Das Umweltbundesamt hat im Rahmen eines Sachverständigengutachtens in 2023 die bisher von den Ländern eingesetzten Regionalisierungsverfahren zur Ausweisung nitratbelasteter Gebiete nach der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Ausweisung von mit Nitrat belasteten und eutrophierten Gebieten (AVV Gebietsausweisung - AVV GeA) untersuchen und evaluieren lassen. Im Ergebnis wird deutlich, dass die bisher eingesetzten Verfahren (z.B. Voronoi, IDW), aber auch alternative Ansätze wie Random Forest, für die Ausweisung der Gebiete nur eingeschränkt bzw. gar nicht geeignet sind. Weiterhin wird deutlich, dass nahezu alle bisher eingesetzten Regionalisierungsverfahren die Nitratbelastung tendenziell unterschätzen. Die AVV GeA verlangt von den Bundesländern bis 2028 die Etablierung eines geostatistischen Verfahrens zur Regionalisierung im Rahmen der Gebietsausweisung. Stand jetzt wendet nur Thüringen ein solches Verfahren an, welches aber laut dem Gutachten fachlich nicht mehr dem Stand der Technik entspricht. Im Rahmen des angestrebten Vorhabens soll nun das im Gutachten vorgeschlagene geostatistische Verfahren des Indikator-Krigings konkretisiert und für verschiedene Anwendungsfälle weiterentwickelt werden. Zum einen soll auf Basis des vorgeschlagenen Ansatzes eine deutschlandweite Kulisse der mit Nitrat belasteten Gebiete berechnet und anhand von Realdaten validiert werden. Im Ergebnis ist eine Handlungsanleitung zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens zu erarbeiten. Dies dient der Harmonisierung und der Sicherstellung des gegenüber der EU-KOM zugesagten bundesweit einheitlichen Vorgehens zur Ausweisung belasteter Gebiete. Zum anderen soll mit dem Ansatz eine deutschlandweite Karte der Nitratkonzentration des Grundwassers modelliert und mit bestehenden Ansätzen (Random-Forest, AGRUM-DE) verglichen werden. Zusätzlich soll mit der Methode ein Verfahren zur fachlich fundierten Selektion von Standorten für Nitratmessstellen erarbeitet werden.
Untersuchung der zeitlichen und raeumlichen Zusammenhaenge der Erkrankung anhand von Dauerbeobachtungsflaechen und systematischen Probeflaechen der Immissionsoekologischen Waldzustandserfassung mittels statistischen und geostatistischen Verfahren.
Die Simulation von Wasser- und Energieflüssen im gekoppelten Untergrund-Landoberfläche-Atmosphäre-System (SLAS) ist ein wichtiger Bestandteil von Klima-, Wetter- und Hochwasservorhersagen und trägt zur optimalen Bewirtschaftung von Wasser, Land und Gewässergüte bei. Aufgrund der immensen Skalenkomplexität terrestrischer Systeme ist allerdings alleine schon die Schätzung des aktuellen Zustands - eine Voraussetzung für jegliche Vorhersage - trotz stetig zunehmender Beobachtungen bislang unzureichend. Datenassimilation nutzt Beobachtungen, um den aktuellen Zustand eines Systems mithilfe eines Simulationsmodells zu schätzen; allerdings herrschen in den damit befassten geowissenschaftlichen Disziplinen unterschiedliche Ansätze bezüglich der Struktur von SLAS-Modellen und der darauf aufbauenden Datenassimilation vor. Das primäre Ziel der Forschergruppe ist die Entwicklung eines übergreifenden Datenassimilationskonzepts in Verbindung mit einem voll gekoppelten SLAS-Modell, das eine Verbesserung der Simulation und Vorhersage der Flüsse zwischen den Kompartimenten und damit des Gesamtzustands erreichen soll. Die Entwicklung und Evaluierung eines solchen Datenassimilationssystems erfolgt auf der Basis eines virtuellen Einzugsgebiets. Ein virtuelles Einzugsgebiet ist eine Modellrealisierung eines SLAS, die in der Lage ist, so realistisch wie möglich den Zustand und die Entwicklung eines SLAS-Zustands abzubilden. Diese virtuelle Realität ermöglicht es, Effekte der Modellunsicherheit sowohl beim SLAS-Modell als auch bei den Beobachtungen von den eigentlichen Datenassimilationsproblemen zu trennen, Fehler auf ihre Ursachen zurückzuführen und zu korrigieren. Die virtuelle Realität orientiert sich am Neckar-Einzugsgebiet, das bezüglich Topografie, Geologie, Landnutzung und Klima typisch für die mittleren Breiten ist. Die virtuelle Realität wie auch das SLAS-Modell für das Datenassimilationssystem werden auf dem gekoppelten Modell ParFlow-CLM-COSMO (TerrSysMP) basieren, das lateral bezüglich der Atmosphäre mit operationellen Analysen und Vorhersagen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) angetrieben wird. Mit den Ergebnissen und Modellvorstellungen verbinden die Forscherinnen und Forscher die Hoffnung, auch die Möglichkeiten zur Wetter- und Klimaprognose oder zur Qualitätssicherung im Wassermanagement zu verbessern - und damit der interdisziplinären Umweltforschung in verschiedenen Bereichen Impulse zu geben.
Many hydrological applications require accurate and precise estimates of throughfall (net precipitation), a necessity which is rarely achieved. Thus, estimates of interception are usually associated with a substantial uncertainty which propagates into interception modeling too. As a result, differences of interception loss among forests may not be detected. This situation is not only disappointing from an academic perspective, but can also result in the mismanagement of water resources. The uncertainty of interception estimates reflects the implementation of sampling schemes that do not acknowledge the large variability of net precipitation. It is the aim of the proposed research to develop appropriate sampling procedures for throughfall adapted to forests of varying complexity. Given that forest structure determines throughfall variability, there cannot be a unique sampling scheme. Instead a set of guidelines is required. We will develop these guidelines by state of the art geostatistics and subsequently implement them in the field. Applying the optimum sampling strategies will reveal the detectability of differences of interception loss among forests as well as minimum sampling requirements. As to interception modeling, we propose to use data assimilation to identify the relative contribution of uncertain throughfall data to the overall uncertainty of predicted interception. The outcome of the proposed research will provide guidance for designing new throughfall studies and contributes to the discussion on the reliability of observed and modeled interception.
Ziel des Projektes ist, den Einfluss der Grünlandlandnutzung auf die funktionelle Diversität von Bodenmikroorganismen in den drei Exploratorien zu untersuchen. Der C- und N-Kreislauf als Schlüsselprozesse terrestrischer Ökosysteme steht hierbei im Vordergrund. Unsere Hypothese ist, dass Grünland unterschiedlicher Nutzungsintensität anhand von generellen mikrobiellen Parametern klassifiziert werden kann. Hierfür wird ein Fuzzy Modell eingesetzt, das auf 1200 Referenzdaten basiert, welche innerhalb der letzten 20 Jahre in ganz Europa erhoben wurden. Anschließend soll die Enzymaktivität als Maß mikrobieller Aktivität im C- und N-Kreislauf mittels Geostatistik intensiver untersucht werden. Wir vermuten, dass eine abnehmende Diversität von Bodenmikrohabitaten und Pflanzen bei intensivierter Landnutzung die räumliche Heterogenität von mikrobiellen Prozessen reduziert. Gleichzeitig erwarten wir, dass die Landnutzung spezifische Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflusst. Dies soll beispielhaft an der bakteriellen Denitrifizierung durch die Analyse von Funktionsgenen (narG, nirK, nirS, nosZ) gezeigt werden. Die Verknüpfung von Abundanz und Gemeinschaftsstruktur der Denitrifizierer mit der Nitratreduktaseaktivität wird das Verständnis der Regulation des N-Kreislaufs in terrestrischen Ökosystemen verbessern. Die Ergebnisse werden mit der oberirdischen Biodiversität in Verbindung gebracht, um den Zusammenhang zwischen ökosystemarer Funktion und biotischer Diversität zu klären. Dies wird zur Erklärung des räumlichen Auftretens von Pflanzenarten in unterschiedlich genutztem Grünland beitragen.
Neben grossraeumigen Untersuchungen zur lateralen Variabilitaet von Schwermetallgehalten in landwirtschaftlich genutzten Boeden gibt es nur wenige Untersuchungen in forstwirtschaftlich genutzten Gebieten. Untersuchungen zur vertikalen Variabilitaet von Schwermetallgehalten in beiden Nutzungsformen sind selten. Untersuchungen zur kleinraeumigen lateralen und vertikalen, d.h. horizontspezifischen, Variabilitaet fehlen bisher voellig und sind deshalb Gegenstand dieser z.T. bereits durchgefuehrten Arbeiten. In einer Parabraunerde aus Loess im Kriachgau wurde zur Gewinnung von Informationen ueber Auswirkungen differierender Nutzungsarten auf die Schwermetallverteilung jeweils eine Testparzelle unter forstlicher und unter landwirtschaftlicher Nutzung angelegt. Beprobt wurden jeweils die Haupthorizonte und auf ihren durch Koenigswasser extrahierbaren Gehalt an Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb sowie auf ihren pH-Wert und den Gesamt-C-Gehalt untersucht. Zur statistischen Auswertung wurden neben den konventionellen statistischen Verfahren auch die Moeglichkeiten der Geostatistik eingesetzt. Es zeigte sich, dass Variabilitaeten sowohl horizont- als auch metallspezifisch erheblich differieren. Durch die Untersuchungen wurden Angaben fuer die zur Mittelwertsfindung notwendigen Stichprobenzahlen bei definierten Sicherheitsgrenzen moeglich. Ausserdem wurde deutlich, dass Einzelproben grossteils nur von geringer Repraesentativitaet sind und oft nur tendenzielle Aussagen liefern koennen. Neben diesen Aussagen wird die Prognose der Auswirkungen von Bodenerosion auf das Verteilungsmuster von Schwermetallgehalten an der Oberflaeche moeglich.
1) Beschreibung der Schwermetallbelastung von Boeden mittels chemometrischer und geostatistischer Methoden; 2) Untersuchungen zur Repraesentanz von Boden- und Pflanzenprobenahmen; 3) Entwicklung von optimierten Probenahmestrategien fuer die Untersuchung von Bodenbelastungen; 4) Transverhalten im System Boden-Pflanze.
Die Hausruckschotter im Haager Ruecken stellen ein versorgungspolitisch bedeutendes Grundwasserpotential dar. Um die Auswirkungen eines Schotterabbaues beurteilen zu koennen, wurde eine Strukturkarte des Stauhorizontes erstellt. Die geostatische Bearbeitung erfolgte mit Einbeziehung aller verfuegbaren Bohrdaten im Haager Ruecken und sicherte damit den gesamten regionalen Kontext fuer die oertliche Fragestellung. Dadurch war es moeglich, Bohrungen, welche vom allgemeinen Trend abgewichen waren, rasch zu erkennen, kritisch zu revidieren und wo notwendig von der Bearbeitung auszuscheiden. Diese geostatischen Ueberpruefungen ergaben, dass unter Beruecksichtigung des erkannten regionalen Zusammenhangs der moegliche Gefaehrdungsbereich weitraeumiger und absolut gegenlaeufig zur konventionell erhaltenen Abschaetzung angesetzt werden musste.Ueber den Anlassfall hinaus stellt die geostatisch erarbeitete Strukturkarte mit den ersten genauen Angaben ueber das Grundwasserstaurelief eine umfassende Planungsunterlage fuer weitere wichtige Fragestellungen in einem rund 20 km grossen Wirtschafts- und Siedlungsraum dar. So zeigt die mit definierter Genauigkeit durch Kriging-Interpolation erhaltene Reliefkarte des Stauhorizontes das Vorhandensein einer unterirdischen Wasserscheide, welche im wesentlichen dem Streichen des Huegelzuges folgt. Darueberhinaus zeigten sich die regionalen Zusammenhaenge zwischen verschiedenen Brunnenfassungen und der beabsichtigten Schotterabbauerweiterung deutlich. Desgleichen wurde der Einfluss des palaeogeographischen Erosionsreliefs auf die bestehende Morphologie offenkundig.
Die Bohrkerne der Sanasilva-Inventur 1984 werden nach Zuwachseinbussen untersucht. Die zeitliche und raeumliche Verteilung von Schaedigungen des Zuwachses soll ermittelt werden sowie eventuelle Zusammenhaenge zum Kronenzustand 1984. Methoden: Jahrringmessungen, Ereignisdatierung, Zeitreihenmethoden, raeumliche Karten.
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| Förderprogramm | 34 |
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