Untersuchungen der funktionalen Aspekten der pflanzlichen Biodiversität haben in der Regel die Biodiversität mit über Flächen-integrierenden Maßen bestimmt und diese mit mittleren Standorteigenschaften, der mittleren Wasser- und Nährstoff-Nutzungseffizienz etc. verglichen. Die oft beobachteten positiven Auswirkungen hoher Biodiversität auf die Effizienz der Ressourcennutzung und auf die Ökosystemstabilität werden damit begründet, dass verschiedene Arten zeitlich und räumlich unterschiedliche Nischen für die Wasser- und Nährstoffaufnahme nutzen. Es bietet sich daher an, zu untersuchen, inwiefern höhere Biodiversität tatsächlich zu höherer räumlicher und zeitlicher Variabilität funktionaler Muster wie dem der Wasseraufnahme führen. Unter 'zeitlicher Variabilität' wird hier die zeitliche Änderung räumlicher Muster der Wasser- und Nährstoffaufnahme verstanden, abhängig von den hydrologischen Randbedingungen, die einzelne Arten oder funktionale Gruppen begünstigen oder benachteiligen. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, sowohl die innerhalb der einzelnen experimentellen Plots gemittelte Evapotranspiration als auch räumliche Muster und den Grad der Heterogenität der Evapotranspiration innerhalb der experimentellen Plots sowie die zeitliche Stabilität dieser räumlichen Muster zu untersuchen. Dazu werden zwei innovative Ansätze kombiniert. Mittels Drohnen-gestützter Thermal- und Multispektral-Aufnahmen können räumliche Muster der aktuellen Evapotranspiration mit hoher räumlicher Auflösung und mit geringem Aufwand bestimmt werden. Mittels modernen Verfahren zur Analyse großer Datensätze hydrologischer Zeitreihen können die jeweiligen Beiträge verschiedener Prozesse auf die beobachtete Dynamik quantitativ erfasst werden. Die Kombination dieser beiden Ansätze ermöglicht eine Verschneidung räumlicher und zeitlicher Aspekte, um die Auswirkungen der Biodiversität auf die pflanzliche Wasseraufnahme besser zu verstehen. Im Einzelnen ist vorgesehen: 1. Mittels räumlich hoch aufgelöster Drohen-gestützter Fernerkundung wird die räumliche Heterogenität der Evapotranspiration innerhalb der experimentellen Plots bestimmt. Wir erwarten, dass höhere räumliche Variabilität mit höherer Widerstandfähigkeit gegen Trockenstress einhergeht. 2. Effekte der pflanzlichen Diversität auf die räumlichen Muster der Evapotranspiration werden von Effekten kleinskaliger Bodenheterogenitäten hinsichtlich der Verfügbarkeit von Nährstoffen, der Wasserhaltekapazität und der Bodenfeuchte unterschieden. Wir erwarten gegenseitige Abhängigkeiten zwischen Pflanzen und Boden, aber auch Effekte der pflanzlichen Diversität, die über die des Bodens hinausgehen. 3. Mittels zeitlich wiederholter Befliegungen werden die räumlichen Muster auf zeitliche Stabilität überprüft. Wir erwarten einen negativen Zusammenhang zwischen der zeitlichen Stabilität räumlicher Muster innerhalb der einzelnen Flächen und dem Grad der Biodiversität.
A03 wird hochfrequente und zerstörungsfreie Messungen der stabilen Isotopenzusammensetzung von Boden- und Pflanzenwasser sowie der Luftfeuchte der Umgebung an ausgewählten Versuchsstandorten durchführen, die die wichtigsten in CLM5.0 repräsentierten Pflanzenfunktionstypen (PFT) abdecken. Die Isotopendaten werden zur Parametrisierung des isotopenfähigen SVAT-Modells SiSPAT-Isotope für Simulationen des Transpirations-Evapotranspirations-Verhältnisses T/ET für verschiedene PFT und Klimabedingungen auf der Feldskala verwendet. Dadurch wird das Projekt wesentliche Informationen zur Verbesserung der PFT-spezifischen Parametrisierung von T/ET-Verhältnissen in CLM5.0 liefern.
Mit den erhobenen Messdaten wurde es möglich die Nährstoffeinträge in den Mondsee für 2 große Zubringer auch für vergangene Jahre zu berechnen. Die Messungen an 98 Punkten im Einzugsgebiet geben Aufschluss darüber wie sich die Phosphorkonzentration verhält und wie sich der Längsverlauf der drei großen Zubringer darstellt. Aus diesen Ergebnissen konnte man die durchschnittliche Nährstofffracht in den Mondsee abschätzen. Mit Hilfe dieses Parameters wurde der kritische Nährstoffeintrag für den Mondsee, der als oligotroph eingestuft wird, berechnet. Die Berechnungen haben ergeben, dass der Nährstoffeintrag in den Mondsee ziemlich genau dem kritischen Flächenaustrag entspricht. Die gemessenen Phosphorwerte im Seewasser ergeben ein ähnliches Bild in den letzten Jahren. Es tritt kaum eine Veränderung in der Phosphorkonzentration im Freiwasser auf, allerdings kann man den Trend nach dem Hochwasserjahr 2002 und dem trockenen Jahr 2003 gut erkennen, was bestätigt, dass bei gleich bleibendem Phosphoreintrag keine Verbesserung im See zu erwarten ist. Mit den erhobenen Zeitreihen konnte man einen Einblick gewinnen, wie sich die Phosphorkonzentration bei der Schneeschmelze verhält. Wassergesättigte Böden nach der Winterruhe, kein Niederschlag und trotzdem hohe Nährstoffkonzentrationen lassen den Schluss zu, dass besonders im Frühjahr Phosphor mobiler und leichter verfügbar ist als im restlichen Jahreskreis. Das bedeutet, dass das Ökosystem besonders im Frühling sehr sensibel reagiert. Die Nährstoffe nach Abklingen der Schneeschmelze aufzubringen, die natürliche Auswaschung abzuwarten, bringt weniger Auswaschung ins Gewässer und die später gedüngten Nährstoffe stehen vor Ort für das Pflanzenwachstum, besonders für den ersten Aufwuchs, zur Verfügung. Der Anteil an gelöstem Phosphor ist mit über 50 Prozent bei 70 Prozent der erhobenen Messwerte sehr hoch. Zu erwarten war, dass partikulär transportierter Phosphor den Hauptanteil an der Phosphorfracht hat. Dass ein großer Teil des Phosphors gelöst in den See gelangt macht ihn im aquatischen System schneller verfügbar und begünstigt das Algenwachstum. Die erhobenen Messwerte über das Abflussverhalten und die Phosphorkonzentration im Einzugsgebiet dienten als Basis für die Kalibrierung eines Modells zur Berechnung des mittleren jährlichen Nährstoffeintrags. Phosphorkonzentration, Phosphorfracht und Flächenaustrag wurden für die einzelnen Punkte im Einzugsgebiet für verschiedene Zeitpunkte berechnet. Um einen Teilaspekt des Wasserkreislaufs, die potentielle Evapotranspiration, in ihrer Größenordnung abschätzen zu können, wurden unterschiedliche Verdunstungsmodelle herangezogen. Mit der Bedingung, räumliche Unterschiede mit den Eingangsparametern erfassen zu können, um eine sinnvolle Anwendung in einem Geographischen Informationssystem zu ermöglichen, wurden die Berechnungen mit den vorhandenen klimatologischen Daten durchgeführt und ein Modell (WENDLING, 1984) als das beste ausgewählt.
Free access and download to of a growing selection of DWD’s climate data. Via CDC Search you will find data for direct download and interactive access to station data. The interactive mode gives graphical and tabular previews of the German station data. In addition, all data sets remain accessible from our ftp server for direct download
Versuchsfrage: Welche mittel- und langfristigen Auswirkungen ergeben sich bei der unterschiedlichen Fruchtfolge- und Bewirtschaftungssystemen in Bezug auf: a) Ertrag und Qualitaet des pflanzlichen Erntegutes? b) Verlagerung von Mineral- und Schadstoffen mit dem Sickerwasser? c) Wasser-, Naehrstoff- und Schadstoffhaushalt des Bodens? - Versuch in besonderer Anlage- 32 Lysimeter (monolithische Bodensaeulen 1,45 m3 Inhalt) und 2 Kieskontrollparzellen- 8 Bewirtschaftungssysteme mit jeweils unterschiedlicher Fruchtfolge, 4-fache Wiederholung.
Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.
Niedrige Wolken sind Schlüsselbestandteile vieler Klimazonen, aber in numerischen Modellen oft nicht gut dargestellt und schwer zu beobachten. Kürzlich wurde gezeigt, dass sich während der Haupttrockensaison im Juni und September im westlichen Zentralafrika eine ausgedehnte niedrige Wolkenbedeckung (engl. „low cloud cover“, LCC) entwickelt. Eine derart wolkige Haupttrockenzeit ist in den feuchten Tropen einzigartig und erklärt wahrscheinlich die dichtesten immergrünen Wälder in der Region. Da paläoklimatische Studien auf eine Instabilität hinweisen, kann jede Verringerung des LCC aufgrund des Klimawandels einen Kipppunkt für die Waldbedeckung darstellen. Daher besteht ein dringender Bedarf, das Auftreten, die Variabilität und die bioklimatischen Auswirkungen des LCC in westlichen Zentralafrika besser zu verstehen.Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein Konsortium aus französischen, deutschen und gabunischen Partnern aufgebaut, zu dem Meteorologen, Klimatologen und Experten für Fernerkundung und Waldökologie gehören. Die meteorologischen Prozesse, welche die Bildung und Auflösung der LCC im Tagesgang steuern, werden anhand von zwei Ozean-Land-Transekten auf der Grundlage einer synergistischen Analyse von historischen In-situ Beobachtungen, von Daten einer Feldkampagne und anhand von atmosphärischen Modellsimulationen untersucht. Die Ergebnisse werden mit einem kürzlich entwickelten konzeptionellen Modell für LCC im südlichen Westafrika verglichen.Die intrasaisonale bis interannuale Variabilität des LCC wird durch die Analyse von In-Situ-Langzeitdaten und Satellitenschätzungen quantifiziert. Unterschiede im Jahresgang des LCC (d.h. jahreszeitlicher Beginn und Rückzug, wolkenarme Tage) und die Ausdehnung ins Inland werden dokumentiert. Ansätze, die auf Wettertypen und äquatorialen Wellen basieren, werden verwendet, um intrasaisonale Variationen des LCC zu verstehen. Die Auswirkungen lokaler und regionaler Meeresoberflächentemperaturen auf die LCC-Entwicklung und ihre Jahr-zu-Jahr Variabilität werden bewertet, wobei statistische Analysen und spezielle Sensitivitätsversuche mit einem regionalen Klimamodell verknüpft werden.Schließlich wird der Einfluss von LCC auf die Licht- und Wasserverfügbarkeit bzw. die Waldfunktion anhand von In-Situ-Messungen untersucht. Die Ergebnisse werden mit Messungen aus der nördlichen Republik Kongo, wo die Trockenzeit sonnig ist, sowie mit einem einfachen Wasserhaushaltsmodells, das an die Region angepasst ist, verglichen. Die Wasserhaushaltsanalysen sollen die Kompensations- oder Verstärkungseffekte von Regen im Vergleich zur potenziellen Evapotranspiration, beide moduliert durch die LCC, auf das Wasserdefizit aufzeigen.Die Ergebnisse von DYVALOCCA werden zum ersten konzeptionellen Modell für Wolkenbildung und -auflösung im westlichen Zentralafrika führen und eine Hilfestellung für die Bewertung von Klimawandel-Simulationen mit Blick auf potentielle Kipppunkte für die immergrünen Regenwälder in der Region geben.
Wassernutzung für die landwirtschaftliche Bewässerung hat einen großen Einfluss auf Wasserspeicher sowie auf die Wasserflüsse zwischen den Speichern, insbesondere auf die Evapotranspiration. Ziel von B05 ist es, Unterschiede in der Wassernutzung zwischen trockenen und nassen Jahren besser zu quantifizieren, indem Unterschiede in der bewässerten Fläche und den bewässerten Kulturen in Landoberflächenmodellen berücksichtigt werden. Ein verbessertes Verständnis von Dynamiken in Bewässerungsverfahren erlaubt es, menschliche Einflüsse auf Wasser- und Energieflüsse umfassend zu quantifizieren, und unterstützt damit in besonderem Maße die Erreichung der Ziele des SFB.
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