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Tracking Water Dynamics of a Temperate Forest Under Drought and Non-Drought Conditions Using Active and Passive Microwave and Optical Remote Sensing

Hellwig, Florian Marcus und Fluhrer, Anke und Dubois, Clemence und Schellenberg, Konstantin und Chaparro, David und Zehner, Markus und Klosterhalfen, Anne und Piles, Maria und Schmullius, Christiane und Kunstmann, Harald und Jagdhuber, Thomas (2026) Tracking Water Dynamics of a Temperate Forest Under Drought and Non-Drought Conditions Using Active and Passive Microwave and Optical Remote Sensing. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. Wiley. doi: 10.1029/2025JG009240. ISSN 2169-8953.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JG009240

Kurzfassung

Water status, water dynamics, and ecohydrological resilience of a protected German beech forest during the 2018–2020 multi-year drought are assessed using over six years of multi-frequency remote sensing data, integrating active, passive, and optical sensors with varying canopy penetration depths, highlighting the importance of monitoring forests under extreme conditions. In this study, we investigate Sentinel-1 C-band backscatter (S-1 γ0) and the relative water content estimated from vegetation optical depth (RWCVOD) of AMSR2 (X- and C-bands) and SMAP (L-band) within the soil-plant-atmosphere system (SPAS). In addition, time series are intercompared and examined through correlation and sensitivity analyses applying tailored environmental and newly developed hydrological selection strategies. Our results show that S-1 γVH is most influenced by leaf area index and thus leaf biomass when sensed during dense vegetation (leaf-on), no-frost, and very wet conditions (r = −0.94). In contrast, during sparse vegetation (leaf-off), no-frost, stable dry-down, and extremely dry conditions, S-1 γVH is very sensitive to topsoil moisture (r = 0.91). Due to increased microwave attenuation, resulting in reduced S-1 γVH backscatter, an anti-cyclical behavior (negative correlations) is observed between almost all SPAS-based variables/proxies and S-1 γVH during leaf-on conditions. Conversely, this reverses to a cyclical behavior (positive correlations) during leaf-off conditions. Our results reveal that X- and C-band RWCVOD effectively detect drought onset by capturing fast water content changes in leaves and twigs of the top canopy due to shallow sensing depth, while L-band RWCVOD captures legacy effects after repetitive droughts through slower water content changes in branches and trunks of lower tree compartments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224675/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Tracking Water Dynamics of a Temperate Forest Under Drought and Non-Drought Conditions Using Active and Passive Microwave and Optical Remote Sensing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hellwig, Florian Marcusflorian.hellwig (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8878-8493215981599
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313215981600
Dubois, Clemenceclemence.dubois (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schellenberg, Konstantinkonstantin.schellenberg (at) uni-jena.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chaparro, Davidd.chaparro (at) creaf.uab.catNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zehner, Markusmzehner (at) bgc-jena.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klosterhalfen, Anneanne.klosterhalfen (at) uni-goettingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Piles, Mariamaria.piles (at) uv.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmullius, ChristianeC.Schmullius (at) uni-jena.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kunstmann, Haraldharald.kunstmann (at) kit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 April 2026
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Biogeosciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1029/2025JG009240
Verlag:Wiley
ISSN:2169-8953
Status:veröffentlicht
Stichwörter:SPAS VOD RWC Sentinel-1 SAR SMAP AMSR2
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Sicherheitsrelevante Erdbeobachtung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme > Aufklärung und Sicherheit
Hinterlegt von: Hellwig, Florian Marcus
Hinterlegt am:28 Mai 2026 09:06
Letzte Änderung:05 Jun 2026 13:29

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