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SFB/TRR 38: Teilprojekt C3 Phase 1: Erfassung und Modellierung der Oberflächenstruktur als Determinante und Resultat der Primärsukzession eines Ökosystems

Projekt

Umwelt- und Ressourcenschutz

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Umwelt- und Ressourcenschutz


Förderkennzeichen: keine Angaben
Laufzeit: 01.01.2007 - 01.01.2010
Forschungszweck: Grundlagenforschung

Das TP C3 gliedert sich in einen messtechnischen, beschreibenden Teil und einen Teil, der der Entwicklung eines Simulationsmodelles vorbehalten ist. Jeder der beiden Projektteile wird von je einem verantwortlichen Bearbeiter durchgeführt. Beide Projektteile sind intensiv miteinander verknüpft und können nur in enger Abstimmung bearbeitet werden. Sie tragen zur Überprüfung aller fünf zentralen Arbeitshypothesen des SFB/TR bei. Der messtechnisch-beschreibende Teil des TP C3 hat das Ziel, die Struktur von Bodenoberfläche und Vegetation auf verschiedenen hierarchischen Ebenen in monatlichen Intervallen zu vermessen und die Zustände und ihre Veränderungen statistisch zu beschreiben. Die exakte räumliche Vermessung wird durch die Anwendung von terrestrischen Laserscan-Aufnahmen in Verbindung mit stereoskopischen Aufnahmen erreicht. Alle Teilprojekte des SFB/TR können auf dieser Basis mit sehr aktuellen, räumlich expliziten Daten zum Ist-Zustand und zur Zustandsveränderung des Untersuchungsgebietes versorgt werden. Zudem wird die spektrale Signatur von Pflanzen und Boden sowohl punktuell terrestrisch als auch flugzeuggestützt erfasst. Daraus werden regional anwendbare Reflexions-Sukzessionsmodelle entwickelt, die die fernerkundliche Erfassung und Beurteilung der Entwicklungszustände initialer Ökosysteme gestatten. Damit ergibt sich ein wesentlicher Beitrag zur Übertragbarkeit der Ergebnisse des SFB/TR auf Flächen außerhalb des Untersuchungsraumes. An den messtechnischen Teil knüpft die im TP C3 vorgesehene Modellierung an. Die innerhalb des Projektes aber auch die von zahlreichen anderen TP gewonnenen Daten und Informationen werden zur Konstruktion eines räumlich expliziten Modells zur Simulation der Wechselwirkung von Vegetationsentwicklung und Oberflächendynamik verwendet (gemeinsam mit dem Struktur- und Prozessmodell im TP C5). Die Bedeutung dieses Modells im Rahmen des SFB/TR ergibt sich aus seiner Verwendbarkeit als Schnittstelle zum Transport feinskaliger Erkenntnisse auf gröbere Skalenebenen. Kernidee des Modells ist es, die Wechselwirkung zwischen der Vegetationsdynamik (Biomasseakkumulation, Sukzession, Ausbreitung) und der Oberflächendynamik (Substratein- und -austrag, Änderung der Substratqualität) zu simulieren. Ziel der Simulationen ist es, ausgehend von definierten Initialzuständen zukünftige räumliche Muster der Vegetation und der Geländeoberfläche zu verstehen und damit zur Klärung der zentralen Hypothesen des SFB/TR beizutragen. Ziel der Modellentwicklung ist es, Einzelwissen zu bündeln, zu strukturieren und die Skalenübertragung von Wissen zu gewährleisten. Neu an dem Ansatz ist die räumlich explizite Koppelung von Vegetations- und Materialdynamik. Das Modell soll für Flächeneinheiten von mehreren 100 m² bis zur Größenordnung von 1-2 ha anwendbar sein. Die räumliche und zeitliche Auflösung wird sich je nach Bedarf zwischen 0,5 m² bzw. einer Woche und 10 m² bzw. einem Quartal bewegen und wird während der Simulation vom Modell in Abhängigkeit von Strukturparametern variiert. Das Modell wird nach dem Prinzip der Zellulären Automaten aufgebaut. Die zu untersuchende Flächeneinheit wird mit einem quadratischen Raster überzogen, wobei die Größe der Rasterzellen die kleinste räumliche Auflösung der Simulation widerspiegelt. Für jede Zelle steht ein Satz von Informationen zu Geländehöhe, Substrat und Vegetation zur Verfügung, die sich im Verlauf der Simulation verändern können. Benachbarte Zellen stehen miteinander in Wechselwirkung, z.B. sind Substratein- und -austräge sowie die Einwanderung oder Konkurrenzierung von Vegetation von einer Zelle zur anderen möglich. Innerhalb jeder Zelle werden die zentralen Regelkreise nachgebildet, die die Entwicklung der Vegetation sowie ihre Wechselwirkung mit Substratein- und Austrag zum Gegenstand haben.

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