Mechanistische atmosphärische Dispersionsmodellierung zur Abschätzung von Risiken für die Grundnahrungsmittelproduktion durch windverbreitete Krankheiten und Insektenplagen

Description: Die Verluste in der globalen Nahrungsmittelproduktion durch Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden auf 17-30 % geschätzt (Savary et al., 2019). Viele der verheerendsten Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden durch die Luft übertragen und können sich entlang von Windströmungen über extrem große Entfernungen verbreiten. Sie überqueren Regionen, Länder und sogar ganze Kontinente (Aylor, 2017). Diese seltenen Ereignisse mit großem Verlustpotenzial können schwerwiegende Konsequenzen für die landwirtschaftliche Produktion haben, denn Sie können verheerende Epidemien und Insektenplagen auslösen. Während jüngste Fortschritte in den Bereichen meteorologische Modellierung, Fernerkundung und Computer-Technologie erste quantitative Abschätzungen des Risikos für solch langreichweitige atmosphärische Übertragung von Krankheiten und Schädlingen erlauben, bleiben doch zahlreiche offene Fragen, Herausforderungen und Modell-Unsicherheiten, die adressiert werden müssen, um Risiko-Abschätzungen für die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern (Meyer et al., 2017a,b; Meyer, 2018; Visser et al., 2018; Allen-Sader et al., 2019). Zentrale offene Fragen bleiben zum Beispiel bezüglich des Effektes von komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen Faktoren (z.B. Wind, Temperatur) und der Biologie von Pathogenen und Schadinsekten (z.B. Überlebenszeiten, Flugrichtung) auf charakteristische räumliche und zeitliche Ausbreitungsskalen, sowie auch bezüglich der Kopplung von realistischen Ausbreitungsmodellen mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt adressiert zwei Ziele: (i) Literatur-Review und Experten-Interviews als Grundlage für die Parameterisierung von existierenden atmosphärischen Transport-Modellen für besonders relevante windübertragene pflanzliche Krankheiten und Schadinsekten, sowie (ii) Fertigstellung eines kürzlich entwickelten Prototyps (bisher nicht publiziert) für ein neues GPU-basiertes Simulations-Tool, dass es erlauben wird realistische atmosphärische Verbreitungsmodelle mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen zu koppeln, um somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen und biologischen Faktoren besser verstehen zu können. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes, zusammen mit vorherigen Arbeiten des Autors, adressieren eine Lücke in der deutschen Forschungslandschaft. Die Integration des Walter-Benjamin Projektes in die Crop Sciences Group an der Universität Bonn als Gast-Institution mit enger Affiliation an das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) bieten ein exzellentes Forschungsnetzwerk, sodass unter der Leitung des wissenschaftlichen Mentors für dieses Projekt wertvolle Beiträge zu laufender Forschung erwartet werden können. Das Walter-Benjamin Programm würde mir den Einstieg in die deutsche Agrarlandschaftsforschung ermöglichen und damit einen wertvollen Beitrag leisten zu der Etablierung eines selbständigen Forschungsprofils.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bonn ? Biopharmazeutikum ? Photogrammetrie ? Phytopathologie ? Wind ? Epidemie ? Kartographie ? Nahrungsproduktion ? Tierischer Schädling ? Agrarproduktion ? Biotischer Faktor ? Geodäsie ? Literaturauswertung ? Pflanzenkrankheit ? Pflanzenzüchtung ? Risikoanalyse ? Schädling ? Modellierung ? Forschungsprojekt ? Ausbreitungsmodell ? Arbeit ? Fernerkundung ? Forschungskooperation ? Krankheitserreger ? Geoinformatics ? Geoinformatik ?

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• United Nations, UN Resident Coordinator Office (Projektverantwortung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Mechanistic atmospheric dispersal simulations in crop epidemiology to estimate risks for staple crop production from wind-borne transmission of crop diseases and insect pests
  Description: The global burden of crop diseases and insect pests on major food crops is estimated at 17-30% (Savary et al., 2019). Several of the most devastating crop diseases and insect pests can be transported by winds over extremely long distances; they cross regions, countries and even entire continents (e.g., Aylor, 2017). These low-probability but high-impact events can have severe consequences for agricultural production by causing epidemic outbreaks or insect pest infestations in previously uninfected areas. Whilst recent advances in meteorological modelling, remote sensing, and computational techniques allow for obtaining first quantitative estimates of wind-borne transmission risks that have recently been integrated into advanced real-time disease forecasting systems (e.g., Meyer et al, 2017a,b; Meyer, 2018; Visser et al., 2018; Allen-Sader et al., 2019), various open questions, challenges and uncertainties remain to be addressed for improving our understanding and capacity to predict risks for agricultural production posed by wind-borne transmission of crop diseases and insect pests. Key open questions evolve around the effect of complex interactions between meteorological drivers (e.g., wind, temperature) and biology of pathogens and insect pests (e.g., survival times, flight direction) on characteristic spatial and temporal dispersal scales, and around the integration of realistic atmospheric dispersal modelling components into epidemiological and crop modelling frameworks. The research proposed here addressed two key objectives: (i) review the literature and consult experts to obtain a parameterization of existing operational atmospheric transport models for a set of key wind-borne crop diseases and insect pests; (ii) continue previous work of the author (unpublished) on development and testing of a novel GPU-based simulation tool that allows for integrating realistic dispersal modelling into epidemiological and crop models for studying complex interactions between meteorological and biological factors. The results of the research proposed here - a parameterization of existing operational atmospheric dispersal models for key crop diseases and insect pests and a novel simulation tool for flexible exploratory numerical studies of wind-borne transmission of crop pathogens and insect pests - together with previous work of the author provides a toolbox and research profile that fills a gap in the German research landscape. The embedding of the Walter-Benjamin Project in the Crop Sciences Group at the University of Bonn with close affiliation to the Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) provides an excellent network, which, under the guidance of the scientific mentor, will enable valuable contributions to existing research efforts along with the design of follow-up projects. For me, the WBP will provide an extremely valuable stepping stone into the German research landscape on crop modelling. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140314

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/529743941 (Webseite)

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