Rezente Landschaftsveränderungen im Nanga Parbat-Gebiet (Nordwest-Himalaya)

Abstract

Land use / land cover change Analysen im Hochgebirge benötigen aufgrund der aus den extremen topoklimatischen Voraussetzungen resultierenden, hohen funktionalen und strukturellen Heterogenität der Ökosysteme groß- bis mittelmaßstäbige multitemporale raumbezogene Datenebenen. Für das im Hochgebirgsraum des NW-Himalaya (Nanga Parbat-Region, Nord-Pakistan) liegende Untersuchungsgebiet besteht trotz militärischer Restriktionen eine im regionalen Vergleich gesehen positive Datenlage. Die Zusammenstellung aus historischen und rezenten terrestrischen Klein- und Mittelformatbildern, historischem Kartenmaterial und einer multitemporalen Sequenz aus Multisensor-Satellitenbildern resultiert jedoch in einem heterogenen Datenpool hinsichtlich der Datenqualität, -genauigkeit und -auflösung. Ein integrativer Ansatz aus Photogrammetrie, Fernerkundung und GIS ist hier notwendig zur Erfassung und Bereitstellung von land use/land cover Zeitschnittinventaren im lokalen und regionalen Maßstabsbereich, einer GIS-basierten Bestimmung von land use/land cover Veränderungen (change detection) und einer abschließenden raumbezogenen Bewertung der detektierten Veränderungen zur Ausweisung von Gebieten mit kritischer Entwicklung. Der thematische Fokus der vorliegenden land use/land cover change Analyse liegt auf der Inventarisierung der Wald- und Kulturlandressourcen der Nanga Parbat-Region für den Zeitschnitt der 1990er Jahre (lokal) und 2000 (regional) sowie deren Veränderungen über einen Zeitraum von über 60 Jahren. Die Kenntnisse über das rezente Wald- und Kulturlandpotenzial und dessen räumliche Veränderungsmuster tragen zum Verständnis des komplexen lokal/regionalen Mensch-Umwelt-Wirkungsgefüges bei, indem das Ressourcenpotenzial im Kontext des vorherrschenden Landnutzungssystems mit nutzungsrelevanten in Beziehung gesetzt wird. <br /> Das vorliegende methodologische Konzept beinhaltet in der zentralen Analyse-Umgebung eines GIS die Verknüpfung von lokaler qualitativer und quantitativ analytischer Bildanalyse mit lokal bis regionaler visueller bzw. semi-automatischer Klassifikation der Satellitenbildsequenzen und der digitalen Bereitstellung historischer Informationsebenen zur Vegetation und Topographie. Die historischen Kartendaten werden einer umfassenden Quellenkritik unterzogen mit der abschließenden Aufstellung eines Karten-Qualitätsindexes. Eine systematische multitemporale Vergleichsanalyse terrestrischer Gegenhangfotografien leistet im Vorfeld der quantitativen Auswertung einen wertvollen Beitrag zur Dokumentation von Veränderungen, ist für die Validierung der raumbezogenen Daten unumgänglich und unterstützt die GIS-basierte Synthese von Veränderungen. Die photogrammetrische Auswertung der historischen terrestrischen Stereobilddaten und der konventionell stereographisch aufgenommenen Vergleichsbilder liefert wichtige land use/land cover Daten im lokalen Maßstabsbereich. Sehr hochaufgelöste Satellitenbilder (VHR: very high resolution) der ersten Generation (CORONA) sind ein adäquater Ersatz für regional nicht vorhandene oder nicht zugängliche Luftbilddaten zur Inventarisierung vermittelnder land use/land cover Zeitschnitte. Die primär visuelle Auswertung hochaufgelöster Fernerkundungsdaten (CORONA, SPOT-PAN, KFA-1000) kann durch eine objektbasierte Klassifikation wesentlich erleichtert und objektiviert werden. Auf der Basis von multispektralen HR-Satellitendaten (IRS-1C, ASTER) erbringen im regionalen Maßstabsbereich sowohl pixel- (ISODATA) als auch objektbasierte Verfahren gute Ergebnisse mit hoher Klassifikationsgüte. <br /> Historische qualitätsbereinigte Wald- und Kulturlanddaten und rezente Klassifikationsergebnisse werden in einem Postklassifikations-Ansatz verschnitten. Eine Steuerung der change detection erfolgt durch Ausschluss nicht sinnvoller Veränderungsklassen. Etwa ein Viertel der Waldstandorte der Nanga Parbat-Region sind in den letzten 60 Jahren abgeholzt worden. Die auf territorialen Nutzungsrechten basierende Aufstellung der rezenten Waldpotenziale und Waldverlustflächen in Teilgebieten der Region zeigt ein stark heterogenes Muster der Degradation. Das räumliche Muster der Veränderungen wird im Kontext der nutzungsrelevanten Einflussfaktoren durch die Verknüpfung von potenzieller Zugänglichkeit (Siedlungs- und Wegenetz-Buffer) und Bevölkerungsdruck bezogen auf die Waldfläche (Einwohner/ha Wald) bewertet. Als Ergebnis stehen sich in der Nanga Parbat-Region Gebiete mit hoher Nutzungsintensität und geringen Holzressourcen und Gebiete niedriger Nutzungsintensität und hohem Waldpotenzial gegenüber. Auch wenn aufgrund fehlender statistischer Eingangsgrößen aus dem komplexen Mensch-Umwelt-Wirkungsgefüge keine umfassende Klärung der verursachenden Faktoren erfolgen konnte, weist die konservative Abschätzung für eine nachhaltige Holznutzung in der Nanga Parbat-Region ein regional ausreichendes Holzpotenzial aus. Jedoch werden in einer lokal differenzierenden Sichtweise extreme Defizitgebiete sichtbar, die im Rahmen des lokalen Mensch-Umwelt-Systems primär durch eine Konstellation aus aktuellem Ressourcenpotenzial, Besiedlungsgeschichte, Bevölkerungsentwicklung und Zugänglichkeit bedingt sind. <br /> Der in der vorliegenden Arbeit angewandte integrative Methoden-Ansatz bietet einen umfassenden Analyserahmen von land-use/land-cover changes im Hochgebirge, aus dem ein lokales bis regionales Informationssystem zur Überwachung des Umweltzustandes resultiert. Zudem sind die Daten der Einzelkomponenten dieses methodenpluralistischen Ansatzes für das Anwendungsgebiet einfach zu aktualisieren. Sie tragen zum Monitoring der Wälder und Kulturlandflächen und ihren verändernden anthropogenen wie auch natürlichen Einflussfaktoren bei.

<strong>Recent landscape changes in the Nanga Parbat-Region (Northwest-Himalaya) - an investigation with a combined method of photogrammetry, satellite remote sensing and geographic information systems (GIS)</strong><br /> Land use/Land cover change analyses in high mountainous regions require large to medium-scale, multi-temporal, spatial data due to the high functional and structural heterogeneity of the ecological systems. Despite military restrictions, a positive data situation exists in the high mountainous area of the NW-Himalayas (Nanga Parbat region, North Pakistan) in comparison to neighbouring regions. The combination of older and more recent small and middle format terrestrial images, historic maps and a multi-temporal sequence of multi-sensor satellite data results in a heterogeneous pool of data regarding the quality, accuracy and resolution of data. An integrative method of photogrammetry, remote sensing and geographic information system (GIS) is vital for the evaluation of multi-temporal land use/land cover inventories in local and regional scales, the GIS-based analysis of land use/land cover change (change detection) and the final spatial assessment of the detected changes with the identification of areas of critical development. This land use/land cover change analysis is focused upon the compilation of inventories of the forest and irrigation land resources of the Nanga Parbat region during the 1990s (local scale) and 2000 (regional scale) in addition to their changes over a period of more than 60 years. The knowledge of the recent potential of forest and irrigated land and its spatial pattern of change contributes to the understanding of the complex local/regional man-environment system. In explanation, the resource potential is set in relation to the context of the regional land use system with influencing factors relevant to use. <br /> Using a GIS as an analysis tool for the assessment of changes (determination of the intensity of usage of the forest areas, identification of areas of critical use) this methodological concept includes the integration of local qualitative and quantitative analytical image analysis with local to regional visual, i.e. semi-automatic, classification of the satellite image sequence and the digitalisation of historic data regarding vegetation and topography. A comprehensive source review of the historical map data with a concluding map quality index form one the basis of the change detection. The systematic multi-temporal comparative analysis of terrestrial images provides a valuable contribution to the documentation of changes prior to the quantitative analysis and is necessary for the validation of the spatial data as well as supporting the GIS-based synthesis of changes. The photogrammetric evaluation of the historic terrestrial stereo images and the conventional stereographic images taken for the purpose of comparison provides important land use / land cover data in local scale. Very high-resolution, first generation, satellite images (CORONA) are an adequate alternative for unavailable or inaccessible regional aerial images for the intermediate land use/land cover inventory. The primary visual interpretation of very high-resolution remote sensing data (CORONA, SPOT-PAN, KFA-1000) can be made easier and more objective by an object-orientated classification. Pixel (ISODATA) and object-based classification processes achieve good results with high classification accuracy, based upon multi-spectral high-resolution satellite images (IRS-1C, ASTER).<br /> Qualitatively corrected historic forest and irrigation data and recent classification results are overlaid in a post-classification comparison. Control of the change detection process is ensured by the exclusion of senseless classes of change. Approximately a quarter of montane forest areas of the Nanga Parbat region have been felled. The listing of recent forest potential and deforested areas in certain parts of the region, based on territorial right of access and utilisation, shows a strong heterogeneous pattern of degradation. The spatial pattern of the changes is valued regarding the influential factors relevant to usage - in this study the connection between potential accessibility (settlement and road buffer) and demographic pressure with regard to forest areas (inhabitants/ha forest) has been examined. This results in the existence of areas of both high intensity of use with low wood resources as well as areas of low intensity of use and high forest potential in the Nanga Parbat region. Although no comprehensive explanation of the causal factors was possible due to missing statistical parameters from the complex man-environment system, a conservative estimate suggests a sustainable forest use with a sufficient regional wood potential in the Nanga Parbat region. However, extreme areas of deficit can be found within the region. The primary causes of these areas of deficit are a complex mixture of resource potential, history of settlement, demographic development and accessibility.<br /> The integrative method applied in this study offers a comprehensive analysis framework of land use / land cover changes in high mountainous areas. A local to regional information system for the monitoring of the environmental situation has resulted from this. In addition, the data concerning the single components of this integrative method for the studied area can be updated very simply and will contribute to the future monitoring of the forest areas for the anthropogenic and natural factors of influence.