Herausforderungen bisheriger Klimamodelle
Bisherige Klimamodelle berücksichtigen diese komplexen Effekte der Vegetation oft nicht. Prof. Dr. Thilo Streck, Biogeophysiker an der Universität Hohenheim und Projektleiter, erläutert, dass diese Modelle die Vegetation eines bestimmten Jahres als statisch annehmen. Dies sei jedoch ein Fehler, da sich auch das Klima auf die Anbauentscheidungen der Landwirte auswirkt, die wiederum andere Pflanzen wählen werden. Diese Wechselwirkungen bleiben in aktuellen Computermodellen unberücksichtigt.
„Was nützt mir ein großräumiger Durchschnittswert, wenn es in Teilen von Deutschland noch viel heißer wird, in anderen vielleicht sogar abkühlt. Wir wollen genauere Berechnungen für kleine Regionen, um uns wirklich auf den Klimawandel einstellen zu können.“
Für die Berechnung globaler Temperaturanstiege mag eine solche Vereinfachung ausreichend sein, jedoch nicht für regionale Anpassungsstrategien.
Virtuelle Pflanzen als Kernstück neuer Klimamodelle
Zur Erreichung dieses Ziels haben sich Forscher um Prof. Dr. Streck mit Wissenschaftlern aus Meteorologie, Agrarbiologie und Agrarökonomie der Universität Hohenheim zur Forschergruppe „Regionaler Klimawandel“ zusammengeschlossen. Das virtuelle Pflanzenwachstum ist ein Element für eine neue Generation von Klimamodellen, die präzisere Prognosen ermöglichen sollen. Verschiedene Arbeitsgruppen entwickeln hierfür spezifische Komponenten:
- Prof. Dr. Strecks Arbeitsgruppe konzentriert sich auf die Wechselwirkungen zwischen Boden, Vegetation und Klima sowie die Auswirkungen des Klimas auf Boden und Vegetation.
- Die Gruppe um Atmosphärenforscher Prof. Dr. Volker Wulfmeyer arbeitet an präzisen Prognosen für Wolkenbildung, Niederschlag und Wärmeprozesse.
- Prof. Dr. Thomas Berger und sein Team untersuchen, wie Landwirte auf den Klimawandel reagieren, welche Feldfrüchte sie wählen und wann sie diese anbauen.
- Die Gruppe um Agrarbiologen Prof. Dr. Andreas Fangmeier erforscht den Einfluss zukünftiger Temperaturen und der atmosphärischen Zusammensetzung auf die Qualität von Agrarprodukten.
Nach etwa dreijähriger Arbeit an den einzelnen Komponenten werden diese nun zu einem Gesamtmodell zusammengeführt.
Erweiterung des Computermodells um neue Kulturen
Die Entwicklung der virtuellen Pflanzen basierte auf siebenjährigen Messdaten von sechs spezialisierten Messstationen im Kraichgau und auf der Schwäbischen Alb, gesammelt von den Gruppen um Prof. Dr. Streck und Prof. Dr. Wulfmeyer. Auf zahlreichen Feldern wurden Pflanzen vermessen, Wasser- und Wärmeflüsse zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre erforscht und Daten zu Bodenverhältnissen erfasst. Das Computermodell bildet bereits gängige Hauptkulturen wie Weizen, Raps, Mais, Sommer- und Wintergerste ab.
Nun soll das Modell um weitere Kulturen erweitert werden. Dr. Joachim Ingwersen aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Streck erklärt: „Wir rechnen damit, dass mit dem Klimawandel verstärkt neue Kulturen angebaut werden. Soja ist auf unseren Äckern bereits angekommen und die Sonnenblume erlebt ein Comeback – diese Pflanzen wollen wir jetzt auch in unser Modell integrieren.“
Berechnungen auf dem Supercomputer Hornet
Prof. Dr. Streck plant weitere zwei Jahre für den Feinschliff des Modells ein. Dr. Arne Poyda, sein Mitarbeiter, betont, dass das Zusammenfügen der einzelnen Computermodelle Detailarbeit erfordert und umfangreiche Tests notwendig sind. Für die komplexen Berechnungen nutzen die Forscher den Supercomputer Hornet am High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS), einem Teil des europäischen Supercomputing-Netzwerks. Einzelne Testläufe können dabei Tage bis Wochen in Anspruch nehmen.