Projekte

03.03.2020

Wasserhaushalt im Klimawandel

Entwicklung eines Wasserhaushaltsmodellsystems für Trockenheits- und Luftmangel-Indikatoren in der forstlichen Standortskunde

Ziele

Das Projekt hat das Ziel, die Wasserhaushaltsansprache in Standortskunde und Standortskartierung mit Hilfe des deterministischen Wasserhaushaltsmodells LWF-Brook90 möglichst wirklichkeitsnah, räumlich hochaufgelöst und dynamisch in Bezug auf den Klimawandel abzubilden. Die Ableitung flächig darstellbarer Stressindikatoren zu Wassermangel und Wasserüberschuss (Luftmangel) unterstützt die Bewertung der Anbaueignung wichtiger Baumarten aktuell und unter veränderten Klimabedingungen und ist damit Grundlage für eine risikoarme Forstwirtschaft. Bearbeitet werden die Hauptbaumarten Deutschlands (Fichte, Kiefer, Buche, Eiche) in Reinbestand und forstlich relevanter Mischung. Die flächige Umsetzung in Beispielsregionen - unter Nutzung der landesspezifischen Systeme der Standortkartierung - wird sowohl den Istzustand des Wasserhaushalts als auch dessen Veränderung in Folge prognostizierter Entwicklungen des Klimas darstellen.

Das Projekt zielt außerdem darauf ab, Vereinheitlichungen und Verbesserungen bei Anwendung, Parametrisierung und Validierung des verwendeten Wasserhaushaltsmodells allgemein zur Verfügung zu stellen.

Aufgaben

Gemeinsam wird ein Wasserhaushaltsmodellsystem entwickelt, das die Anwendung von Trockenheits- und Luftmangel-Indikatoren in der forstlichen Standortskunde erlaubt. Die Darstellung der Ergebnisse in Standortsinformationssystemen erfolgt in den Zuständigkeitsbereichen der Projektpartner unter Einbindung von Wissenschaft und forstlicher Praxis. Darüber hinaus erfüllen die Partner folgende Aufgaben:

Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft:

Koordination des Gesamtprojektes
Zusammenstellung gemessener Wasserhaushaltdaten bayerischer Flächen zur Überprüfung des Wasserhaushaltsmodellsystems
Modellvalidierung mit Schwerpunkt Transpiration
Verknüpfung von Klima-, Boden und weiteren Standortsdaten für die zwei aktuell gebräuchlichen Systeme in Bayern
technische Umsetzung der flächigen Wasserhaushaltsberechnungen für das aktuelle und prognostizierte Klima (Testregion und Landesfläche)

Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt:

Datenzusammenstellung zur Modellüberprüfung für Messflächen in Hessen, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein
Modellvalidierung mit Schwerpunkt Interzeptionsverdunstung
Verknüpfung von Klima-, Boden und weiteren Standortsdaten für die Systeme in Sachsen-Anhalt und Niedersachsen
technische Umsetzung der flächigen Wasserhaushaltsberechnungen für das aktuelle und prognostizierte Klima in Testregionen und soweit möglich flächig für Sachsen-Anhalt (ostdeutsches Kartiersystem)

Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg:

Datenzusammenstellung zur Modellüberprüfung für Messflächen in Baden-Württemberg
Sensitivitätsanalysen zur Ermittlung der Einflussstärke verschiedener Parameter im Wasserhaushaltsmodellsystem
Modellvalidierung mit Schwerpunkt Luftmangel/Stauwasser
Verknüpfung von Klima-, Boden und weiteren Standortsdaten für die Standortskartierung in Baden-Württemberg
technische Umsetzung der flächigen Wasserhaushaltsberechnungen für das aktuelle und prognostizierte Klima in Testregionen und soweit möglich für die Landesfläche

Universität Hamburg:

Erarbeitung flächendeckender Klimadaten für Deutschland als Eingangsdaten für eine hochaufgelöste Wasserhaushaltsmodellierung
bereitgestellt werden Tagesdaten für Temperatur (Mittelwert, Minimum, Maximum), Niederschlag, Strahlung, Windgeschwindigkeit und Sättigungsdefizit in der Horizontalauflösung von 250 m x 250 m
regionalisiert werden gemessenen Daten des DWDs von 1961 bis 2018 und verschiedenen Klimaprognosen bis zum Jahr 2100 auf Basis der RCP-Szenarien 2.6, 4.5 und 8.5

Status Quo

Schwerpunkt des ersten Projektjahres ist Teilprojekt 1 (Wasserhaushaltsmodellsystem). Weitestgehend abgeschlossen sind hier Zusammenstellung und Kontrolle der Messdaten von Flächen des Intensiven Forstlichen Monitorings bzw. weiterer geeigneter Untersuchungsflächen. Ein Parametrisierungsvorschlag für das gewählte Wasserhaushaltsmodell LWFBrook90 ist unter Einbeziehung von Literatur und neu erarbeiteten Schätzfunktionen für Blatt- und Rindenflächenindex erstellt und wird aktuell an den vorhandenen Messdaten zum Wasserhaushalt geprüft. Sensitivitätsanalysen zur Einflussstärke wichtiger Parameter im Wasserhaushaltsmodell sind an einer Bespielfläche erfolgt und werden zurzeit auf weiteren Flächen angewendet.

In Teilprojekt 2 (Klimadaten) ist die Regionalisierung der Klimadaten für den Zeitraum 1961 bis 2018 abgeschlossen. Die Daten stehen inzwischen allen Projektpartnern zur Verfügung. Festgelegt wurden auch die zu bearbeitenden Klimaprojektionen unter Berücksichtigung der Empfehlungen von DWD, Bund-Länder-Gruppe und LfU Bayern:

RCP 8.5, 4.5, 2.6 mittel: MPI-M-MPI-ESM-LR(r1)_CLMcom-CCLM4-8-17
RCP 8.5 feucht: ICHEC-EC-EARTH(r12)_KNMI-RACMO22E(v1)

Keine endgültige Festlegung erfolgte für die trockenen Realisationen in RCP 8.5, da hier die geforderten Qualitätskriterien nicht erfüllt waren.

Für die Teilprojekte 3 (Wasserhaushalts- und Trockenstressindikatoren) und 4 (Anwendung in Testregionen) erfolgten erste Vorarbeiten. Bereits erstellt sind Skripte zur Massenverarbeitung der Daten zu Klima, Standort und Boden für die Parametrisierung der Wasserhaushaltsmodellierungen in den Testregionen. Erste Testläufe sind erfolgt bzw. werden aktuell durchgeführt. Ein erster Austausch mit der Wissenschaft erfolgt im Rahmen der Tagung „Stoffflüsse und Vorräte in Waldökosystemen: Messung, Monitoring und Modellierung“ im April 2020 in Göttingen.

Vorteile

Als Projektergebnisse werden klimasensitive Ansprachen des Standortwasserhaushalts für die Hauptbaumarten und die Standortinformationssysteme der Projektpartner in ausgewählten Regionen und für die standortkartierte Waldfläche der drei Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern und Sachsen-Anhalt vorliegen. Außerdem wird ein abgestimmter Parametrisierungsvorschlag für das Wasserhaushaltsmodell LWFBrook90 und ein aktueller Satz an geländeklimatischen Daten für ganz Deutschland zur Verfügung stehen. Diese Daten und Ergebnisse können für die Einschätzung der aktuellen und zukünftigen Anbaueignung der Hauptbaumarten Deutschlands genutzt werden.