Quelle: Universität Göttingen 7. Februar 2023.

7. Februar 2023 – Stürme, heiße und trockene Sommer sowie Schädlingsbefall haben in den hiesigen Wäldern sichtbare Spuren hinterlassen. Dies gilt auch für Fichtenbestände in Mittelgebirgen Thüringens. Wie können diese großflächig gestörten Flächen nachhaltig wiederbewaldet werden? Ein Forschungsteam am Geographischen Institut der Universität Göttingen ist mit dem Teilprojekt „Fernerkundung“ an dem Verbundvorhaben „ResEt-Fi – Wegbereiter Wiederbewaldung: Regionales Flächenmanagement“ beteiligt. Dieser Verbund will Werkzeuge und Konzepte entwickeln, um die Planung und Umsetzung der Wiederbewaldung zu unterstützen.

In dem Göttinger Teilprojekt werden in den kommenden drei Jahren Datensätze zur Beschreibung des Mikroklimas und der Vegetationsentwicklung dieser gestörten Flächen aufgenommen, analysiert und auf ihre Verwertbarkeit in der forstwirtschaftlichen Praxis geprüft. Die kontinuierlichen Messungen am Boden werden dazu mit Methoden der Fernerkundung, sowohl satellitengestützt als auch unter Einsatz von Drohnen, verknüpft. „Wir wollen unter anderem prüfen, wie die Ergebnisse von der lokalen auf die regionale Ebene übertragen werden können“, erklärt Dr. Birgitta Putzenlechner von der Abteilung Kartographie, GIS und Fernerkundung, die das Teilprojekt leitet. „Vor allem wollen wir aber prüfen, welche satellitengestützten Fernerkundungsprodukte sich am besten eignen, räumlich-zeitliche Muster von verschiedenen Varianten im Management der Störungsflächen herauszuarbeiten.“

Das Forstliche Forschungs- und Kompetenzzentrum von ThüringenForst leitet das Verbundvorhaben „ResEt-Fi“. Dieses ist Teil der Fördermaßnahme „REGULUS – Regionale Innovationsgruppen für eine klimaschützende Wald- und Holzwirtschaft“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Weitere Informationen zur Fördermaßnahme sind unter https://www.fona.de/de/massnahmen/foerdermassnahmen/waldforschung.php zu finden.

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• Planet Erde

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Quelle: Universität Bayreuth 6. Februar 2023.

6. Februar 2023 – Pflanzenökologen der Universität Bayreuth zeigen in „Nature Geoscience“, wie sich der globale Klimawandel auf terrestrische Ökosysteme auswirkt. Veränderungen in der Vegetationsaktivität konnten meist durch Veränderungen der Temperatur und der Bodenfeuchtigkeit erklärt werden. Änderungen der Sonneneinstrahlung und des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre spielten selten eine dominante Rolle. In einigen Ökosystemen sind nach einer langjährigen Zunahme der Vegetationsaktivität Rückgänge zu beobachten. Diese Trendumkehr wirft die Frage auf, ob terrestrische Ökosysteme auch in Zukunft einen hohen Beitrag zur Bindung von atmosphärischem Kohlenstoff leisten werden.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Steven Higgins, Inhaber des Lehrstuhls für Pflanzenökologie an der Universität Bayreuth, hat weltweite Fernerkundungsdaten aus den letzten 40 Jahren mit einem neuartigen dynamischen Modell des Pflanzenwachstums analysiert. Das neue Modell beschreibt den Einfluss wichtiger Klimaparameter wie Lufttemperatur, Bodentemperatur, Bodenfeuchte, Sonneneinstrahlung und atmosphärischer CO₂-Gehalt auf das Pflanzenwachstum. Damit ist es jetzt erstmals gelungen, messbare Veränderungen in der Vegetation von terrestrischen Ökosystemen auf einzelne Klimafaktoren zurückzuführen.

„Untersuchungen, die kausale Beziehungen zwischen klimatischen Veränderungen und Vegetationsänderungen herstellen und dabei den Einfluss einzelner sich ändernder Klimaparameter – wie beispielsweise Temperatur und Niederschlag – identifizieren, stellen einen wichtigen Fortschritt in der Ökosystemforschung dar. Sie beweisen, dass der menschengemachte Klimawandel bereits jetzt die Ökosysteme der Erde verändert. Aufgrund der so gewonnenen Erkenntnisse können wir erheblich besser verstehen und einschätzen, wie sich die Ökosysteme der Erde infolge des Klimawandels entwickeln. Die auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse können eine wertvolle Unterstützung für umwelt- und klimapolitische Programme sein“, sagt Higgins. „Früher konnten wir zwar Veränderungen der Vegetationsaktivität feststellen, aber es war oftmals schwierig zu erkennen, ob es wirklich der Klimawandel war, der diese Veränderungen verursacht hat. Auch der jüngste Bericht des Weltklimarats IPCC enthält überraschend wenig Fallstudien, in denen beobachtete Vegetationsveränderungen mit hoher Sicherheit auf klimatische Veränderungen zurückgeführt werden konnten“, ergänzt Dr. Timo Conradi, Ko-Autor und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Pflanzenökologie.

Die neue Studie beruht auf Messdaten zu insgesamt 100 Untersuchungsflächen, die über alle Kontinente verteilt sind. In dieser Stichprobe ist jedes der wichtigsten Ökosysteme der Erde mit mindestens fünf Beispielen vertreten: tropische immergrüne Wälder, boreale Wälder, gemäßigte Wälder, Savannen, Buschland, Grasland, Tundra und mediterrane Ökosysteme. Die durch Satellitenbeobachtungen ermittelten Vegetationsveränderungen an diesen Standorten wurden daraufhin untersucht, inwieweit sie mit Veränderungen der Lufttemperatur, der Bodentemperatur, der Bodenfeuchte, der Sonneneinstrahlung und dem CO₂-Gehalt der Atmosphäre erklärt werden können. In ihrer Gesamtheit lassen diese Analysen einige globale Trends erkennen: Ökosysteme an trockenen und warmen Standorten, vor allem Savannen und manche Grasländer, reagierten in erster Linie auf Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit. Hingegen waren Ökosysteme an kühleren Standorten, wie boreale Wälder, Wälder der gemäßigten Breiten und Tundren, besonders sensibel für Temperaturänderungen. Änderungen des CO₂-Gehalts der Atmosphäre und der Sonneneinstrahlung hatten überraschenderweise nur selten einen dominierenden Einfluss auf Vegetationsänderungen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie langfristige Fernerkundungsdaten die Ökosystemforschung unterstützen und erheblich voranbringen können. Gerade auf diesem Gebiet wird eine enge internationale Zusammenarbeit weiterhin erforderlich sein, um den Einfluss von Klimafaktoren auf globaler Ebene zu identifizieren und zu verstehen, wie und warum sich Ökosysteme in verschiedenen Regionen der Welt verändern“, sagt Ko-Autor Edward Muhoko M. Sc. aus Namibia, der zurzeit am Lehrstuhl für Pflanzenökologie promoviert und sich auf Geoinformationssysteme, Fernerkundungsverfahren und Geostatistik spezialisiert hat.

Die Bayreuther Forscher fanden in unterschiedlichen Klimazonen der Erde deutliche Hinweise auf Trendumkehrungen. Anscheinend haben steigende Luft- und Bodentemperaturen an vielen Standorten zunächst jahrzehntelang die Vegetationsaktivität erhöht und eine aus dem Weltraum sichtbare „Begrünung“ bewirkt. Anhaltende Temperaturerhöhungen können jedoch irgendwann zu einer Austrocknung der Böden führen, was eine Verringerung der Vegetationsaktivität zur Folge hat. Neuere Satellitenaufnahmen lassen daher an einigen Standorten eine „Verbraunung“ von Ökosystemen erkennen. Feldforschungen in tropischen Wäldern, bei denen Veränderungen der Baumgröße gemessen wurden, haben in jüngster Zeit ebenfalls Belege für diese Entwicklung geliefert. „Falls diese Trendumkehr durch weitere Studien bestätigt wird, wäre das in der Tat besorgniserregend, denn in der Vergangenheit haben die terrestrischen Ökosysteme durch ihre jahrzehntelange ‚Begrünung‘ erhebliche Anteile der anthropogenen Kohlenstoffemissionen absorbiert. Bislang hat uns diese Kohlenstoffbindung durch die Vegetation vor einem noch dramatischeren Klimawandel bewahrt“, erklärt Higgins.

Originalpublikation:
Steven I. Higgins, Timo Conradi, Edward Muhoko: Shifts in vegetation activity of terrestrial ecosystems attributable to climate trends. Nature Geoscience (2023), DOI: doi.org/10.1038/s41561-022-01114-x,
https://www.nature.com/articles/s41561-022-01114-x.

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Basel 2. Juni 2022.

2. Juni 2022 – Schmelzende Gletscher sind zum Symbol des Klimawandels in den Alpen geworden. Vom Weltall betrachtet ist auch das Schwinden von Schneeflächen bereits sichtbar. Allerdings ist dies bei Weitem nicht die größte Veränderung infolge steigender Temperaturen. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam um Prof. Dr. Sabine Rumpf von der Universität Basel sowie Prof. Dr. Grégoire Mariéthoz und Prof. Dr. Antoine Guisan von der Universität Lausanne.

Die Forschenden untersuchten zusammen mit Kollegen aus Holland und Finnland die Veränderung der Schneefläche und der Vegetation anhand hochaufgelöster Satellitendaten aus den Jahren 1984 bis 2021. In diesem Zeitraum hat das Pflanzenwachstum auf 77 Prozent der Fläche oberhalb der Baumgrenze zugenommen. Dieses Phänomen des «Ergrünens» durch die Klimaerwärmung ist bereits für die Arktis gut dokumentiert und wurde auch vereinzelt schon für Gebirge beschrieben.

Dreiviertel der Alpen mit stärkerem Pflanzenwachstum
«Das Ausmaß in den Alpen erweist sich als wirklich enorm», sagt Sabine Rumpf, Erstautorin der Studie und seit Februar Assistenzprofessorin an der Universität Basel. Die Alpen ergrünen, da neue Gebiete von Pflanzen bewachsen werden und die Vegetation allgemein dichter und höherwüchsiger wird.

Bisherige Studien hatten vor allem den Einfluss des Klimawandels auf die alpine Artenvielfalt und die Veränderungen der Verbreitung von Pflanzenarten in den Fokus genommen. Eine so umfassende Analyse des zunehmenden Pflanzenwachstums in den Alpen gab es bisher jedoch nicht. Grund für die Zunahme der pflanzlichen Biomasse-Produktion sind vor allem Veränderungen des Niederschlags und längere Vegetationsperioden infolge steigender Temperaturen.

«Alpenpflanzen sind an harsche Bedingungen angepasst, aber nicht sehr konkurrenzstark», so Rumpf. Durch die Veränderung der Umweltbedingungen verlören die spezialisierten Arten ihren Vorteil und würden verdrängt. «Die einzigartige Artenvielfalt der Alpen steht also unter hohem Druck.»

Schneefläche bereits leicht zurückgegangen
Im Vergleich zur Vegetation veränderte sich die Ausdehnung der Schneefläche oberhalb der Baumgrenze seit 1984 nur leicht. Für ihre Analyse schlossen die Forschenden Regionen unterhalb von 1700 Höhenmetern sowie Gletscher und Wälder aus. Bezogen auf die übrigen Bereiche stellten sie fest, dass auf knapp 10 Prozent dieser Fläche die Schneedecke deutlich abgenommen hat. Das klingt zwar nicht nach viel, ist aber dennoch besorgniserregend, betonen die Forschenden.

«Frühere Auswertungen von Satellitendaten hatten noch keinen solchen Trend festgestellt», erklärt Antoine Guisan, einer der beiden Letztautoren der Studie. «Grund dafür dürfte sein, dass die Auflösung der Satellitenbilder nicht ausreichte oder man zu kurze Zeiträume betrachtet hat.»

«Lokale Messungen zeigen seit Jahren einen Rückgang der Schneedicke in tieferen Lagen», ergänzt Grégoire Mariéthoz. «Zumindest stellenweise hat dieser Rückgang bereits dazu geführt, dass Flächen größtenteils schneefrei geworden sind.» Anhand der Satellitendaten lässt sich nur unterscheiden, ob eine Parzelle schneebedeckt ist oder nicht. Aussagen über die Schneedicke erlauben die Daten indes nicht.

Mit fortschreitender Klimaerwärmung dürften die schneefreien Flächen in den Alpen weiter zunehmen. Dadurch entsteht ein Teufelskreis: «Eine grünere Bergwelt reflektiert weniger Sonnenlicht und führt somit zu einer weiteren Klimaerwärmung – und daher zum weiteren Schwinden reflektierender Schneeflächen», sagt Sabine Rumpf. Die Erwärmung lässt zudem die Gletscher weiter schmelzen und den Permafrost tauen. Mehr Bergrutsche und Murgänge könnten die Folge sein. Zudem spiele Schnee und Eis der Alpen eine wichtige Rolle für die Trinkwasserversorgung und nicht zuletzt für den Tourismus, betont Rumpf.

Originalpublikation
Sabine Rumpf et al.: From white to green: Snow cover loss and increased vegetation productivity in the European Alps. Science (2022), doi: 10.1126/science.abn6697.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6697

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Potsdam.

29. April 2022 – Der Klimawandel beeinflusst den Charakter und die Stabilität von Ökosystemen weltweit. In der Theorie kann die Resilienz von Ökosystemen – also die Fähigkeit, äußerem Stress wie Dürren oder Waldbränden zu widerstehen und sich davon zu erholen – aus deren natürlicher Variabilität abgeleitet werden. In ihrer Pilotstudie zur Überwachung von Satellitenbildern aus der Zeit von 1992 bis 2017 zeigen die Forschenden, dass dies tatsächlich möglich ist – und zwar unabhängig vom Vegetationstyp und von der Klimazone.

„Neue Herangehensweisen zur Verarbeitung großer Datensätze ermöglichen es, verbreitete Theorien und Annahmen zur Funktionsweise von Ökosystemen zu prüfen“, sagt der leitende Autor der Studie, Taylor Smith. „Unsere Arbeit bestätigt empirisch eine dieser Theorien. Wir können mit einem einfachen mathematischen Modell messen, wie widerstandsfähig die Vegetation auf äußeren Druck reagiert.“ Co-Autor Prof. Dr. Niklas Boers (TUM/PIK) ergänzt: „Unsere Methode ermöglicht es uns, Veränderungen der Vegetationsresilienz an jedem beliebigen Ort der Erdoberfläche kontinuierlich zu messen. Wir bieten damit einen soliden, empirisch bestätigten Rahmen für die Überwachung der Vegetationsresilienz aus dem Weltraum.“

Die Arbeit zeigt weiterhin, dass die globale Vegetation seit den frühen 2000er Jahren an Resilienz verloren hat. Die Vegetation benötigt nach Störungen eine längere Zeit, um ihr natürliches Gleichgewicht wiederherzustellen. „Je nach Klimazone und Vegetationstyp stellen wir sehr unterschiedliche langfristige Trends bei der Widerstandsfähigkeit fest, aber insgesamt ist die Resilienz in den letzten zwei Jahrzehnten häufiger zurückgegangen“, sagt Taylor Smith. Insbesondere tropische Regenwälder und die borealen Wälder Sibiriens sind anfälliger für Ereignisse wie Waldbrände, Schädlingsbefall und Naturkatastrophen geworden. Zu den möglichen Faktoren, die zu dieser Verschiebung beitragen könnten, gehören natürliche langfristige Schwankungen, der vom Menschen verursachte Klimawandel, die zunehmende Landnutzung und die Entwaldung sowie eine größere Häufigkeit von Dürren und Waldbränden.

„Wir müssen dringend unsere Bemühungen verstärken, mögliche Veränderungen in der Widerstandsfähigkeit der Vegetation zu erkennen und die zugrundeliegenden Faktoren zu verstehen. Wir gehen davon aus, dass die vom Menschen verursachte globale Erwärmung und die veränderte Landnutzung eine wichtige Rolle spielen werden, aber viele Prozesse sind noch nicht gut verstanden, sodass es schwierig ist, das Schicksal der natürlichen Vegetation in den kommenden Jahrzehnten vorherzusagen“, warnt Niklas Boers. „Satellitendaten können hier eine entscheidende Rolle bei der kontinuierlichen Überwachung des Zustands der Vegetation und von Ökosystemen spielen“, fasst Taylor Smith zusammen.

Publikation:
Smith, T., Traxl, D. & Boers, N.: Empirical evidence for recent global shifts in vegetation resilience, Nat. Clim. Chang. (2022): https://www.nature.com/articles/s41558-022-01352-2
pdf: https://www.nature.com/articles/s41558-022-01352-2.pdf

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• Planet Erde

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Quelle: ESA.

20. Februar 2015 – Die Mission Biomass gilt einem der wichtigsten Bestandteile des Systems Erde, nämlich dem Zustand und der Entwicklung der tropischen Regenwälder. Zu ihren wissenschaftlichen Hauptzielen gehören die Bestimmung der Verteilung der oberirdischen Biomasse in den Regenwäldern und die Messung der jährlichen Veränderungen dieser Masse während des Einsatzzeitraums des Satelliten.

Die Biomasse und die Vegetationshöhe werden mit einer Auflösung von 200m, Eingriffe in das Waldsystem, wie etwa Kahlschlag, mit einer Auflösung von 50m erfasst, womit die Mission ein wichtiges Hilfsmittel für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung darstellt.

Die Untersuchung der tropischen Biomasse ist für das Verständnis des Klimas auf unserem Planeten von grundlegender Bedeutung.

Mit Biomass bietet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, satellitengestützte Radarbeobachtungen der Erdoberfläche im P-Band zu machen. Über die Untersuchung der Regenwälder hinaus werden die Daten auch der Überwachung der Ionosphäre, von Gletschern und Eiskappen sowie der Erfassung unterirdischer geologischer Strukturen in Wüstengebieten und der Topografie von unter dichter Vegetation verborgenen Oberflächen dienen.

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