Der Kilimanjaro weist zur Zeit noch einen weitgehend geschlossenen Waldgürtel auf. Durch eine stark unterschiedliche Niederschlagsverteilung einerseits und eine ausgeprägte Höhenzonierung andererseits ergibt sich eine hohe Diversität der Waldbestände im Hinblick auf Artenzusammensetzung, Schichtung und Lebensformen. Insbesondere der Bergwald des Südhanges ist in seiner Vielfalt nicht nur wegen seines Epiphyten- und Farnreichtums einzigartig in Ostafrika. Hier finden sich große Gebiete, die aufgrund ihrer Unzugänglichkeit noch unberührt sind. Somit bietet sich die einmalige Gelegenheit, diesen interessanten Lebensraum in natürlicher Ausprägung zu studieren. Dies wurde vom Antragsteller in einem vorangegangenen DFG-Projekt begonnen. Im Rahmen des hier beantragten Habilstipendiums soll dieses umfangreiche Projekt abgeschlossen werden. Erstes Ziel ist die Vervollständigung der vegetationskundlich ökologischen Bestandserfassung aller Waldtypen und ihrer Regeneration. Im Anschluss daran eine Vegetationskarte erstellt werden. Mit diesen Arbeiten wird eine wissenschaftliche Grundlage für die immer dringlicher werdenden gezielten Schutzmaßnahmen geschaffen.
In der Mongolei herrscht ein extrem kontinentales Klima, das durch eine große zeitliche und räumliche Variabilität gekennzeichnet ist. Diese Variabilität ergibt sich daraus, dass die Mongolei im Rand bzw. Überschneidungsbereich verschiedener Zirkulationssysteme liegt. Mit dem spärlichen meteorologischen Stationsnetz und Messreihen von maximal 40-60 Jahren kann die raum-zeitliche Klimavariabilität kaum erfasst werden. Ausgehend von dendrochronologischen Untersuchungen im Nordwesten der Mongolei sollen im Verbreitungsgebiet der Lärchenwälder in der Gebirgswaldsteppe der Mongolei mit einem weitgespannten Netzwerk von Probenstandorten an der oberen und unteren Waldgrenze in sechs Teilgebieten die regionalen Disparitäten des Klimaeinflusses erfasst und charakterisiert werden. Dafür sollen Chronologien der Jahrringbreite, maximalen Spätholzdichte, Isotopenverhältnisse und der Häufigkeit von Extremwerten berücksichtigt werden. Lange Chronologien der Jahrringbreite, der maximalen Spätholzdichte und der Isotopenverhältnisse dienen der Ermittlung der zeitlichen Variabilität der allgemeinen Wachstumsbedingungen und der Rekonstruktion der Sommertemperaturen und Niederschlagsverhältnisse. Diese Chronologien sollen auch für den überregionalen Vergleich mit angrenzenden Gebieten zur Verfügung stehen. Die räumlichen Disparitäten des Baumwachstums als Ausdruck der lokalen und regionalen Klimaeinflüsse sollen vor allem anhand von Altersklassen-Chronologien sowie mit Hilfe von Einzeljahranalysen charakterisiert werden. Mit diesem synoptischen Untersuchungsansatz wird es erstmals möglich, die raum-zeitliche Klimavariabilität im Bereich der Gebirgswaldsteppe der Mongolei zu beschreiben. Damit werden gleichzeitig bessere Voraussetzungen für die Interpretation der Chronologien von Einzelstandorten geschaffen.
Die Vegetation des Himalaya ist bis jetzt nur als Bestandteil bergbäuerlicher Kulturlandschaften, also in Degradationsstadien natürlicher Wälder und alpiner Matten beschrieben. Das einzige Segment des Gebirgsbogens, das (neben weide- und feuerbeeinflußter Vegetation) noch ungestörte Vegetation hat, liegt in Bhutan und war bislang verschlossen. Nach über 20jährigen Vorarbeiten in gestörter Vegetation der pakistanischen, indischen, nepalesischen und chinesischen Himalaya-Regionen hat sich jetzt erstmals die Möglichkeit eröffnet, mit Unterstützung der Bhutanesischen Regierung und von Entwicklungsprojekten auf einer sechsmonatigen Expedition eine floristisch vollständige Inventur mensch-unbeeinflußter Wälder und Matten zwischen 1.000 und 5.000 m durchzuführen und Initialstadien der Weidebeeinflussung zu dokumentieren. An die Erstbeschreibung ungestörter Wälder und Matten schließt sich der Versuch an, grundsätzliche überregionale Fragen der Hochgebirgsforschung einer Klärung näherzubringen:- Können Gebirge zugleich 'Biodiversity hotspots' und Auslöschungszonen sein?- Steuert der Lebenszyklus des Bambus die Bestandesdynamik von Nebelwäldern?- Wie verändert Waldweide die Bestandesstruktur und Artendiversität von Naturwäldern?- Welche Schlußfolgerungen für die Lebensbedingungen von Wald ergeben sich aus der natürlichen Struktur der oberen Waldgrenze in Bhutan?- Welche Unterschiede in Struktur- und Artendiversität bestehen zwischen den von Viehherden und den von Wildtierherden genutzten alpinen Matten.
In dem Projekt sollen auf biotischen Proxies basierende quantitative Methoden zur Klima- und Umweltrekonstruktion in terrestrischen Environments und in verschiedenen Klimasystemtypen (Greenhouse-, Intermediär- und Icehouse-Klimasystem) verbessert, weiterentwickelt und angewendet werden. Ausgehend von den bisherigen Ergebnissen sowie den wissenschaftlichen Anforderungen im Bereich der Paläoklima- und Paläoumweltforschung sollen folgende Themenkomplexe bearbeitet werden: 1. Ausbau der neu entwickelten Methoden der 'Probability Coexistence Thermosphere' (PCT) und der 'Modern Analogues Vegetation Types' (MAV). 2. Verbesserung des CLAMP-Verfahrens für europäische Floren durch Entwicklung eines neuen Eichdatensatzes mit Hilfe von sogenannten 'synthetischen Floren'. 3. Entwicklung von neuen Verfahren (a) zur Rekonstruktion der Baum-/bzw. Waldgrenze mit Anwendungen auf das Känozoikum der Alpen und (b) zur 'objektivierbaren' Parallelisierung von Pollenprofilen im Quartär. 4. Analyse natürlicher Klima- und Umweltschwankungen unter dem Aspekt der selbstorganisierten Kritizität: Insgesamt wird mit diesen Arbeiten auch ein wesentlicher Beitrag zu einem besseren Verständnis der natürlichen Klimadynamik sowie der Wechselwirkungen zwischen Klima und Biosphäre geleistet.
Mittels Gaswechsel-. Wasser- und Mineralstoffhaushaltsuntersuchungen sowie in Erfassung der synoekologischen Wechselbeziehungen wird die Standortbesiedlung und -behauptung von Birkenarten an natuerlichen und anthropogenen Waldgrenzhabitaten charakterisiert.
Die Wildtierarten Birkhuhn, Schneehuhn sowie Gams- und Steinwild haben sich im Laufe ihrer Evolution perfekt an das Leben in alpinen Lagen, hauptsächlich über der Waldgrenze, angepasst und sind somit Teil dieses sehr empfindlichen Ökosystems. Unter Annahme des Ansteigens der Waldgrenze aufgrund Klimaerwärmung verringert sich der Lebensraum dieser Wildtierarten massiv. Als Grundlage für die Ermittlung der Veränderungen wurde die Temperaturentwicklung der vergangenen 50 Jahre genauer betrachtet sowie das Klimamodell MM5 für eine Abschätzung der zukünftigen Erwärmung herangezogen. Die Temperaturentwicklung in den vergangenen 50 Jahren zeigt für die ersten zwei Dekaden sogar eine Abkühlung, seit 1970 aber einen starken Anstieg. Das Klimamodell prognostiziert für die nächsten 50 Jahre eine Erwärmung von ca. 2,2 C für das Untersuchungsgebiet in den Niederen Tauern. Das Baumwachstum ist sehr stark von der Temperatur abhängig und eine hohe Korrelation zwischen der Wachstumsgrenze von Bäumen und der 10 C Juli-Isotherme wurde nachgewiesen. Das Klimamodell MM5 zeigt für die nächsten 50 Jahre einen prognostizierten Anstieg der Isothermen um ca. 450 Höhenmeter. Prognostizierte Temperaturveränderungen hängen jedoch sehr stark vom verwendeten Klimamodell ab. Über die Geschwindigkeit, mit der sich die Waldgrenze zur temperaturbedingten Wachstumsgrenze hin bewegt, kann keine Aussage getroffen werden und wäre Gegenstand zukünftiger Forschungsarbeiten. Weiters übt die Bewirtschaftung durch den Menschen einen sehr großen Einfluss auf den Verlauf der Waldgrenze aus. Daher ist noch nicht absehbar, wie diese sich verändern wird. Die aktuellen Lebensräume wurden nach einem wissensbasierten Habitatmodell mit Hilfe eines Geografischen Informationssystems (GIS) erstellt. Unter der Annahme, dass die zukünftige Waldgrenze die Höhe der berechneten Isotherme für die Dekade 2040-2050 erreicht, führt diese Verschiebung zu einem dramatischen Verlust an Lebensraum.
Permafrost oder dauernd gefrorener Untergrund ist in den Alpen oberhalb der Waldgrenze verbreitet. Anhand von Bohrlochstudien und photogrammetrischen Luftbildanalysen wird die Entwicklung des alpinen Permafrostes untersucht und dokumentiert. Als Folge der warmen 1980er Jahre scheint die Permafrosttemperatur zur Zeit rasch anzusteigen. Die Abschmelzgeschwindigkeit ist bedeutend geringer als bei Gletschern, hat sich aber gegenueber den 70er Jahren mindestens verdoppelt. Die mechanischen Veraenderungen des Untergrundes bei steigender Temperatur und teilweisem Abschmelzen von urspruenglich gefrorenen Lockermaterialien wird im Hinblick auf Hangstabilitaetsprobleme und Murgaenge studiert (Bohrlochdeformation).
Ein umfassendes Wissen über die Einflüsse von Vegetation und Waldstrukturen auf Schneeakkumulations- und Ablationsprozesse ist besonders wichtig, da Wälder sich am schnellsten verändernden. Darüber hinaus werden sich ändernde klimatischen Bedingungen dazu führen, dass Wald- und Buschflächen oberhalb der Waldgrenze wachsen und sich die Eigenschaften der Wälder verändern. Kürzlich durchgeführte Studien in Wäldern haben die hohe räumliche und zeitliche Variabilität der Schneedecke sowie die Energiebilanz in Abhängigkeit von verschiedenen Überdachungsbedingungen, Baumarten und Klimabedingungen bestätigt. Das vorgeschlagene Projekt wird sich auf die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Baumarten und unterschiedlicher Waldstrukturen auf die Schneedynamik konzentrieren. Ein innovativer Beobachtungsansatz, der zahlreiche kontinuierliche Punktmessungen (SnoMoS) mit häufigen UAV (Drohnen)-basierten Beobachtungen einem neuartigen Laserscanner kombiniert, wird verwendet, um die Entwicklung der Schneedecke unter verschieden Wäldern in zwei verschiedenen Klimaregionen (Alpen und Mittelgebirge) zu beobachten. Der einzigartige Datensatz wird dann dazu verwendet, um vorhandene Schneemodelle zu verbessern und neue Vegetationsalgorithmen zu testen und robuste Vegetationsstrukturindizes aus Fernerkundungs-Datensätzen abzuleiten, die dann in gross-skaligen Modellen verwendet werden können. Die vorgeschlagene Studie wird daher dazu beitragen, eine wichtige Wissenslücke über die Auswirkungen von Wäldern auf die Schneedecken zu schließen, die in diesem Bereich vor allem in den gemäßigten Klimaregionen noch besteht.
Alpine Wälder sind immer häufiger schädlichen natürlichen und anthropogenen Einflüssen ausgesetzt. Katastrophale Sturmereignisse, Borkenkäfer-Miseren sowie die Auswirkungen von Klimaveränderungen haben die Widerstandsfähigkeit der alpinen Wälder signifikant geschwächt. Dies führt zu einer Verringerung der Funktionalität der Wälder, zu einer Verringerung der Schutzfunktion bei Überschwemmungen und Erdrutschen, sowie zu einer Reduktion der Holzproduktion. Zudem wird eine wachsende Zahl von Almwiesen nicht mehr abgegrast oder bewirtschaftet, sodass die Weiden allmählich durch die zunehmende Ausbreitung des Waldes reduziert werden. Die Auswirkungen dieser Faktoren führen zu irreversiblen Veränderungen in der Zusammensetzung und Verteilung der Wälder, sowie der Landschaft im Allgemeinen, was wiederum einen negativen Einfluss auf den Tourismus als einen sehr wichtigen Wirtschaftsfaktor hat. Der Erfolg weitreichender Planungs- und Vorbeugungsmaßnahmen durch Forstverwaltungen hängt von der Verfügbarkeit von Informationen über den Status und die Entwicklungsdynamik der alpinen Wälder ab. Der aktuelle Status der Wälder muss innerhalb kurzer Zeitintervalle verfügbar sein und für die Anwender leicht zugänglich gemacht werden. Aktuelle Methoden der Walderfassung konzentrieren sich weitgehend auf die aufwendige manuelle Interpretation von Luftbildaufnahmen oder auf terrestrische Vermessungen. Flächendeckende Kartierungen werden aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchgeführt. Die Forstinventuren liefern statistische Angaben für größere Flächen, liefern aber keine Informationen über die lokale räumliche Verteilung der benötigten Waldparameter. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Konzeptes für ein im EODC umgesetztes Alpines Waldmonitoringsystem. Es basiert auf Copernicus Sentinel-2 Daten in Verbindung mit Landsat-8 Daten, die in dieser Kombination aufgrund der hohen spektralen, räumlichen und zeitlichen Auflösung eine ideale Grundlage für die Einrichtung eines großräumigen Monitoringsystems bilden. Die im Rahmen von AlpMon implementierten Prototypen stellen den Anwendern zwei verschiedene Dienste zur Verfügung: Service 1: ein nahezu Echtzeit-Alarmsystem für abrupte Waldveränderungen auf Basis von Zeitreihenanalysen (Sturmschäden, Insektenkatastrophen, Kahlschläge und Schneebruch); Service 2: eine Erfassung von statischen Waldparametern (z.Bsp.: alle 3 bis 5 Jahre). Das AlpMon Projekt baut auf dem bereits vorhandenen Copernicus Forest High Resolution Layer auf, erweitert diesen aber durch eine stärkere Differenzierung der Baumarten, sowie eine genauere Erfassung der alpinen Waldgrenze. Neuartige Verfahren für die Datenvorverarbeitung, Zeitreihenanalyse und Klassifizierung werden dabei in das EODC integriert. Es wird ein Prototyp für ein benutzerfreundliches Webservice erstellt, der es den Anwendern ermöglicht, die Ergebnisse des nahezu Echtzeitsystems so schnell wie möglich abzurufen. (Text gekürzt)