Forståelse af de rumlige og tidsmæssige dimensioner af landskabsdynamik

Jordens overflade er genstand for konstante ændringer, der dynamisk former naturlige landskaber. Globale fænomener som klimaforandringer spiller en rolle, som på kort sigt, lokale begivenheder af naturlig eller menneskelig oprindelse. Forskergruppen 3D Geospatial Data Processing (3DGeo) fra Heidelberg Universitet har udviklet en ny analysemetode for at hjælpe med at forbedre vores forståelse af processer, der former jordens overflade ligesom dem, der observeres i kyst- eller højbjerglandskaber. I modsætning til konventionelle metoder, der normalt sammenligner to snapshots af topografien, Heidelberg-tilgangen kan – helt automatisk og over lange perioder – bestemme hvornår og hvor overfladeændringer forekommer, og hvilken type associerede ændringer de repræsenterer.

Metoden, kendt som spatiotemporal segmentering, blev udviklet under vejledning af prof. Dr. Bernhard Hoefle, hvis 3DGeo-gruppe er baseret på Institute of Geography og Interdisciplinary Center for Scientific Computing (IWR) ved Heidelberg University. "Ved at observere hele overfladehistorier, vores nye computerbaserede metode giver mulighed for mere fleksible tilgange. I modsætning til tidligere metoder, vi behøver ikke længere at specificere, hvilke individuelle forandringsprocesser vi ønsker at opdage, eller hvilke tidspunkter analysen skal omfatte, " siger geoinformationsforskeren. "I stedet, områder og hele tidsperioder, hvor lignende ændringer sker, identificeres helt automatisk. De enorme tredimensionelle datasæt fra de automatiske lasermålinger i landskabet afslører derved forskellige typer ændringer, som den direkte sammenligning af kun to målepunkter ikke gør."

Blandt andre teknikker, Prof. Hoefles team bruger terrestrisk laserscanning (TLS) til at måle bjerg- og kystlandskaber. Det genererer tredimensionelle modeller af et landskab repræsenteret som milliarder af målepunkter i såkaldte 3-D punktskyer. "Målesystemer installeres på stedet og fanger terrænet kort, regelmæssige intervaller over flere måneder, dermed generere tredimensionelle tidsserier, " forklarer Katharina Anders, en ph.d. studerende i Bernhard Hoefles forskningsgruppe og ved IWR ved Heidelberg Universitet. Disse 3-D tidsserier er specielle, fordi de indeholder både de tidsmæssige og rumlige – ergo 4-D – egenskaber ved overfladeændringer, som så kan gennemgås som i en time-lapse video.

"Spatiotemporal segmentering giver os mulighed for i detaljer at skelne mellem forskellige fænomener, som konventionelle metoder registrerer som en enkelt begivenhed eller nogle gange slet ikke, " fastslår Katharina Anders. Heidelbergs geoinformationsforskere anvendte deres metode til en 3D-tidsserie af en kyststrækning i Holland, som blev erhvervet hver time over fem måneder af forskere fra Delft University of Technology. Dataanalysen af ​​hele observationsperioden viste mere end 2, 000 ændringer, der repræsenterer midlertidig ophobning eller erosion af sand, der fandt sted forskellige steder i varierende størrelser og på tværs af forskellige tidsperioder. I dette tilfælde, den dynamiske transport af sand registreret af målesystemet var forårsaget af komplekse vekselvirkninger af vind, bølger, og menneskelig indflydelse. Som resultat, flere vognlæs sand blev i gennemsnit transporteret i et område på 100 kvadratmeter over en periode på fire uger, uden indflydelse fra større stormbegivenheder.

Fund af sådanne analyser danner grundlag for yderligere undersøgelser af specifikke fænomener eller underliggende processer. På samme tid, den opnåede information om overfladens dynamiske udvikling åbner nye muligheder for parametrisering og dermed tilpasning af computerbaserede miljømodeller. "Den metode, vi udviklede, giver derfor et overordnet bidrag til at forbedre vores geografiske forståelse af naturlige landskabsdynamikker, " tilføjer Katharina Anders.