Arbeitspaket B3

Leiter

Dr. Lutz Breuer

Weitere PIs

Prof. Dr. Ludger Grünhage

Dr. Katrin Kahlen

Prof. Christoph Müller, PhD

Thema

Dynamische Prozessmodellierung
Doktorand: Liebermann

Hintergrund

Steigende CO2-Konzentrationen und Lufttemperaturen haben wesentliche Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und die zukünftige Agrarproduktion, THG-Emissionen, Wasserflüsse und Biodiversität. Zur Prognose möglicher Auswirkungen auf diese ökosystemaren Prozesse und Größen haben sich verschiedene Modelle bewährt. Neben empirischen Ansätzen sind es vor allem prozessorientierte Modelle (Tab. 4), die außer der Prognose auch die Möglichkeit geben, Prozesse genauer zu analysieren und Hypothesen zu testen. Letzteres ist gerade vor dem Hintergrund einer enormen Anzahl an unterschiedlichen, zum erheblichen Teil nicht-linearen Interaktionen zwischen Ökosystemkomponenten und -prozessen zwingend notwendig.

Zur Simulation einzelner Ökosystemkomponenten wurden bereits Modelle veröffentlicht, z.B. für Ertrag und Biomasse [117] oder THG-Emission [118]. Sollen allerdings viele Prozesse in einem gemeinsamen Modellansatz abgebildet werden, um bspw. Rückkopplungsmechanismen zu identifizieren, müssen bestehende Modelle gekoppelt und/oder zum Teil erheblich umstrukturiert werden. Dabei ist eine unabhängige Weiterentwicklung der Einzelmodelle kaum realisierbar. Als Alternative hat sich das Konzept von modularisierten Modellbaukästen etabliert, mit dem Modelle aufgesetzt und basierend auf einem Rahmenwerk über definierte Schnittstellen miteinander gekoppelt werden können. So konnte beispielsweise eine vollgekoppelte Version eines hydrologischen Modells [119*] mit einem hochaufgelösten biogeochemischen Prozessmodell erreicht werden, mit dem sowohl Biomasse, hydrologische Flüsse in der gesättigten und ungesättigten Zone, THG-Emissionen und Nährstoffausträge simuliert werden können [120*]. Zur Simulation morphogenetischer Anpassungsreaktionen soll ein von den Antragstellern entwickeltes funktional-strukturelles Modell angepasst und exemplarisch für Gemüsekulturen weiterentwickelt werden. Ein Vorteil eines modularisierten Modellrahmens ist, dass später weitere Module angekoppelt werden können, wenn die Grundstruktur dementsprechend ausgelegt ist.

Wissenschaftliche Ziele

1. Entwicklung eines modularisierten FACE-Systemmodells zur Simulation ökosystemarer Prozesse und Größen
2. Simulation gekoppelter Kohlenstoff, Stickstoff- und Wasserflüsse unter erhöhtem CO2 auf der Basis existierender Daten des bislang laufenden FACE-Experiments mit dem Systemmodell