Es wird ein Zusammenhang zwischen der Morphometrie einer Reihe von Hauptholzarten und deren Stammabfluss hergestellt, um hieraus die wichtigsten bestandeshydrologischen Daten (Interzeption, Waldbodenniederschlag usw.) abzuleiten. Das Ziel der Untersuchung besteht darin, aufgrund von Luftbildaufnahmen, die die Morphometrie von Baeumen mit zu erfassen Imstande sind, Waldnettoniederschlagskarten zu fertigen, um die Wasserhaushaltsgroessen bewaldeter Gebiete genauer eingrenzen zu koennen.
Es ist allgemein bekannt, dass andere Wasserstoffpools neben Bodenfeuchte die Neutronenzählrate von 'cosmic-ray neutron sensing' (CRNS) Detektoren beeinflussen. Bisher wurden diese zusätzlichen Pools meist als störende Einflüsse betrachtet, die korrigiert werden müssen. Dafür wurden verschiedene Ansätze zur Korrektur von Wasserstoff entwickelt, welcher zum Beispiel im Kristallwasser, in der organischen Substanz des Bodens, in der Atmosphäre oder in der Biomasse gespeichert ist. Es wurde gezeigt, dass solche Korrekturen wesentlich sind, um die Genauigkeit der mit CRNS erhaltenen SWC-Schätzungen zu verbessern. Aktuelle Publikationen zeigen, dass das Verhältnis von thermalen zu schnellen Neutronen (Nr) zur Schätzung von Biomasse genutzt werde kann und außerdem Informationen zu zeit-variablen Wasserstoffpools enthält. Beides soll im Rahmen des Forschungsmoduls VG untersucht werden. Das Projekt verfolgt zwei Hauptziele. Zunächst wollen wir universell gültige Methoden zur Korrektur von CRNS-basierten Bodenfeuchtemessungen für den Einfluss von zeit-variablen Wasserstoffpools wie Biomasse und Interzeption entwickeln. Dazu werden empirische Funktionen basierend auf zusätzlichen Messungen, wie Pflanzenparametern und Throughfall, getestet und kalibriert. Diese Messungen werden mit einem gekoppelten Boden-Vegetations-Modell integriert, das außerdem die Simulation des Interzeptionsspeichers ermöglicht. Zweitens, wollen wir Methoden entwickeln, um die Wasserstoffpools direkt aus dem CRNS-Signal - ohne zusätzliche Messungen und Kalibrierung - zu schätzen. Dazu werden wir die Verwendung des Nr untersuchen. Unter Verwendung geeigneter Neutronenenergie-Korrekturen werden wir verbesserte thermale und epithermale Neutronen-Signale erhalten, was eine bessere Untersuchung von Biomasse- und Interzeptionseffekten auf das Nr-Signal ermöglicht. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir drei Arten von Feldexperimenten durchführen: a) dedizierte kontinuierliche Experimente an repräsentativen landwirtschaftlichen Standorten, b) Feldmesskampagnen einer Vielzahl von Feldern mit verschiedenen Nutzpflanzen mit dem Jülich Cosmic Rover und c) Analyse von Neutronen- und Biomassedaten aus dem bestehenden TERENO CRNS-Netzwerk. Die Messungen im Rahmen der Feldexperimente werden durch bodenhydrologische Modellierungen ergänzt, um Referenzinformationen mit verbesserter räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erhalten (z.B. vertikale Verteilung von Bodenfeuchte im Profil; Auftreten von Stauwasser auf der Bodenoberfläche).Das Forschungsmodul VG wird gemessene Vegetationsparameter für die gemeinsamen Feldkampagnen (JFC) liefern, die insbesondere von RV, MC, HG und RS benötigt werden. In Zusammenarbeit mit NS wird der Einfluss von Biomasse und Interzeption auf das Nr modelliert. Durch DD verbesserte CRNS-Sensoren, werden für eine verbesserte Quantifizierung der Interzeption verwendet.
Increasing climate variability, especially longer drought phases, shapes forest water consumption and constrains vegetation growth. However, the effects of drought-induced changes on evapotranspiration (ET) fluxes vary due to species-specific differences or features of the drought events. Here, we analyzed the seasonal variations in ET in pine, beech, and mixed forest stands in northeast Germany during the periods 2012-2021 and explored the ability of a process-based ecohydrological model (EcH2O) in reproducing the water balance components at this large-scale lysimeter site. To better understand how individual climate variables control ET fluxes, we performed simulation experiments with average climate inputs. Multi-variable calibration showed that the model reproduced well in-situ soil moisture, seepage, and interception (EI) in the three forest stands. Lower ET rates were found in the beech stand with a seasonal leaf cycle compared to those in the pine and mixed pine-beech stands with year-round foliage. This was mainly related to higher EI in the pine stand, particularly during the winter season, while transpiration (T) rates were similar. ET fluxes were above average during wet years and below average during dry years. Precipitation (P) was clearly the main driver of ET anomalies. However, only small reductions in ET were observed during the dry year 2018. This could be attributed to high P in the previous year, i.e., P legacy effects, which led to only small reductions or even positive anomalies in T. Moreover, model testing at such data-rich sites will also be valuable for other hydrological models to increase process-consistency and reliability, particularly when aiming at investigating effects of different vegetation cover. Our findings provide evidence for the strategic selection of broadleaf species in forest management practices to enhance groundwater recharge and promote sustainable water management.
Niederschlagsinterzeption hat wesentlichen Einfluss auf die Wasserverfügbarkeit in Ökosystemen. Speziell in Wäldern verdunstet dabei bis zu 50 % des Niederschlags und ist nicht für Pflanzen verfügbar. Der Prozess ist hochvariabel und wird noch nicht zufriedenstellend in Modellen abgebildet. Statistische Verfahren bei der Bestimmung der Modellparameter und konzeptionelle Ansätze erzeugen eine große Unsicherheit in der Quantifizierung der Interzeption. Insbesondere die statistische Parametrisierung und die fehlende Kopplung an die Struktur und die Eigenschaften der Pflanzenbestände lassen eine Übertragung von experimentellen Befunden kaum zu. Zur Bilanzierung des Wasserhaushaltes unter sich zukünftig ändernden Niederschlagsmustern und Landnutzungen ist dies aber zwingend erforderlich. Ziel des beantragten Projektes ist eine deutliche Verminderung der Unsicherheiten durch die Untersuchung und Parametrisierung der kleinräumlichen Variabilität des Prozesses. Es ist bekannt, dass Niederschläge mit schwacher Intensität von äußeren Vegetationsschichten interzipiert werden, die sich durch eine starke atmosphärische Kopplung und effektive Verdunstung auszeichnen. Niederschläge mit starker Intensität erschöpfen dagegen die Speicherkapazität der Vegetation und befeuchten auch Schichten, die nur sehr langsam abtrocknen. Dieses nichtlineare Verhalten ist bis heute aufgrund unzureichender Beschreibung der Vegetationsstruktur nicht ausreichend in Interzeptionsmodellen berücksichtigt. Im Projekt sollen auf der Basis detaillierter Messungen (mikrometeorologisch, hydrologisch und mittels Laserscannings) die Speicher- und Verdunstungsmechanismen im Bestand untersucht werden. Neue Ansätze sollen diese Mechanismen in Abhängigkeit von der Vegetationsstruktur parametrisieren. Die Bestimmung der Interzeption beruht bisher auf Messungen von räumlich verteilten Niederschlagssammlern oder -trögen im Bestand und auf Modellierungen, welche die dreidimensionale Heterogenität der Vegetation nur unzureichend berücksichtigen. Die dadurch entstehenden Fehler in der Parameterbestimmung sind noch nicht untersucht und quantifiziert. Die geplante raumzeitlich hoch aufgelöste Modellierung erlaubt sowohl die Zuordnung von Simulationsergebnissen zu Messungen einzelner Sammler im Bestand als auch den Vergleich mit mikrometeorologischen Messungen der Verdunstung aus dem Interzeptionsspeicher. Die notwendigen Voraussetzungen dafür sind durch Vegetationsaufnahmen mit terrestrischen Laserscannern gegeben. Im beantragten Projekt soll die Simulation des Interzeptionsprozesses mit einer räumzeitlichen Auflösung von 1 m3 und 1 min in einem Bereich von 600 m × 600 m um einen Fluxnet Messturm durchgeführt werden. Von diesem Standort steht ein einzigartiger Datensatz mit fast 20 Jahren kontinuierlicher mikrometeorologischer und hydrologischer Messungen zur Verfügung. Durch diese Kombination von Messdaten mit Modellen wird eine grundlegende Verbesserung im Verständnis des Interzeption erwartet.
Landslides occur in many hilly and mountainous regions all over the world. These potentially damaging phenomena are caused by multiple interacting natural and anthropogenic factors. Human induced land cover changes (e.g. deforestation) are known to have a large influence on landslide activity. In contrast to climatic, geological and topographical factors, forest stands can be managed directly by humans. Therefore we suggest that in order to draw up appropriate avoidance strategies, it is crucial to investigate the interdependent processes that define stability under forested and nonforested conditions. Newly developed physically based modelling methods exist to simulate such effects. However, the reliability of the modelling results is usually hampered by the availability of reliable input data. This project strives to counter this much discussed weakness of physically based modelling approaches. The main objective of this research is to simulate and quantify the effects of forest related biomass and biomass changes on slope stability at regional scale ( 15km2). The innovative approach will be developed and tested for a study area located in the federal state of Vorarlberg, where landsliding represents a prevalent geomorphic phenomenon and high resolution multi temporal ALS (airborne laser scanning) data exist. Based on 3D ALS point cloud data from the years 2004, 2011 and 2015 multiple biomass parameters (e.g. biomass, vertical layer structure, crown volume) will be derived. An in-situ assessment of vegetation related information (e.g. root distribution) will be conducted in order to enable an empirical linking between the ALS derived information and additional relevant parameters (e.g. tree allometry). The effect of biomass- and climatic changes on slope stability will be simulated using a sophisticated physically based hydro-mechanical model, which enables to implement geomechanical (e.g. root cohesion, bulk unit weight) and hydrological (e.g. interception, evapotranspiration) effects to simulate slope stability in time. The proposed innovative combination of vegetational parameters derived from ALS data with a physically based slope stability model is expected to allow a better understanding of geomorphic interdependencies at this scale. Furthermore, this interdisciplinary approach is expected to generate synergies between scientific fields, which will lead to an improved spatio-temporal prediction of the effects of human activity and environmental changes on landslide activity.
To improve hydrological modelling approaches, through identifying model weaknesses in reproducing actual internal catchment processes as well as investigating parameter variability, and to progress in understanding hydrological processes, through improved field observation and issues arising from modelling queries and outputs. The long-term objective is to provide reliable tools for assessing the hydrological consequences of environmental change and defining the land and watershed management strategies necessary to preserve water quantity and quality. General Information: A physically-based hydrological model (SHETRAN) and a parsimonious model (TOPMODEL) will be validated and improved using data from small experimental catchments, including work to ensure that the internal dynamics and processes of the catchments are properly represented. Submodels for precipitation interception in forests and for snow melting will be specially developed. A new generation of field techniques, including TDR (Time Domain Reflectometry), GPR (Ground Probing Radar) and GPS (Global Positioning System), are to be tested and used together with other field experiments to obtain data for internal validation of subsurface hydrology in small research catchments. The methodology for hydrological use of GPR at the hillslope and small catchment scales (soil water content, soil water reserve and water table delineation) will be developed through validation in a range of field conditions. Joint field campaigns are to be performed in the Vallcebre catchments (Southeast Pyrenees), an area with strong spatial and temporal heterogeneities in hydrological characteristics and process operation. The purpose of these campaigns is not only to gather field data, but also to create the best conditions for exchanging experience between researchers concerned with modelling and those concentrating on field work. Identifying model deficiencies and guiding field observations from model outputs is a primary objective of these campaigns. Other field campaigns, at a range of experimental sites in Spain, the UK and Switzerland will be performed for specific purposes (investigating the hydrological consequences of land use change, erosion processes, flow generation and partitioning, snow melting). Data from Experimental Catchments in Germany will be used to test models in other environmental conditions.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 51 |
| Europa | 8 |
| Land | 8 |
| Weitere | 1 |
| Wissenschaft | 33 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 1 |
| Förderprogramm | 50 |
| Text | 5 |
| unbekannt | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 2 |
| Offen | 56 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 39 |
| Englisch | 29 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 1 |
| Dokument | 2 |
| Keine | 43 |
| Webseite | 13 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 52 |
| Lebewesen und Lebensräume | 58 |
| Luft | 48 |
| Mensch und Umwelt | 59 |
| Wasser | 53 |
| Weitere | 59 |