio Cioldi, Rolf Meile, Esther Thürig, Marco Ferretti

Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)*, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH), Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL (CH)

Während der Trockenheit 2018 wurden in einigen Regionen der Schweiz bei der Buche frühe Kronenverfärbungen und vorzeitige Blattverluste beobachtet. Die tatsächliche Verbreitung und das Ausmass dieser Kronenreaktionen sowie deren Einfluss auf das Wachstum der Bäume blieben aber unklar. Im Spätsommer 2018 wurden deshalb 75 Probeflächen des Schweizerischen Landesforstinventars (LFI), auf denen mindestens eine Buche steht und die bereits im Frühjahr 2018 im Rahmen der regulären LFI-Datenerhebung vermessen wurden, erneut aufgesucht. Dabei wurde bei der Buche der Kronenzustand beurteilt und bei allen Baumarten der seit dem Frühjahr geleistete Grundflächenzuwachs ermittelt. Der vorliegende Artikel fasst die ersten Erkenntnisse dieser Ad-hoc-Erhebung zusammen.

Etat des couronnes et croissance des hêtraies suisses pendant la sécheresse de 2018

L’Inventaire forestier national suisse (IFN) mesure l’état et l’évolution de la forêt suisse depuis 1983. Une partie des placettes de l’IFN du nord des Alpes suisses ont été échantillonnées au printemps 2018. Parmi cellesci, 75 placettes contenant au moins un hêtre ont été rééchantillonnées à la fin de l’été 2018. Au total, le diamètre de 821 arbres a été remesuré afin d’évaluer leur croissance au cours de l’été. La défoliation et la décoloration du feuillage des hêtres ont également été estimées. Les résultats de cet échantillonnage ad hoc ont montré qu’environ un cinquième des arbres sur environ un quart de la surface avaient subi une défoliation et une décoloration significatives à la fin de l’été. Entre avril et août 2018, les hêtres fortement affectés ont eu une croissance significativement plus faible que les hêtres non affectés. La croissance des hêtres affectés était significativement plus faible que celle prédite par les modèles statistiques de l’IFN pour un arbre soumis à des conditions moyennes. Les pertes de croissances observées chez les autres espèces d’arbres étaient encore plus importantes. Ces résultats indiquent que durant l’été 2018, l’ensemble de la population d’arbres a été soumise à une réduction significative de croissance dans les placettes considérées.

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