Insekten spielen eine bedeutende Rolle im Erhalt von Waldökosystemen, haben aber auch eine nicht zu vernachlässigende ökonomische Bedeutung. Obwohl die ökologische sowie ökonomische Bedeutung von Insekten bekannt ist, gibt es bisher wenig Forschung zu den Dynamiken von herbivoren Insekten in der westamerikanischen Nadelholzzone, insbesondere durch die Art Choristoneura occidentalis. Der Mangel an Studien kann durch ein Fehlen von geeigneten Methoden zur Quantifizierung von Insektenausbrüchen auf der Landschafts- und Regionalskala erklärt werden. Die Nutzung von Fernerkundung vermag diese Wissenslücke zu schließen. Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist daher, anhand von Fernerkundung ein besseres Verständnis der raumzeitlichen Muster von Insektenausbrüchen in der nord-west amerikanischen Nadelholzzone zu erlangen. Die spezifischen Forschungsfragen der Dissertation sind: (1) Inwieweit kann Fernerkundung die Kartierung und Quantifizierung von Insektenausbrüchen, insbesondere durch Herbivoren, unterstützen? (2) Was sind die raumzeitlichen Muster und Prozesse von Ausbrüchen des Choristoneura occidentalis in der west-nord-amerikanischen Nadelholzzone? Anhand des rezenten Ausbruches in Britisch Kolumbien, Kanada, wurde gezeigt, dass Fernerkundung ein geeigneter Weg ist um die raumzeitlichen Muster von Choristoneura occidentalis zu rekonstruieren. Mit dieser Erkenntnis konnten die hauptsächlichen Triebkräfte hinter diesen raumzeitlichen Mustern erklärt werden. So zeigte sich, dass sich die Dynamiken durch Ausbreitung adulter Motten, eine hohe Abundanz von Wirtsbäumen, Wetter, sowie deren Interaktion erklärt werden konnte. Aus den Ergebnissen kann geschlossen werden, dass Ausbrüche herbivorer Insekten in der westamerikanischen Nadelholzzone durch Prozesse welche über ein Management auf Standesebene hinausgehen bestimmt werden. Ein nachhaltiges Waldmanagement sollte daher neben Standfaktoren auch Faktoren auf Landschafts- und Regionalebene berücksichtigen. / Insect disturbances play a key role for maintaining healthy forest ecosystems, though they are also important for the timber industry, reducing yields and wood quality during major outbreaks. Despite the ecological and economic importance of insect disturbances, the outbreak dynamics of defoliating insects of the coniferous forests of western North America -- in particular the western spruce budworm Choristoneura occidentalis - are yet poorly understood. This is partly caused by a lack of suitable methods for quantifying landscape to regional scale outbreak patterns. Remote sensing time series analysis can help overcoming this challenge. Consequently, the overall goal of this dissertation was to increase the understanding of landscape to regional scale patterns and processes of insect defoliator disturbances in the coniferous forests of western North America with the help of Landsat remote sensing. Precisely, the research questions of the dissertation were: (1) How can Landsat remote sensing be used to map and quantify insect defoliator outbreaks? (2) What are the spatiotemporal patterns and processes of outbreaks of western spruce budworm in the coniferous forests of western North America? Using the current outbreak in British Columbia as example, it could be demonstrated that Landsat time series can be used to map and quantify the spatial and temporal dynamics of budworm outbreaks at the landscape and regional scale. The outbreak dynamics were mainly driven by direct effects and interactions of moth dispersal, host abundance, and weather patterns. Concluding from my results, it is suggested that outbreaks of forest defoliators in the coniferous forests of western North America are governed by factors that go beyond stand level management. Forest management thus should consider those factors in their operational planning, as well as in their models of future forest change.

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Tropische Trockenwälder sind von großer Bedeutung für das Klima, die biologische Vielfalt und den Lebensunterhalt von Millionen von Menschen. Die Walddegradation bedroht die tropischen Trockenwälder, aber es fehlt an Wissen über ihre Muster, ihr Ausmaß und ihre Ursachen. Ziel dieser Arbeit war es, das derzeitige Verständnis der Walddegradation im argentinischen Dry Chaco mit Hilfe der Fernerkundung zu verbessern. Mithilfe des Landsat-Archivs habe ich die Störungsgeschichte des verbleibenden Waldes charakterisiert, die räumlichen und zeitlichen Muster der Störungsfaktoren bewertet und die langfristigen Auswirkungen der verschiedenen Faktoren auf die Waldstruktur untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass über 30 Jahre hinweg große Gebiete des argentinischen Dry Chaco (etwa 8 %) von Störungen betroffen waren. Meine Ergebnisse zeigen einen anthropogenen Zusammenhang mit den meisten Störungsarten, deuten aber auch auf einen komplexen indirekten Einfluss von Niederschlagsmustern hin, wobei Waldstörungen in Dürrejahren besonders verbreitet sind. Die Analyse der zeitlichen Muster der verschiedenen Einwirkungen zeigt Trends in der Landnutzung im Laufe der Zeit, wobei neue Landnutzungsformen wie silvopastorale Systeme entstehen und alte Praktiken wie die Abholzung jedes Jahr einen relativ stabilen Anteil der Flächen betreffen. Die Ergebnisse zu den langfristigen Auswirkungen von Störungen zeigen, dass sich die Waldstruktur bei den am weitesten verbreiteten Störungen über drei Jahrzehnte kaum oder gar nicht erholt, was auf eine großflächige Walddegradation schließen lässt. Diese Arbeit zeigt das Potenzial von Satellitenzeitreihen für eine robuste Charakterisierung der Walddynamik im Zusammenhang mit der Degradation auch in tropischen Trockenwäldern. Die aus dieser Arbeit resultierenden Karten, Ansätze und Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Walddegradation im Dry Chaco bei und können zu einem wirksameren Schutz der tropischen Trockenwälder beitragen. / Tropical dry forests are of great importance for climate regulation, harbour biodiversity and sustain the livelihood of millions of people. Deforestation and degradation threaten tropical dry forests but whereas our understanding of tropical deforestation has increased tremendously over the last decades, knowledge of the patterns, extent and drivers of forest degradation is lacking. This thesis aimed to advance the current understanding of forest degradation in the Dry Chaco by means of remote sensing. Using the Landsat archive, I characterized the disturbance history of the remaining Argentine Dry Chaco forest, assessed spatial and temporal patterns of disturbance agents, and investigated the long-term effect of different agents on forest structure. Results show that over 30 years large areas of the Argentine Dry Chaco (about 8%) were affected by disturbances. My findings reveal an anthropogenic link to most types of disturbances, while also suggesting complex indirect influence of precipitation patterns, with forest disturbances being particularly widespread during drought years. The analyses of temporal patterns of different agents reveals trends in land-use practices over time, with new land uses emerging, such as silvopastoral systems, and old practices such as logging, affecting a fairly stable share of areas every year. Findings on the long-term impact of disturbances indicate that for the most widespread disturbances, forest structure shows little or no recovery over three decades, which suggests forest degradation affecting large areas. This thesis demonstrates the potential of satellite time series for robust characterization of forest dynamics related to degradation also in tropical dry forests, despite the complex conditions these systems represent. The maps, approaches and knowledge resulting from this thesis contribute to a better understanding of forest degradation in the Dry Chaco and can inform more effective conservation of tropical dry forests.

Les forêts sont une ressource naturelle importante sur le plan écologique, culturel et économique, et sont confrontées à des défis croissants en raison des changements climatiques. Ces défis sont difficiles à prédire en raison de la nature complexe des interactions entre le climat et la végétation, dont une le feu. Compte tenu de l’importance des écosystèmes forestiers, des dangers potentiels des feux de forêt et de la complexité de leurs interactions, il est primordial d'acquérir une compréhension de ces systèmes à travers le prisme de la science des systèmes complexes. La science des systèmes complexes et ses techniques de modélisation associées peuvent fournir des informations sur de tels systèmes que les techniques de modélisation traditionnelles ne peuvent pas. Là où les techniques statistiques et basées sur équations cherchent à contourner la dynamique non-linéaire, auto-organisée et émergente des systèmes complexes, les approches de modélisation telles que les automates cellulaires et les modèles à base d'agents (MBA) embrassent cette complexité en cherchant à reproduire les interactions clés de ces systèmes. Bien qu'il existe de nombreux modèles de comportement du feu qui tiennent compte de la complexité, les MBA offrent un terrain d'entente entre les modèles de simulation empiriques et physiques qui peut fournir de nouvelles informations sur le comportement et la simulation du feu. Cette étude vise à améliorer notre compréhension du feu dans le contexte de la science des systèmes complexes en développant un tel MBA de propagation du feu. Le modèle utilise des données de type de carburant, de terrain et de météo pour créer l'environnement des agents. Le modèle est évalué à l'aide d’une étude de cas d'un incendie naturel qui s'est produit en 2001 dans le sud-ouest de l'Alberta, au Canada. Les résultats de cette étude confirment la valeur de la prise en compte de la complexité lors de la simulation d'incendies de forêt et démontrent l'utilité de la modélisation à base d'agents pour une telle tâche. / Forests are an ecologically, culturally, and economically important natural resource that face growing challenges due to climate change. These challenges are difficult to predict due to the complex nature of the interactions between climate and vegetation. Furthermore, fire is intrinsically linked to both climate and vegetation and is, itself, complex. Given the importance of forest ecosystems, the potential dangers of forest fires, and the complexity of their interactions, it is paramount to gain an understanding of these systems through the lens of complex systems science. Complex systems science and its attendant modeling techniques can provide insights on such systems that traditional modelling techniques cannot. Where statistical and equation-based techniques seek to work around the non-linear, self-organized, and emergent dynamics of complex systems, modelling approaches such as Cellular Automata and Agent-Based Models (ABM) embrace this complexity by seeking to reproduce the key interactions of these systems. While there exist numerous models of fire behaviour that account for complexity, ABM offers a middle ground between empirical and physical simulation models that may provide new insights into fire behaviour and simulation. This study seeks to add to our understanding of fire within the context of complex systems science by developing such an ABM of fire spread. The model uses fuel-type, terrain, and weather data to create the agent environment. The model is evaluated with a case study of a natural fire that occurred in 2001 in southwestern Alberta, Canada. Results of this study support the value of considering complexity when simulating forest fires and demonstrate the utility of ABM for such a task.