Die frühe Blüte einiger der ikonischen Kirschblüten in Washington D.C. in diesem Jahr löste eine Flut von Fragen aus: Signalisierten Bäume Sensibilität gegenüber dem Klimawandel?
Während Wissenschaftler versuchen, die Auswirkungen des Klimas auf Bäume zu verstehen, helfen ihnen Fortschritte in der Bildgebungstechnologie dabei, sowohl den gesamten Wald als auch jeden einzelnen Baum zu sehen. Hochauflösende Bilder von Cubesats – kleinen, schuhkartongroßen Geräten, die in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht werden – helfen Umweltwissenschaftlern, präzisere Messungen über die Reaktion von Bäumen auf ein sich erwärmendes Klima durchzuführen.
Mithilfe von Cubesat-Bildern wirft eine neue Forschung von Prof. Michael Alonzo, Assistenzprofessor für Umweltwissenschaften am College of Arts and Sciences der American University, Fragen zur Rolle der Wärme beim frühen Beginn der Vegetationsperioden städtischer Wälder auf.
Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft der gesamten Umwelt.
Den Ergebnissen zufolge fördert die städtische Hitze möglicherweise nicht das „Grünwerden“ oder das saisonale Entstehen von Vegetationsblättern in dem Maße, wie bisher angenommen wurde. Dies liegt daran, dass Wissenschaftler sich auf pixelige Bilder von Satelliten mit mittlerer Auflösung verlassen haben und die Mischung aus Pflanzen, Gräsern und Bäumen in jedem Pixel den Eindruck erweckte, als ob die Baumkronen in Städten früher grün würden.
„Wenn wir herausfinden wollen, ob eine bestimmte Art oder Pflanze ihren Lebenszyklus aufgrund der Erwärmung verändert, müssen wir die einzelnen Individuen und ihre Interaktion mit ihrer Umwelt genauer betrachten“, sagte Alonzo.
Die Untersuchung des städtischen Wärmeinseleffekts gibt Wissenschaftlern eine Vorschau darauf, wie sich die globale Erwärmung auf die Vegetation in nichtstädtischen Gebieten auswirken könnte. Der städtische Wärmeinseleffekt tritt auf, wenn undurchlässige Oberflächen Wärme einfangen und abstrahlen und dazu führen, dass die Temperaturen in Städten um 2 bis 3 Grad wärmer werden als in nichtstädtischen Gebieten.
Mit Satellitentechnik untersuchen Wissenschaftler große Flächen von Bäumen und deren Vegetationsperioden. Dies hat zu der Schlussfolgerung geführt, dass Bäume in Städten im Vergleich zu Bäumen in ländlichen und natürlichen Gebieten früher grün werden und später Blätter verlieren. Wissenschaftler führen längere Vegetationsperioden größtenteils auf Hitze zurück. Alonzos Arbeit mit Bildern von Cubesats stellt dies in Frage.
„Viele Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Urbanisierung und den städtischen Wärmeinseleffekt als Grund für längere Vegetationsperioden“, sagte Alonzo. „Städtische Wärme spielt eine Rolle, aber wir überschätzen ihre Bedeutung möglicherweise.“
Bei einem Spaziergang durch jede Stadt, auch nur für einen kurzen Spaziergang, werden Sie eine komplexe und abwechslungsreiche Vegetation sehen: Kulturbäume, Sträucher und Rasengras in stark bewirtschafteten Gebieten vermischen sich eng miteinander und sind mit natürlicher Vegetation und undurchlässigen Oberflächen durchsetzt. Pixelierte Bilder ermöglichen es Wissenschaftlern nicht, alle diese verschiedenen Arten einzeln zu untersuchen, und die Technologie liefert auch nicht täglich Bilder. Mithilfe von Cubesat-Bildern können Wissenschaftler kontinuierliche Veränderungen überwachen, beispielsweise die Entwicklung der Blätter Tag für Tag, wenn die Vegetationsperiode beginnt.
Alonzo und seine Kollegen luden Cubesat-Bilder herunter – für die Vegetationsperioden von 2018 bis 2020 – und deckten mehr als 10.000 Baumkronen auf Straßen in Washington, D.C. ab, in einer Stichprobe, die 29 Arten breitblättriger, blätterwerfender Bäume umfasste.
Sie fügten Hunderte von Bildern zusammen, die fast jeden Tag aufgenommen wurden, überwachten den Zeitpunkt des Grüns im Frühjahr und den Blattverlust im Herbst für jeden Baum und analysierten, inwieweit und auf welche Weise die Länge der Vegetationsperiode eines Baumes auf seine Art zurückzuführen ist viel zu seinem Pflanzort. Sie untersuchten auch, wie andere Standortfaktoren wie Lufttemperatur und undurchlässige Oberflächenbedeckung diese Zeitpunkte beeinflussten, indem sie andere verfügbare Daten verwendeten.
Alonzo kommt zu dem Schluss, dass das Verständnis, wie die Artenzusammensetzung zwischen ländlichen und städtischen Gebieten variiert, von entscheidender Bedeutung ist, um Modelle darüber zu verbessern, wie Bäume und andere Vegetationsarten auf Hitze reagieren. Obwohl die Studie an Bäumen in DC durchgeführt wurde, gelten die Ergebnisse laut Alonzo auch für andere städtische und nichtstädtische Gebiete sowie für verschiedene Baumarten.
Während Cubesats oft mit der NASA oder der privaten Raumfahrtindustrie in Verbindung gebracht werden, ist Alonzo Teil einer kleinen, aufstrebenden Gruppe von Wissenschaftlern, die Bäume anhand ihrer Bilder untersuchen. Bei seinen Analysen der Baumgesundheit nutzt er viele Hilfsmittel, darunter Drohnen und Satelliten, und reist mit dem Fahrrad oder dem Auto durch Washington, D.C., um Lufttemperaturwerte zu sammeln. Diese Tools lassen sich gut mit Cubesats kombinieren, da Wissenschaftler neue Methoden zur Kartierung und Überwachung von Ökosystemen nutzen, sagte Alonzo.
In Zukunft wird Alonzo mit Professoren der School of International Service zusammenarbeiten, um mithilfe von Cubesat-Bildern Veränderungen in der landwirtschaftlichen Tätigkeit in Nigeria und Waldveränderungen in Haiti zu überwachen.
Mehr Informationen:
Michael Alonzo et al.: Die Zusammensetzung des Blätterdachs treibt die Variabilität der städtischen Vegetationsperiodenlänge stärker voran als der Wärmeinseleffekt. Wissenschaft der gesamten Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.163818