Niederschlagsinterzeption - Lokalisierung der Wasserspeicherung und Verdunstung in Waldbeständen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Bernhofer
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324915082

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.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Ronald Queck