Die pflanzliche Landnutzung in den Tropen steht unter dem Druck mehr zu produzieren. Insbesondere in Westafrika ist aber die Nachhaltigkeit der Pflanzenproduktion durch eine zunehmende physikalische, chemische und biologische Bodendegradierung gefaehrdet. Biologische Merkmalskomplexe des Bodens beeinflussen die Intensitaet der Naehrstoffumsetzungen im System Pflanze-Boden und damit wesentlich das Naehrstoffangebot fuer die Nutzpflanzen. Ziel der geplanten Untersuchungen ist es, das Bodendegradierungsrisiko unterschiedlicher Landmanagementverfahren (Verkuerzung der Brachedauer, Ersatz der Brache durch Zwischenfruchtanbau oder verbesserte Fruchtfolgen) anhand ausgewaehlter biologischer Merkmalskomplexe abzuschaetzen, die in einem engen Zusammenhang mit der Naehrstoffverfuegbarkeit fuer die Nutzpflanzen stehen. Die Arbeiten befassen sich vorrangig mit der Abschaetzung des potentiellen und aktuellen Naehrstoffangebots durch Labor und Feldversuche in Nordghana und in der Elfenbeinkueste. Das Projekt soll die bodenbiologische Aktivitaet auf solchen Standorten bei verschiedenen Anbausystemen und unterschiedlichen Duengergaben und ihre Bedeutung als Bioindikator fuer die Bodenfruchtbarkeit pruefen.
Besondere Anpassungen der Wuestenassel Hemilepistus reaumuri sind ihr Sozialverhalten im Familienverband und extreme Orientierungsleistungen, mit deren Hilfe sie ihre Hoehle wiederfindet. Beide Verhaltenskomplexe wurden und werden untersucht. Der Riedfrosch Hyperolius viridiflavus vermag in der Trockenzeit mehrere Monate in der Vegetationsschicht semiarider Gebiete ohne Nahrungsaufnahme zu ueberstehen. In diesem Zusammenhang werden die Art des Verdunstungsschutzes und besondere Anpassungen beim Atmungsstoffwechsel untersucht.
Im Rahmen der Bonn Challenge werden in Ruanda landesweit degradierte Ökosysteme wiederhergestellt. Das so entstehende Mosaik aus wiederhergestellten Standorten wird die räumliche Zusammensetzung der Gehölzvegetation in Ruanda verändern und dadurch Landschaftskontext und Konnektivität beeinflussen, sowie zukünftige ökologische Entwicklungen prägen. Veränderungen an einzelnen wiederhergestellten Standorten beeinflussen wiederum die ökologischen Funktionen ihrer Umgebung. Bisher ist das Wissen über die relative Bedeutung verschiedener Mechanismen, die diesen Veränderungen zugrunde liegen, begrenzt. Deshalb wird dieses Teilprojekt im gesamten Studiengebiet räumliche und zeitliche Dynamiken von Landschaftsveränderungen, die durch die Wiederherstellung von Ökosystemen geprägt werden, untersuchen. Um zu verstehen, wie sich die Baumbedeckung im westlichen Ruanda im Laufe der Zeit verändert hat und wie dies heutige Ökosystemprozesse und Biodiversitätsmuster bedingt, werden wir mithilfe von Satellitendaten Landschaftsveränderungen während der letzten 35 Jahre quantifizieren. Das Sub-Projekt beinhaltet vier wesentliche Schritte: zunächst werden wir Veränderungen im Baumbestand während der letzten 35 Jahre kartieren, und dabei insbesondere auch Eukalyptusbäume von anderen Baumarten unterscheiden. Basierend auf diesen Daten werden wir dann die Konnektivität einzelner Flächen, sowie der Studienregion als Ganzes errechnen. Dies wird Rückschlüsse über den Landschaftskontext einzelner Standorte ermöglichen: wir erwarten, dass Standorte mit hoher Konnektivität eine relativ höhere Artenzahl haben als isolierte Standorte, die möglicherweise ein Defizit in ihrer momentanen Artenvielfalt aufweisen. Im dritten Schritt werden wir diese Hypothese anhand der empirischen Daten testen, die für das Sub-Projekt 1 unserer Forschungsgruppe gesammelt wurden. Dazu werden wir auf die Baumbestandskartierungen zurückkommen, um für die ganze Studienregion fernerkundungsbasierte Indizes für grundlegende Ökosystemfunktionen zu generieren. Hierbei werden wir insbesondere Ökosystemfunktionen in wiederhergestellten und nicht wiederhergestellten Teilen des Studiengebiets vergleichen. Angesichts vieler weltweiter Initiativen zur Wiederherstellung von Ökosystemen ist es wichtig, besser zu verstehen, wie Baumpflanzungen Landschaftskontext, Konnektivität, Biodiversität und ökologische Funktionen auf Landschaftsebene beeinflussen. Aufgrund der großflächigen Wiederherstellungsbemühungen in Ruanda bietet das Land einen idealen Rahmen, um das Wissen darüber zu erweitern, wie Ökosysteme von sich verändernder Landbedeckung und Konnektivität geprägt werden. Dieses Teilprojekt leistet somit wichtige Beiträge zur Landschaftsökologie und Renaturierungsökologie. Darüber hinaus wird es der Forschungsgruppe als Ganzes zugutekommen, indem ein raumzeitliches Verständnis des Studiengebietes generiert wird, das für alle anderen Teilprojekte nützlich ist.
Dem Bericht über die menschliche Entwicklung 2020 des United Nations Development Programme (UNDP) folgend sind 13 von 15 Nationen Westafrikas der niedrigsten Entwicklungsstufe zuzuordnen. Mit dieser Situation gehen verringerte Anpassungskapazitäten einher hinsichtlich der Herausforderungen, die der Klimawandel in der Region mit sich bringen wird. Extreme Niederschlagsereignisse (Starkregen, aber auch längere Dürren) führen immer wieder zu einer verringerten Nahrungsmittelproduktion und damit zu Hungerperioden, die sich insbesondere zu Beginn der anstehenden Regenzeit einstellen. Das hohe Bevölkerungswachstum in der Region stellt dagegen zunehmende Anforderungen an die Nahrungsmittelversorgung. In vielen Regionen wird der Boden bereits so stark ausgebeutet, dass eine Regenerierung über die übliche Brache oft nicht mehr ausreichend ist. Gutes Ackerland wird zusehends knapp. Andererseits besteht eine verstärkte Schutzbedürftigkeit naturbelassener Flächen, die zudem von den Veränderungen des Klimas betroffen sind. Schlechtes Management der Schutzgebiete, fehlende Akzeptanz in der Bevölkerung und die zunehmende Verknappung freier Flächen zur weit verbreiteten Selbstversorgung zwingen Menschen zur Nutzung von Gebieten, die für die Erhaltung der natürlichen Landschaft vorgesehen sind. Der vorliegende Beitrag präsentiert Karten als Ergebnis von Landnutzungsanalysen in Westafrika und zeigt raumzeitlich auf, welche Wechselwirkungen zwischen Landnutzung, Biodiversität und Klima bestehen.
Das Zusammenspiel von atmosphärischem Wasser und Zirkulation über Beeinflussung des Strahlungshaushalts, den Transport latenter Wärme und Rückkopplungsmechanismen von Wolken ist eines der bedeutendsten Hindernisse für das Verständnis des Klimasystems. Ein Vergleich zwischen Modellen verschiedener Auflösungen und Parameterisierungen kann wertvolle Einblicke in die Problematik geben. Jedoch werden für aussagekräftige Modelltests Messdaten benötigt. In diesem Zusammenhang können Isotopologen des troposphärischen Wasserdampfs eine wichtige Rolle spielen. Das Isotopologenverhältnis reflektiert die Bedingungen am Ort des Feuchteeintrags sowie verschiedene Umwandlungsprozesse (z.B. in Wolken). Während der letzten Jahre gab es großen Fortschritt beim Modellieren und Messen der Isotopologenverhältnisse, so dass kombinierte Untersuchungen nun global zeitlich und räumlich hochaufgelöst durchführbar sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, Wasserdampfisotopologe als neue Methode zu etablieren, um modellierte atmosphärische Feuchteprozesse zu testen und damit einige der größten Herausforderungen der aktuellen Klimaforschung anzugehen. Um statistisch robuste Untersuchungen zu ermöglichen, werden wir eine große Anzahl von (H2O, deltaD)-Paaren messen (deltaD ist das standardisierte Verhältnis zwischen den Isotopologen HD16O und H216O). Zum ersten Mal wird dann ein validierter Beobachtungsdatensatz zur Verfügung stehen, der große Gebiete, lange Zeiträume und verschiedene Tageszeiten abdeckt. Gleichzeitig wird ein hochauflösendes meteorologisches Modell, welches die Isotopologe simuliert, benutzt, um zu untersuchen inwiefern sich Eintrag und Transport von Feuchte in den Isotopologen wiederspiegeln. Diese Kombination von Messung und Modell ist einzigartig zum Testen der Modellierung von Feuchteprozessen. Das Potential der Isotopologen wird anhand von drei klimatisch interessanten Regionen aufgezeigt. Für Europa wird unser Ansatz einen wertvollen Einblick in den Zusammenhang zwischen Feuchteeintrag und den Isotopologen im Falle hochvariablen Wettergeschehens geben. Über dem subtropischen Nordatlantik werden wir Mischprozessen zwischen der marinen Grenzschicht und der freien Troposphäre untersuchen. Die verschiedenartige Einbindung dieser Prozesse in Modelle ist sehr wahrscheinlich ein Grund für die große Unsicherheit bei Rückkopplungsmechanismen von Wolken. Über Westafrika wird die Modellierung des Monsuns getestet (horizontaler Feuchtetransport, Feuchterückfluss von Land in die Troposphäre, und Tagesgänge in Zusammenhang mit vertikalen Mischprozessen). Die Frage, wie organisierte Konvektion die Monsunzirkulation und die Feuchtetransportwege beeinflusst, wird dabei von besonderem Interesse sein. In Kombination werden die Ergebnisse helfen, Defizite in aktuellen Wetter- und Klimamodellen aufzuspüren und besser zu verstehen, und dadurch einen wichtigen Beitrag für zukünftige Modellverbesserungen liefern.
Niedrige Wolken sind Schlüsselbestandteile vieler Klimazonen, aber in numerischen Modellen oft nicht gut dargestellt und schwer zu beobachten. Kürzlich wurde gezeigt, dass sich während der Haupttrockensaison im Juni und September im westlichen Zentralafrika eine ausgedehnte niedrige Wolkenbedeckung (engl. „low cloud cover“, LCC) entwickelt. Eine derart wolkige Haupttrockenzeit ist in den feuchten Tropen einzigartig und erklärt wahrscheinlich die dichtesten immergrünen Wälder in der Region. Da paläoklimatische Studien auf eine Instabilität hinweisen, kann jede Verringerung des LCC aufgrund des Klimawandels einen Kipppunkt für die Waldbedeckung darstellen. Daher besteht ein dringender Bedarf, das Auftreten, die Variabilität und die bioklimatischen Auswirkungen des LCC in westlichen Zentralafrika besser zu verstehen.Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein Konsortium aus französischen, deutschen und gabunischen Partnern aufgebaut, zu dem Meteorologen, Klimatologen und Experten für Fernerkundung und Waldökologie gehören. Die meteorologischen Prozesse, welche die Bildung und Auflösung der LCC im Tagesgang steuern, werden anhand von zwei Ozean-Land-Transekten auf der Grundlage einer synergistischen Analyse von historischen In-situ Beobachtungen, von Daten einer Feldkampagne und anhand von atmosphärischen Modellsimulationen untersucht. Die Ergebnisse werden mit einem kürzlich entwickelten konzeptionellen Modell für LCC im südlichen Westafrika verglichen.Die intrasaisonale bis interannuale Variabilität des LCC wird durch die Analyse von In-Situ-Langzeitdaten und Satellitenschätzungen quantifiziert. Unterschiede im Jahresgang des LCC (d.h. jahreszeitlicher Beginn und Rückzug, wolkenarme Tage) und die Ausdehnung ins Inland werden dokumentiert. Ansätze, die auf Wettertypen und äquatorialen Wellen basieren, werden verwendet, um intrasaisonale Variationen des LCC zu verstehen. Die Auswirkungen lokaler und regionaler Meeresoberflächentemperaturen auf die LCC-Entwicklung und ihre Jahr-zu-Jahr Variabilität werden bewertet, wobei statistische Analysen und spezielle Sensitivitätsversuche mit einem regionalen Klimamodell verknüpft werden.Schließlich wird der Einfluss von LCC auf die Licht- und Wasserverfügbarkeit bzw. die Waldfunktion anhand von In-Situ-Messungen untersucht. Die Ergebnisse werden mit Messungen aus der nördlichen Republik Kongo, wo die Trockenzeit sonnig ist, sowie mit einem einfachen Wasserhaushaltsmodells, das an die Region angepasst ist, verglichen. Die Wasserhaushaltsanalysen sollen die Kompensations- oder Verstärkungseffekte von Regen im Vergleich zur potenziellen Evapotranspiration, beide moduliert durch die LCC, auf das Wasserdefizit aufzeigen.Die Ergebnisse von DYVALOCCA werden zum ersten konzeptionellen Modell für Wolkenbildung und -auflösung im westlichen Zentralafrika führen und eine Hilfestellung für die Bewertung von Klimawandel-Simulationen mit Blick auf potentielle Kipppunkte für die immergrünen Regenwälder in der Region geben.
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