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Monitoring and modelling landscape structure, land use intensity and landscape change as drivers of water quality using remote sensing

Lausch, Angela und Selsam, Peter und Heege, Thomas und Trentini, von, Fabian und Almeroth, Alexander und Borg, Erik und Klenke, Reinhard und Bumberger, Jan (2025) Monitoring and modelling landscape structure, land use intensity and landscape change as drivers of water quality using remote sensing. Science of the Total Environment (960), Seiten 1-16. Elsevier. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.178347. ISSN 0048-9697.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/journal/science-of-the-total-environment

Kurzfassung

The interactions between landscape structure, land use intensity (LUI), climate change, and ecological processes significantly impact hydrological processes, affecting water quality. Monitoring these factors is crucial for understanding their influence on water quality. Remote sensing (RS) provides a continuous, standardized approach to capture landscape structures, LUI, and landscape changes over long-term time series. In this study, RS-based indicators from Landsat data (2018–2021) were used to assess landscape structure, LUI, and land use change for a study area in northern Germany, applying the ESIS/Imalys tool. These indicators were then used to model and predict water quality (Chla) in 119 standing waters. Various machine learning methods, including Generalised Linear Models, Support Vector Machines, Deep Learning, Decision Trees, Random Forest, and Gradient Boosted Trees, were tested. The Random Forest model performed best, with a correlation of 0.744 ± 0.11. Indicators related to landscape structure, such as iversity_mean (0.376) and relation_mean (0.292), had the highest global correlation weights, while LUI and land use change indicators like NirV2_mean (0.369) and NirV_regme (0.284) were also significant. All indicators and their effects on water quality (Chla) are discussed in detail. The study highlights the potential of the ESIS/Imalys tool for quantifying landscape structure, LUI, and land use change with RS to model and predict water quality and suggests directions for future model im­ provements by incorporating additional influencing factors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217541/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Monitoring and modelling landscape structure, land use intensity and landscape change as drivers of water quality using remote sensing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lausch, AngelaComputational Landscape Ecology, Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ), Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-4490-7232NICHT SPEZIFIZIERT
Selsam, PeterUFZ LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heege, ThomasEOMAP GmbH & Co. KGNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trentini, von, FabianEOMAP GmbH & Co. KG, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almeroth, AlexanderDepartment of Physical Geography and Geoecology, Martin Luther University Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 4, D-06120 Halle, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Borg, ErikErik.Borg (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8288-8426195269540
Klenke, ReinhardUFZ LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bumberger, JanHelmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Science of the Total Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.178347
Seitenbereich:Seiten 1-16
Verlag:Elsevier
ISSN:0048-9697
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Remote sensing, Water quality, Landscape structure, Land use intensity, Landscape change, Machine learning
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HGF - Programm:Raumfahrt
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Fernerkundung u. Geoforschung
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Nationales Bodensegment
Hinterlegt von: Borg, Prof.Dr. Erik
Hinterlegt am:27 Okt 2025 09:50
Letzte Änderung:27 Okt 2025 09:50

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