Dieses Tutorial behandelt die Überwachung von Bodenversiegelung (Land-Artifiziellerung) und Habitatfragmentierung in der polnischen Stadt Poznań anhand von Copernicus-Urban-Atlas-Daten für die Referenzjahre 2012 und 2018 in einer Python-basierten Jupyter-Notebook-Umgebung. Mithilfe von Geospatial-Bibliotheken wie geopandas und geocube sowie der Wikio-HDA-API werden Vektordaten abgerufen, in Rasterdaten (100-Meter-Auflösung) konvertiert, Transitionsmatrizen berechnet und ökologische Korridore über Reibungs-Kostenmodelle bewertet. Die Analyse quantifiziert den Suburbanisierungsprozess, den Flächenverlust von Agrarland sowie die zunehmende Fragmentierung und Verschlechterung von Biodiversitätsreservoirs im städtischen Umland.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:00 Einführung in die Ökosystemgesundheit: Fokus auf Poznań (fünftgrößte Stadt Polens) als Fallstudie für urbane Expansion und rasches suburbanes Wachstum zwischen 2012 und 2018.
02:03 Python-Umgebung & Bibliotheken: Konfiguration des Workflows mit Python 3, geopandas für Vektorgeodaten, geocube für Vektor-zu-Raster-Konvertierungen, pandas/numpy für Datenarrays und matplotlib für Visualisierungen.
05:09 Wikio HDA API: Authentifizierung und automatisierter Download der Urban-Atlas-Produkte (Version v_021) für Poznań über die Wikio-Plattform mittels JSON-Datenanfragen.
11:10 Klassifikation & Vektordaten: Reduktion von Dutzenden Urban-Atlas-Klassen auf vier Hauptkategorien: künstliche/urbane Flächen, Landwirtschaft/Grünland, Wälder/Halbnaturräume sowie Wasser/Feuchtgebiete.
17:51 Transitionsmatrix: Kreuztabellierung der Rasterdaten zeigt die Umwandlung von über 2.500 Hektar Agrar- und Grünland in künstliche Flächen zwischen 2012 und 2018.
21:20 Rasterisierung & Kartenerstellung: Konvertierung von Vektor-Polygonen in ein Rastergitter mit 100-Meter-Auflösung (1 Pixel = 1 Hektar) zur präzisen Lokalisierung von Neubaugebieten und Infrastruktur in der Peripherie.
23:13 Fragmentierungsanalyse: Nachweis gestiegener Patch-Anzahlen und sinkender Durchschnittsgrößen in natürlichen und landwirtschaftlichen Klassen infolge der Zerschneidung durch urbane Expansion.
24:42 Biodiversitäts-Netzwerke: Modellierung von Waldpatches (>50 Hektar) mit einem 5-Kilometer-Dispersionsradius zur Abbildung der strukturellen Konnektivität.
29:48 Reibungs-Kostenmodell (Friction Map): Gewichtung von Ausbreitungskorridoren durch Zuweisung hoher Wegekosten für künstliche Flächen; Identifikation von 10 signifikant degradierten ökologischen Korridoren im städtischen Umland von Poznań im Jahr 2018.
Glossar
Bodenversiegelung (Land-Artifiziellerung): Die Umwandlung von natürlicher oder landwirtschaftlich genutzter Bodenoberfläche in künstliche, versiegelte Flächen (z. B. Gebäude, Straßen, Industrieanlagen).
Copernicus Urban Atlas: Ein europaweiter geodätischer Datensatz des EU-Erdbeobachtungsprogramms Copernicus, der detaillierte Informationen zur Landbedeckung und Landnutzung städtischer Ballungsräume liefert.
Jupyter Notebook: Eine webbasierte interaktive Programmierumgebung, die die Ausführung von Quellcode (hier Python), Textdokumentation und Datenvisualisierungen in einem Dokument vereint.
Geopandas: Eine Open-Source-Python-Bibliothek, die die Handhabung und räumliche Analyse von geografischen Vektordaten (Punkte, Linien, Polygone) in tabellarischer Form ermöglicht.
Geocube: Ein Python-Werkzeug zur Konvertierung von geografischen Vektordaten (GIS-Polygonen) in strukturierte Rasterdaten (Pixelgitter).
Vektor- und Rasterdaten: Vektordaten repräsentieren Geometrien mathematisch durch präzise Koordinaten (Punkte, Linien, Polygone); Rasterdaten bestehen aus einem gitterförmigen Raster aus Bildpunkten (Pixeln) mit spezifischen Attributwerten.
Transitionsmatrix: Eine mathematische Matrix, die die Übergangsraten und Flächenveränderungen von verschiedenen Landbedeckungsklassen zwischen zwei unterschiedlichen Zeitpunkten darstellt.
Patch (ökologischer Fleck): Ein räumlich zusammenhängendes Gebiet eines bestimmten Landbedeckungstyps (z. B. ein geschlossenes Waldstück), das sich von der umgestalteten Matrix abhebt.
Reibungs-Kostenmodell (Friction Map): Ein räumliches Analysevermodell, das den Widerstand oder die Kosten für die Bewegung von Tier- und Pflanzenarten durch verschiedene Landbedeckungstypen quantifiziert (z. B. hohe Reibungskosten durch urbane Barrieren).
Wikio HDA API: Eine Programmierschnittstelle der Wikio-Plattform zum automatisierten Abruf von harmonisierten Erdbeobachtungs- und Umweltdaten.