Interaktion von Feldfrüchten und regionalem Klima
Das Wechselspiel zwischen Klima und Pflanzenwachstum ist komplex. Bisherige Klimamodelle berücksichtigten jedoch nicht ausreichend, wie die Wahl der Feldfrüchte – etwa Weizen, Soja oder Mais – diese Interaktion beeinflusst. Wissenschaftler der Universität Hohenheim entwickeln nun ein Modellsystem, das diese Lücke schließen soll, um präzisere regionale Klimaprojektionen zu ermöglichen.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert dieses Teilprojekt der Forschergruppe „Regionaler Klimawandel“ mit 332.200 Euro. Ziel ist es, sowohl Erträge als auch Klimaveränderungen zukünftig genauer simulieren zu können. Dies ist besonders relevant, da Landwirte in Zukunft ihre Anbauentscheidungen an veränderte Klimabedingungen anpassen werden, was wiederum das regionale Klima beeinflussen kann.
„Sommer- oder Wintergetreide, Mais oder Raps wirken sich unterschiedlich auf das Klima aus“, betont Prof. Dr. Volker Wulfmeyer, Atmosphärenforscher an der Universität Hohenheim. „Doch dieser Fakt ist in die Klima-Modellrechnungen bisher nie mit eingegangen, was zu Ungenauigkeiten führte.“
Die Forscher arbeiten eng mit Hohenheimer Bodenkundlern um Prof. Dr. Thilo Streck und Agrarökonomen um Prof. Dr. Thomas Berger zusammen, um ein neues Modellsystem zu entwickeln.
Einfluss der Vegetation auf das Klima
Feldfrüchte beeinflussen das Klima auf unterschiedliche Weise, abhängig von Faktoren wie der Begrünung des Ackerlandes, dem Reife- oder Erntezeitpunkt und der Wurzeltiefe. Dr. Kirsten Warrach-Sagi, die gemeinsam mit Dr. Andreas Behrendt und PD Dr. Hans-Dieter Wizemann an dem Projekt arbeitet, erläutert:
„Das hat Auswirkungen etwa auf Verdunstung und Erwärmung des Bodens und beeinflusst lokale Niederschläge. Und das wiederum hat Rückwirkungen auf das Pflanzenwachstum.“
Die Wissenschaftler berechnen unter diesem Einfluss Parameter wie Wolkenbildung, Niederschläge, Temperatur, Wind, Strahlung und Luftdruck. Da Weizenfelder kleiner sind als die räumliche Auflösung der Modelle und die Vegetation heterogen ist, muss ihr Einfluss in den Klimamodellen durch effektive Parameter dargestellt werden, die auf hochaufgelösten Messungen basieren.
Realistischere Klimasimulationen durch Lidar-Systeme
Zur Erfassung der atmosphärischen Prozesse in Agrarlandschaften tragen die an der Universität Hohenheim etablierten Lidar-Fernerkundungssysteme für Wasserdampf und Temperatur bei. Diese Systeme ermöglichen eine präzisere technische Erfassung als bisher. Sie wurden unter anderem 2014 während der Messkampagne SABLE (Surface-Atmospheric Boundary Layer Exchange) im Kraichgau eingesetzt.
Das erweiterte Klimamodell „Atmosphäre-Land-Boden“ soll das Wechselspiel zwischen Landoberfläche und Atmosphäre künftig realistischer abbilden. Dr. Warrach-Sagi erwartet dadurch wesentlich genauere regionale Klimasimulationen mit einer kleinräumigen Auflösung von 3x3 km für Deutschland und 1x1 km für den Kraichgau und die Schwäbische Alb.
Modellvalidierung durch historische Daten
Zur Überprüfung der Berechnungen nutzen die Forscher Messdaten aus der Vergangenheit. Als Modellregionen dienen der Kraichgau und die Schwäbische Alb, mit einer Referenzperiode von 1989 bis 2014. Für diesen Zeitraum stehen umfassende Wetterdaten sowie eigene Messungen seit 2009 zur Verfügung.
Das Modell wird für diesen Projektzeitraum gestartet, um die Ergebnisse mit den realen Daten abzugleichen. Ziel ist eine regionale Klimaprojektion bis 2040, die präziser sein soll als bisherige Berechnungen.
Anwendungsmöglichkeiten und Projektkontext
Der Fokus der Arbeit liegt auf Südwestdeutschland, das Modell ist jedoch grundsätzlich auf andere Regionen übertragbar. Der Einfluss von Ackerfrüchten in subtropischen Gebieten könnte mit entsprechenden Anpassungen ebenfalls untersucht werden.
Das Modell ist Teil eines umfassenderen Systems, das die Forschergruppe derzeit entwickelt. Dazu gehört auch ein Multi-Agenten-Modell, das Anbauentscheidungen von Landwirten simuliert. Dies könnte langfristig Beratungsdiensten zugutekommen.
Hintergrund zur Forschergruppe „Regionaler Klimawandel“ (FOR 1695)
Das Projekt „Untersuchung und Quantifizierung der Rückkopplung zwischen der Atmosphäre und dem System Boden-Vegetation unter dem Einfluss des Klimawandels“ ist Teil der Forschergruppe Regionaler Klimawandel (FOR 1695). Nach einer ersten Phase von 2012 bis 2015 startete das Folgeprojekt am 1. Februar 2015 und ist ebenfalls auf drei Jahre ausgelegt. Die DFG fördert es mit 332.200 Euro.
Ziel der Forschergruppe 1695 ist es, die Folgen des globalen Klimawandels für Agrarlandschaften auf regionaler Skala zu untersuchen und Prognosen für ihre Entwicklung bis 2030 abzuleiten. Die Forschergruppe gliedert sich in neun wissenschaftliche Projekte, die den Bereichen Landoberfläche-Atmosphäre-Wechselwirkungen, Boden, Ertragsqualität, Sozioökonomie und Integration zugeordnet sind. Nach einer ersten Förderphase von 2012 bis 2015 mit 2,5 Mio. Euro Förderung verlängerte die DFG die Förderung um weitere drei Jahre mit 2 Mio. Euro.