Das integrierte Flussauenmodell INFORM in der Version 2.0 wurde im Jahre 2003 vorgestellt [Fuchs et al., 2003] und ist seitdem in der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) im Einsatz. Es vereint in sich Regelsätze und Simulationsmodelle für die unterschiedlichsten Fragestellungen bezüglich Abiotik und Biotik (zusammengefasst bezeichnet als Ökologie) der Flüsse und Flussauen. Im Laufe der Entwicklung und Anwendung des Systems wurden die Ansprüche der Nutzer und Anforderungen der Wissenschaft komplexer. Die Grundlagen der ökologischen Flussauenmodellierung und die Modellgrundlagen von INFORM 2.0 sind in der Mitteilung Nr. 25 der Bundesanstalt für Gewässerkunde vom Mai 2003 ausführlich beschrieben worden. Mit dem vorliegenden Bericht wird die Weiterentwicklung zur Version 3 vorgestellt. INFORM betrachtet ökologische Zusammenhänge in der Flussaue. In der Modellierung wird der Wirkungspfad Abfluss -> Flusswasser -> Grundwasser -> Boden -> Biotik verfolgt und bewertet. Der Modellablauf folgt dabei der Vorstellung, dass neben der Nutzung der Faktor Flusswasserstand und seine Dynamik für das Ökosystem Fluss und Aue von entscheidender Bedeutung ist und das Vorkommen von Pflanzen und Tieren sowie die Artenzusammensetzung ihrer Lebensgemeinschaften (Vegetation und Fauna) stark beeinflusst. INFORM bereitet ökologisch relevante Daten einer Flussaue zu planungs- und entscheidungserheblichen Ergebnissen auf. Damit ist es als Planungsinstrument in der ökologischen Modellierung für die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung einsetzbar.
Das integrierte Flussauenmodell INFORM in der Version 2.0 wurde im Jahre 2003 vorgestellt [Fuchs et al., 2003] und ist seitdem in der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) im Einsatz. Es vereint in sich Regelsätze und Simulationsmodelle für die unterschiedlichsten Fragestellungen bezüglich Abiotik und Biotik (zusammengefasst bezeichnet als Ökologie) der Flüsse und Flussauen. Im Laufe der Entwicklung und Anwendung des Systems wurden die Ansprüche der Nutzer und Anforderungen der Wissenschaft komplexer. Die Grundlagen der ökologischen Flussauenmodellierung und die Modellgrundlagen von INFORM 2.0 sind in der Mitteilung Nr. 25 der Bundesanstalt für Gewässerkunde vom Mai 2003 ausführlich beschrieben worden. Mit dem vorliegenden Bericht wird die Weiterentwicklung zur Version 3 vorgestellt. INFORM betrachtet ökologische Zusammenhänge in der Flussaue. In der Modellierung wird der Wirkungspfad Abfluss -> Flusswasser -> Grundwasser -> Boden -> Biotik verfolgt und bewertet. Der Modellablauf folgt dabei der Vorstellung, dass neben der Nutzung der Faktor Flusswasserstand und seine Dynamik für das Ökosystem Fluss und Aue von entscheidender Bedeutung ist und das Vorkommen von Pflanzen und Tieren sowie die Artenzusammensetzung ihrer Lebensgemeinschaften (Vegetation und Fauna) stark beeinflusst. INFORM bereitet ökologisch relevante Daten einer Flussaue zu planungs- und entscheidungserheblichen Ergebnissen auf. Damit ist es als Planungsinstrument in der ökologischen Modellierung für die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung einsetzbar.
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A13: Dynamik des Stoffhaushalts von Waldoekosystemen auf unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Zwischenbericht 1999: Die Messungen auf den Dauerbeobachtungsflaechen beinhalten die Elementfluesse mit dem Freilandniederschlag und der Kronentraufe (als Eckdaten zum Stoffeintrag und zum Elementumsatz im Kronenraum) sowie die Messungen der Fluesse mit der Bodenloesung in 90 cm (Stoffaustrag mit dem Sickerwasser) und der Oberflaechengewaesser. Vergleichend zu laengeren Zeitreihen, bei der ueber 14 Tage bzw. 1 Monat integriert wird, wurde fuer Bodenloesungen, Abfluss und Niederschlag die Messintervalle auf taeglich verkuerzt. Ziel war dabei i) die Erfassung von oekologisch wirksamen Amplituden der Konzentrationen, ii) verbessertes Verstaendnis von Elementumsaetzen im Boden und der steuernden Prozesse, iii) die Beschreibung der Stofffluesse und -konzentrationen auf verschiedenen Zeitskalen und iii) eine Minimierung des Fehlers bei der Stoffflussberechnung. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich fuer die Datenreihen mit taeglichen Beprobungsintervallen sehr aehnliche Zusammenhaenge zwischen Wasserfluss und Schwankungen von pH, Leitfaehigkeit, SO42-, NO3- und Cl- -Konzentrationen ergeben, wie sie schon aus den Daten des 14taegliches Messintervalls bekannt sind. Allerdings ergaben sich signifikante Korrelationen fuer Konzentrationen im Elementeintrag mit denen des Abfluss fuer die Datenbasis des taeglichen Messintervalls. Letzteres war aus den Daten des 14taeglichen Messintervalls nicht festzustellen. Ob dies einen grundsaetzlichen Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Prozessverstaendnisses ergibt, wird vor allem aus den Modellsimulationen sowie aus den Auswertungen der Stofffluesse ersichtlich werden. Hinsichtlich der auftretenden Amplituden in der Elementkonzentration ist festzustellen, dass zunaechst groessere Amplituden der Elementkonzentrationen des taeglichen Messintervalls erfasst werden, wenn einzelne Raumpunkte miteinander verglichen werden. Sowie jedoch die raeumliche Heterogenitaet, wie sie im Messkonzept des Monitoringprogrammes des BITOEK eingeplant ist, beruecksichtigt wird, wird der Informationsgewinn hinsichtlich einer Erfassung der Amplituden ausgeglichen. Die Berechnung des Stoffaustrags mit dem Gebietsabfluss Lehstenbach ergab allerdings entscheidende Unterschiede zwischen den beiden Datenreihen. Im Vergleich zu den Werten aus der taeglichen Beprobung wurde fuer die bisher ausgewertete Messreihe von 7 Monaten (17.3.-26.10.1998) bei der Berechnung der Stofffluesse mit den im 14taeglichen Messintervall erhobenen Daten der H +-Austrag wesentlich ueberschaetzt und den Cl- Austrag unterschaetzt. Eine geostatistische Auswertung der Zeitreihen ergab, dass vor allem die Messstrategie und weniger die Messintervalle eine Rolle spielen, solange die Zeitreihe lang genug ist (n groesser 100). Eine Mischprobenbildung und die damit durchgefuehrte Integration ueber die Zeit in Bestandesniederschlag und Bodenloesung fuehrt zu einer Veraenderung von Mustern in den Daten wie z.B. eine Vortaeuschung einer Autokorrelation oder einer Verschleierung von Periodi
Das Projekt "Bayreuther Inst. fuer terrestrische Oekosystemforschung (BITOEK) - Vorlaufphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Die Univeristaet Bayreuth beabsichtigt, eines der Zentren fuer Oekosystemforschung des BMFTs in Bayreuth einzurichten. Ein Antrag auf Unterstuetzung des Bayreuther Institut fuer terrestrische Oekosystemforschung und Oekophysiologie (BITOEK) wurde getrennt gestellt. Der vorliegende Antrag dient der Einrichtung eines wissenschaftlichen Sekretariats, das die Eroeffnung des BITOEK vorbereitet und danach in BITOEK ueberfuehrt wird.
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A4: Phasenverteilung von Stickstoffverbindungen in der bodennahen Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Abteilung Mikrometeorologie durchgeführt. Die Verteilung anorganischer N-Verbindungen auf die Gas- und Partikelphase (vor allem NH3 und HNO3 bzw. NH4+ und NO3-) in der bodennahen Atmosphaere hat einen bedeutenden Einfluss auf die Pfade der trockenen Deposition des Stickstoff. Ueber die entsprechenden Phasenverteilungen in den nordbayerischen Mittelgebirgen liegen jedoch kaum Kenntnisse vor. Mit Hilfe von hochaufloesenden physikalischen und chemischen Messungen an einem der Untersuchungsstandorte des BITOEK soll die Verteilung von Stickstoffspezies im Multikomponentensystem Festphase/Wasserphase/Gasphase in detaillierter Weise als Funktionen atmosphaerischer Parameter (z.B. Luftfeuchte, unterschiedliche Level von Luftverschmutzung) charakterisiert werden. Die Interpretation der Daten wird mit Hilfe eines thermodynamischen Modells erfolgen, das die Artefakte, die beim Sammeln groessenfraktionierter Aerosolpartikel mit Hilfe von Impaktoren durch Druckabsenkung und lange Integrationszeiten auftreten, identifizieren und quantifizieren wird. Die Ergebnisse werden einen wesentlichen Beitrag leisten zur Beurteilung der potentiellen Duengung und/oder Belastung der Vegetation durch atmosphaerische Deposition. Zwischenbericht 1999: In diesem Projekt wird die Phasenverteilung reaktiver Stickstoffverbindungen (NO, NO2, HNO3, NH3, NH4+, NO3-, nicht N2 und N2O) in der bodennahen atmosphaerischen Grenzschicht ueber dem Waldoekosystem am BITOEK-Untersuchungsstandort Waldstein untersucht. Diese Phasenverteilung ist von grosser Bedeutung fuer den Depositionsmechanismus und die potentielle Aufnahme von N durch Pflanzen und Boeden. Die Untersuchungen werden vorwiegend experimentell, aber auch durch Anwendung eines thermodynamischen Gleichgewichtsmodells durchgefuehrt. Die atmosphaerischen Bedingungen sind hoch variabel. Im Groessenbereich 0.2-0.4 mym (aerodynamischer Partikeldurchmesser), der relativ stabil ist gegenueber physikalischen Veraenderungen und gegenueber Deposition, befinden sich grosse Anteile des Ammoniums und auch des Nitrats. Insgesamt scheint etwa die Haelfte des reaktiven Stickstoffs in der Gasphase und die andere Haelfte in der Partikelphase vorzuliegen.
Das Projekt "Bestimmung von Luftschadstoffkonzentrationen im Fichtelgebirge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Landesamt für Umweltschutz durchgeführt. Erfassung von Luftschadstoffmesswerten im Rahmen des Forschungsvorhabens der Uni Bayreuth zur Ursachenermittlung der Walderkrankungen (BITOEK).
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A3: Einfluss der Blattfeuchte auf die Depositionsgeschwindigkeit wasserloeslicher Gase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Abteilung Mikrometeorologie durchgeführt. Die trockene Deposition atmosphaerischer Spurenstoffe stellt eine signifikante Quelle von Schad- und Naehrstoffen in Oekosystemen dar. Praezise quantitative Angaben ueber die Menge an deponiertem Material (z.B. Schwefel, Stickstoff) ueber einen laengeren Zeitraum (z.B. ein Jahr) sind mit realisierbarem Aufwand nicht zu erhalten. Ursache dafuer sind u.a. Probleme bei der Beschreibung der fuer die trockene Deposition verantwortlichen mikrometeorologischen Prozesse, speziell im gegliederten Gelaende, wie es die Untersuchungsflaechen des BITOEK sind. Die Studie untersucht einen Teilprozess der trockenen Deposition, naemlich die Deposition von Spurengasen auf befeuchtete Blattoberflaechen. Da der Oberflaechenwiderstand ein besonders sensitiver Parameter bei der Bestimmung der trockenen Deposition ist, soll in dieser Studie der Einfluss der Blattfeuchte auf den Oberflaechenwiderstand theoretisch und experimentell untersucht werden. Die Studie umfasst Messungen am Untersuchungsstandort Waldstein des BITOEK und Interpretation der Ergebnisse mit unterschiedlichen Methoden. Neben mikrometeorologischen und pflanzenoekologischen Untersuchungsmethoden kommen Blattfeuchtesensoren zum Einsatz. Ziel ist es, die Bedeutung der Blattfeuchte beim Austausch von Spurengasen zwischen Vegetation und Atmosphaere in Abhaengigkeit von mikrometeorologischen und pflanzenoekologischen Faktoren zu definieren und Blattfeuchte in einer moeglichst allgemeingueltigen Form als Parameter fuer die Modellierung der Deposition von Spurengasen zu definieren. Fuer die Anwendung der Inferentialmethode, die in weiten Bereichen der meteorologischen und Oekosystemforschung zum Einsatz kommt, besteht dringender Bedarf nach einer solchen Parametrisierungsmoeglichkeit. Zwischenbericht 1999: In diesem Projekt wird die Hypothese verfolgt, dass die Anwesenheit von Wasserfilmen auf Blattoberflaechen ('Blattfeuchte') einen Einfluss auf die Depositionsgeschwindigkeit wasserloeslicher Gase nimmt. Zunaechst wurde die Blattfeuchte als zwar relatives, aber doch experimentell bestimmbares Mass in die Freilanduntersuchungen des BITOEK mit aufgenommen. Ein Teil der Untersuchungen besteht darin, die Blattfeuchte als Parameter in die experimentelle Oekosystemforschung, insbesondere die Modellierung des Austauschs zwischen Atmosphaere und Vegetation, quantitativ einzufuehren und seine Bedeutung und seinen Wert zu definieren. Die Blattfeuchte wurde im Jahr 1998 an drei unterschiedlichen Standorten gemessen und wird im Kontext von meteorologischen Analysen vorgestellt und interpretiert. In weiteren Schritten wird an diesen Standorten (mit Schwerpunkt an den BITOEK-Flaechen am Waldstein) die Deposition unterschiedlicher Spurengase gemessen und der Einfluss der Blattfeuchte auf die Depositionsgeschwindigkeiten analysiert...
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A5: Klimatologie und Luftverschmutzung im Fichtelgebirge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Abteilung Mikrometeorologie durchgeführt. Am BITOEK-Untersuchungsstandort 'Waldstein' werden meteorologische und atmosphaerisch-chemische Parameter kontinuierlich erfasst, um zur quantitativen Beschreibung der Umweltbedingungen, in denen sich die dortigen Waldoekosysteme befinden, beizutragen. Die gewonnen Daten werden fuer die Bearbeitung vieler Fragestellungen und Projekte innerhalb des BITOEK benoetigt. Bei der Datenanalyse soll unter anderem Augenmerk auf die Erkennung moeglicher Veraenderungen der Umweltbedingungen gelegt werden. Darueber hinaus werden die technischen Voraussetzungen dafuer geschaffen, jederzeit an weiteren Untersuchungsstandorten des BITOEK meteorologische Untersuchungen durchzufuehren. Zwischenbericht 1999: An der BITOEK-Untersuchungsflaeche 'Waldstein' wird ein umfassendes luftchemisches und mikrometeorologisches Messprogramm realisiert. Die dort gemessenen Daten unterstuetzen eine Reihe von BITOEK-Projekten in vielfaeltiger Art und Weise. Durch die Kombination der lufthygienischen Daten mit denjenigen aus Oberwarmensteinach ('Forsttoxikologie', 1985-1993) steht eine fast 15-jaehrige, quasi-kontinuierliche Messreihe fuer SO2, NOx, und O3 aus den Waldgebieten des Fichtelgebirges zur Verfuegung. Mit Hilfe parameterfreier Verfahren fanden wir eine hochsignifikante Abnahme des SO2-Mischungsverhaeltnisses. Die staerkste Abnahme fand fuer noerdliche Windrichtungen aufgrund der Emissionsminderungen in den neuen Bundeslaendern statt, allerdings sind auch Reduktionen der Emissionen in der Tschechischen Republik deutlich in unseren Daten erkennbar. Ozon zeigt einen signifikanten Anstieg, die Werte der letzten Jahre (AOT 40) deuten darauf hin, dass die Vegetation durch O3 geschaedigt werden koennte. Die intensiven Messungen am begehbaren Messturm ('Weidenbrunnen') zeigen, dass ein dort gemessener Vertikalfluss unter fast allen moeglichen meteorologischen Situationen aus Fichtenwald mit 60-120 Jahre Bestandesalter stammt. Der lokale Einfluss der Heterogenitaet der Unterlage auf die gemessenen Vertikalfluesse ist gering.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt Z2: Die Zentrale Analytik von BITOEK" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Wissenschaftliches Sekretariat durchgeführt.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt Z3: Das BITOEK-Rechenzentrum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Wissenschaftliches Sekretariat durchgeführt.