Globaler Ansatz zu Kartierung des neu entdeckten tropischen Tieflandwolkenwalds (TLCF) basierend auf globalen Nebelfrequenzdaten und einer mechanistischen Untersuchung des Epiphytenwachstums mit Fokus auf Südamerika
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Tropische Tieflandnebelwälder (TLCF, <500 m ü.d.M.) weisen eine erhöhte Artenvielfalt an feuchtigkeitsabhängigen Epiphyten auf. TLCFs sind jedoch durch den Klimawandel stark bedroht, insbesondere durch zunehmenden Dürreperioden. Ziel des Projekts war es, (i) die räumliche Ausdehnung der Nebel- und Stratus- (FLS) bedingten TLCF im Amazonas mit Fernerkundung aufzudecken, (ii) die Widerstandsfähigkeit von TLCF gegen Dürren zu analysieren, (iii) ein prozessbasiertes Modell für Moose weiterzuentwickeln, um die Auswirkungen von Dürren auf Moose mechanistisch zu verstehen, und (iv) Mikroklimadaten in hoher raum-zeitlicher Auflösung zum räumlichen Modellantrieb bereitzustellen. Auf Basis von 18 Jahren MODIS-Daten wurde ein neues Verfahren zur FLS-Erkennung entwickelt. Demnach sind TLCF-Gebiete ein weit verbreitetes Phänomen im Amazonas. Die größte Herausforderung war die Erkennung von Subpixel-Nebel, da die meisten Flusstäler unterhalb der MODIS-Pixelauflösung von 1 km liegen. Um die Resistenz von TLCF-Gebieten gegenüber Dürren unterschiedlicher Intensität zu testen, wurde der FLS Datensatz für die vergangenen Amazonas-Dürren analysiert. Es zeigte sich die höchste Stabilität von FLS in steilen Flusstälern. Zum mechanistischen Verständnis des Effekts von Nebelwasser für das Wachstum von Epiphyten wurde basierend auf gesammelten photosynthetischen Responskurven und Mikroklimadaten aus den Baumkronen in Yasuni, Ecuador, die C-Bilanz von epiphytischen Bryophyten modelliert. Bei der Analyse der Alpha- und Betadiversität fanden wir keine Hinweise auf TLCF aber eine starke vertikale und schwache horizontale Strukturierung der Diversität. Das Modell hat Wettermuster identifiziert, die für einen positiven C-Bilanz als Voraussetzung für die Entwicklung artenreicher Epiphytengemeinschaften notwendig sind. Um das Modell für den Amazonas zu betreiben, müssen hochaufgelöste Antriebsdaten bereitgestellt werden, die bisher nicht verfügbar sind. Eine Möglichkeit ist das Downscaling grob aufgelöster Re-Analysedaten (z.B. 9 km ERA-5 Land) auf die erforderliche Auflösung von ~100 m. Nebel wird jedoch durch mesoskalige Kaltluftabflüsse erzeugt, die im ERA-5-Prozessmodell nicht ausreichend berücksichtigt werden. Daher haben wir das Downscaling-Tool microclima, das mesoskalige Winddynamiken explizit berücksichtigt, auf seine Eignung getestet. Selbst die Lufttemperatur, die durch nächtliche Kaltluftinversion beeinflusst ist, war nachts nicht korrekt. Zukünftige Forschung muss genauere Werkzeuge bereitstellen, um mikroklimatische Daten für tropische Tieflandgebiete zum flächendeckenden Antrieb des Moosmodells zu generieren. Die Projekergebnisse sind auch für die Anwendung von Bedeutung. Die Karte der hochresistenten FLS-Gebiete markiert Regionen mit einem hohen Potenzial für hygrische Klimawandel-Refugien. Diese Regionen sollten vorrangig unter Schutz gestellt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Räumliche Ableitung eines neuen, durch Nebel angetriebenen Ökosystems im tropischen Tiefland. Poster presentation at 38. Jahrestagung des Arbeitskreis Klima, 25. - 27. Oktober 2019, Tagungshotel Jesteburg. (2019)
Pohl, M., Lehnert, L. & Bendix, J.
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Spatial delineation of a fog-driven ecosystem of tropical lowlands. Poster presentation at 8th International Conference on Fog, Fog Collection and Dew (IFDA2019-2), Taipei, Taiwan, 14–19 July 2019.
Pohl, M., Bendix, J. & Lehnert, L.
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A new fog and low stratus retrieval for tropical South America reveals widespread fog in lowland forests. Remote Sensing of Environment, 264, 112620.
Pohl, Marius J.; Lehnert, Lukas; Bader, Maaike Y.; Gradstein, S. Robbert; Viehweger, Jonas & Bendix, Jörg
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High-resolution tropical rain-forest canopy climate data. Oral presentation at One-day Canopy Conference Online (2021, Xishuangbanna)
Berdugo, M.B., L. Heyer, K. Suárez, J. Deleg, J. Bendix & M.Y. Bader
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Overcoming data limitations to model daily carbon assimilation patterns of epiphytic bryophytes in lowland tropical forests. Poster presentation at Annual meeting of the GfÖ special interest group on Plant Population Biology (PopBio, 2021, Prague ~ online)
Berdugo Moreno, M.B., N. Nicolić, L. Guérot, S. Brach, S.R. Gradstein, J. Bendix & M.Y. Bader
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Scales of diversity in Amazonian rainforest bryophytes. Poster presentation at Annual meeting of the GfÖ special interest group on Plant Population Biology (PopBio, 2021, Prague ~ online)
Bader, M.Y., M.B. Berdugo Moreno, L. Guerot & S.R. Gradstein
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The distribution of fog and low stratus clouds in tropical lowland forests derived from remote sensing infrared data. Poster presentation at 39. Jahrestreffen des AK Klima in Passau, 05.11.2021 – 07.11.2021. (2021)
Pohl, M., Lehnert, L., Bader, M., Viehweger, J., Gradstein, S.R. & Bendix, J.
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A research agenda for nonvascular photoautotrophs under climate change. New Phytologist, 237(5), 1495-1504.
Porada, Philipp; Bader, Maaike Y.; Berdugo, Monica B.; Colesie, Claudia; Ellis, Christopher J.; Giordani, Paolo; Herzschuh, Ulrike; Ma, Yunyao; Launiainen, Samuli; Nascimbene, Juri; Petersen, Imke; Raggio, Quílez José; Rodríguez‐Caballero, Emilio; Rousk, Kathrin; Sancho, Leopoldo G.; Scheidegger, Christoph; Seitz, Steffen; Van Stan, John T.; Veste, Maik; ... & Weston, David J.
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Diversity patterns of epiphytic bryophytes across spatial scales: Species‐rich crowns and beta‐diverse trunks. Biotropica, 54(4), 893-905.
Berdugo, Monica B.; Gradstein, S. Robbert; Guérot, Louise; León‐Yánez, Susana; Bendix, Jörg & Bader, Maaike Y.
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Good days, bad days: weather as a driver of bryophyte carbon-exchange dynamics in tropical rainforest canopies. Oral presentation at 58th Annual Meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation (ATBC) (2022, Cartagena, Colombia ~ online)
Berdugo, M.B., N. Nikolic, L. Guerot, S. Bach, J. Bendix, G. Zotz & M.Y. Bader
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High-resolution tropical rain-forest canopy climate data. Environmental Data Science, 1(2022).
Berdugo, Monica B.; Heyer, Leander; Suarez, Contento Karen Yuliana; Déleg, Jorge; Bendix, Jörg & Bader, Maaike Y.
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Klimawandel & Trockenheit in den Tropen: Täler im Amazonasbecken als bevorzugte Klimawandel-Refugien für feuchtigkeitsabhängige Organismen. Poster presentation at 40. Jahrestreffen des AK Klima in Ochsenfurt, 28.-30.10.2022. (2022)
Pohl, M., Lehnert, L., Thies, B., Seger, K., Berdugo, M. B., Gradstein, S. R., Bader, M. & Bendix, J.
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Fog-low stratus (FLS) occurrence under increasing Amazon drought conditions supports the formation of climate change refugia in concave terrain. Oral presentation at 9th International Conference on Fog, Fog Collection, and Dew (FOGDEW2023), July 23-28 2023, Fort Collins, Colorado USA
Bendix, J., Pohl, M., Thies, B., Bader, M & Lehnert, L.
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Valleys are a potential refuge for the Amazon lowland forest in the face of increased risk of drought. Communications Earth & Environment, 4(1).
Pohl, Marius J.; Lehnert, Lukas W.; Thies, Boris; Seeger, Konstantin; Berdugo, Mónica B.; Gradstein, S. Robbert; Bader, Maaike Y. & Bendix, Jörg
