Butterbach-Bahl, K.

Kiese, R.

Wochele, S.

KITopen

KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Dynamische Modellierung depositions-und klimagesteuerter Stoffumsetzungen in Waldökosystemen DeutschlandsSandra Wochele, Ralf Kiese, Klaus Butterbach-BahlUmweltbundesamt11.02.2009KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09GliederungModellübersichtCANOAKDNDCOSUMicroclimateDNDCDNDC2MicNitBiogeochemistryBROOK90DNDCOSUSWUFSoil HydrologyDNDCPnETPSMPlant GrowthAcidificationEnergy fluxes in thesoil-stand-atmosphere continuumC&N mineralisation, nitrification,Denitrification, aeration, etc.Soil moisture, evpotranspiration,leachingC&N&BC uptake, GPP, NPP, allocation, senescenceWeathering, cation exchangeInput:Soil and vegetationproperties, landuseDrivers: Weather data, deposition, managementSAFET,R, wind-profilesSoil moist, NO3leachingAGPP, BGPP,N/Bc uptake/litterBase saturation,pHOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesSoil CN stocks,GHG-emissionsOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesInput-DatenErgebnisse der ModellsimulationenZusammenfassungKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09ModellübersichtCANOAKDNDCOSUMicroclimateDNDCDNDC2MicNitBiogeochemistryBROOK90DNDCOSUSWUFSoil HydrologyDNDCPnETPSMPlant GrowthAcidificationEnergy fluxes in thesoil-stand-atmosphere continuumC&N mineralisation, nitrification,Denitrification, aeration, etc.Soil moisture, evpotranspiration,leachingC&N&BC uptake, GPP, NPP, allocation, senescenceWeathering, cation exchangeInput:Soil and vegetationproperties, landuseDrivers: Weather data, deposition, managementSAFET,R, wind-profilesSoil moist, NO3leachingAGPP, BGPP,N/Bc uptake/litterBase saturation,pHOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesSoil CN stocks,GHG-emissionsOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesGliederungKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Modulecouplercanopy and soil physicscanopy airchemistrysoil C & N balancebiospherewater balancevegetationC & N balancevegetationdevelopmentModell Framework MOBILEKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Modulecouplercanopy and soil physicscanopy airchemistrysoil C & N balancebiospherewater balancevegetationC & N balancevegetationdevelopmentsoil acidifiactionModell Framework MOBILEKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Modell Framework MOBILE CANOAKDNDCOSUMicroclimateDNDCDNDC2MicNitBiogeochemistryBROOK90DNDCOSUSWUFSoil HydrologyDNDCPnETPSMPlant GrowthAcidificationEnergy fluxes in thesoil-stand-atmosphere continuumC&N mineralisation, nitrification,Denitrification, aeration, etc.Soil moisture, evpotranspiration,leachingC&N&BC uptake, GPP, NPP, allocation, senescenceWeathering, cation exchangeInput:Soil and vegetationproperties, landuseDrivers: Weather data, deposition, managementSAFET,R, wind-profilesSoil moist, NO3leachingAGPP, BGPP,N/Bc uptake/litterBase saturation,pHOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesSoil CN stocks,GHG-emissionsOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Realisierung Forest-DNDC-SAFENO3acidificationanion/ cation balance weatheringCation exchangeKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09GliederungModellübersichtCANOAKDNDCOSUMicroclimateDNDCDNDC2MicNitBiogeochemistryBROOK90DNDCOSUSWUFSoil HydrologyDNDCPnETPSMPlant GrowthAcidificationEnergy fluxes in thesoil-stand-atmosphere continuumC&N mineralisation, nitrification,Denitrification, aeration, etc.Soil moisture, evpotranspiration,leachingC&N&BC uptake, GPP, NPP, allocation, senescenceWeathering, cation exchangeInput:Soil and vegetationproperties, landuseDrivers: Weather data, deposition, managementSAFET,R, wind-profilesSoil moist, NO3leachingAGPP, BGPP,N/Bc uptake/litterBase saturation,pHOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesSoil CN stocks,GHG-emissionsOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesInput-DatenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Input-Daten – Datenbank LEVEL II Standorten=82KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Klimadaten• Regionales Modell CLM:  Klimaversion des Lokal-Modells des DWD• angetrieben mit  ECHAM5/ MPIOM globalen Klimadaten des Max-Planck Institutes für Meteorologie• Räumliche Auflösung 18×18 km², Zeitschritt 1d• Zeitreihen der Temperatur und des Niederschlags (1960-2100)– Kontrolllauf:1960-2000– A1B: 2001 – 2100KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09• Berechnung der monatlichen CLM-Niederschlagsstatistik 1961-90• Interpolation der DWD Stationsmonatsmittelwerte (IDW) auf CLM-Grid mit Suchradius 0.3°Korrektur der CLM-NiederschlagsdatenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Depositionsdaten• simulierte Depositionsdaten für – NO3, NH4, basische Kationen (Ca+Mg+K), SO4, Cl, Na• Simulierte Jahre – 1995,1997,1999,2000-2004• 1x1km² Auflösung• Corine LandcoverKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Datenaufbereitung1) orig. RasterdatenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Datenaufbereitung1) orig. Rasterdaten2) Auf Basis von Klimastationen wurden Polygone generiertKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Datenaufbereitung1) orig. Rasterdaten2) Auf Basis von Klimastationen wurden Polygone generiert3) Zuordnung der Deposition durch MittelwertbildungKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Datenaufbereitung1) orig. Rasterdaten2) Auf Basis von Klimastationen wurden Polygone generiert3) Zuordnung der Deposition durch Mittelwertbildung4) Verschneiden mitStandortenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Datenaufbereitung1) orig. Rasterdaten2) Auf Basis von Klimastationen wurden Polygone generiert3) Zuordnung der Deposition durch Mittelwertbildung4) Verschneiden mitStandorten5) Skalierung der Datenan EMEP150x150km²Depositionshistorie00.511.522.533.544.55180018131826183918521865187818911904191719301943195619691982199520082021203420472060207320862099so4_relativnCl_relativNO3_relativNH4_relativca_relativmg_relativk_relativna_relativKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09GliederungModellübersichtCANOAKDNDCOSUMicroclimateDNDCDNDC2MicNitBiogeochemistryBROOK90DNDCOSUSWUFSoil HydrologyDNDCPnETPSMPlant GrowthAcidificationEnergy fluxes in thesoil-stand-atmosphere continuumC&N mineralisation, nitrification,Denitrification, aeration, etc.Soil moisture, evpotranspiration,leachingC&N&BC uptake, GPP, NPP, allocation, senescenceWeathering, cation exchangeInput:Soil and vegetationproperties, landuseDrivers: Weather data, deposition, managementSAFET,R, wind-profilesSoil moist, NO3leachingAGPP, BGPP,N/Bc uptake/litterBase saturation,pHOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesSoil CN stocks,GHG-emissionsOutput:Ecosystem variables/stocks/fluxesInput-DatenErgebnisse der ModellsimulationenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Eutrophierung : 501 KleveKieferSu2Podsol-BraunerdeKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Eutrophierung: 303 Lange BramkeFichteSl2Podsol-BraunerdeKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Eutrophierung : 602 KalbachBucheSluBraunerdeKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Versauerung: 501 KleveKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Versauerung: 602 KalbachKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie: Eutrophierung 501 Kleve15kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie: Eutrophierung 501 Kleve5kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie Eutrophierung 602 Kalbach15kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie Eutrophierung 602 Kalbach5kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie: Versauerung 602 Kalbach15kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Sensitivitätsstudie: Versauerung 602 Kalbach5kgN/haKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Eutrophierung: SC0821KiefermfSSand-BraunerdeKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Versauerung SC0821KIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Zusammenfassung I• Kopplung Forest-DNDC mit SAFE innerhalb des MOBILE Frameworks ist realisiert• Simulationen zeigen realistische Veränderungen des Boden Nährstoff- (C/N) und Versauerungsstatus (pH, BS) bzw. der N-Austräge (N2O, NO3) • Auswirkung von Depositionsszenarien auf Boden-C/N und -pH, NO3-Austrag und N-Spurengasemission zeigen Standortsunterschiede• Höhere N-Austräge antikorrelieren mit einer Verengung des Boden-C/NInkompatibilität von Schutzgütern (Atmosphäre/ Hydrosphäre/ Biodiversität)• Sandige Böden neigen zu erhöhten NO3 Austrägen während tonig/schluffige Böden eher erhöhte N2O Emissionen aufweisen• Bei den N-Austrägen überwiegt der Export von NO3 in die Hydrosphäre gegenüber den N2O Emissionen in die AtmosphäreKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Überschreitung von Critical Limits an verschiedenen Standorten1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 C/N minBS 0-10cmC/N orgJahrepH 0-10cm           N2O    NO31920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 C/N minBS 0-10cmC/N orgJahrepH 0-10cm           N2O    NO3KleveKalbachKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Reduktion auf15 kgN/haReduktion auf5 kgN/haKleveIst N-DepositionAbleitung Damage and Recovery Delay ZeitenKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Auswirkung der Klimaänderung auf  Wald-Ökosysteme1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040160180200220240260280  0-5cm       5-10cm 15-40cm   30-80cmmittlere jährlicher Wassergehalt [mm/m] Standort KalbachKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09• Rückgang der SO4-Deposition entschärft die Versauerungsproblematik; Standorte mit hohen N-Depositionen erholen sich langsamer• Rückgang der max. N-Deposition (80er Jahren) hat meist noch nicht zu einer Erholung der Waldökosysteme bezüglich des Nährstoffstatus (signifikanter Rückgang des C/N) und des Stoffaustrags (NO3 und N2O) geführt• Simulationen mit einem Rückgang der N-Deposition auf 15 kg ha-1 yr-1 zeigen eine mäßige Erholung der meisten Waldökosysteme• Simulationen mit einem Rückgang der N-Deposition auf 5 kg ha-1 yr-1 zeigen eine schnellere Erholung aller Waldstandorte?? Definition von Critical Limits für die Schutzgüter Atmosphäre (THG) und Hydrosphäre (Nitrat) und deren Gewichtung innerhalb des Critical Load AnsatzesZusammenfassung IIKIT – die Kooperation vonForschungszentrum Karlsruhe GmbHund Universität Karlsruhe (TH)Sandra Wochele 11.02.09Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Dynamische Modellierung depositions- und klimagesteuerter Stoffumsetzungen in Waldökosystemen Deutschlands

https://publikationen.bibliothek.kit.edu/230076668/3815528

Dynamische Modellierung depositions- und klimagesteuerter Stoffumsetzungen in Waldökosystemen Deutschlands

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

KITopen