Rückkopplung zwischen Biodiversität und Klima

• Antragsteller: Professor Dr. Helge Bruelheide; Professor Dr. Thomas Hickler
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451398802

Durch den Kreislauf von Energie, Wasser, Elementen und Spurengasen sind terrestrische Ökosysteme wichtige Determinanten des Klimas. Während die Auswirkungen des Klimas auf die Biodiversität eingehend untersucht wurden, ist wenig über die Auswirkungen der Biodiversität auf das Klima bekannt und darüber, inwieweit diese Rückkopplungen Klimaänderungen abschwächen oder erhöhen können. Das Projekt legt einen besonderen Schwerpunkt auf die Rückkopplung der biologischen Vielfalt auf das Klima und auf den Beitrag der Natur für die Menschen. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Kaskadeneffekte und Rückkopplungsschleifen globaler Umweltveränderungen. Bisher verwenden Klima- oder Erdsystem-Modelle ein sehr einfaches Parametrisierungs-Schema für die biologische Vielfalt, indem nur zwischen sehr groben Vegetationskategorien wie Laub- und Nadelwald oder Pflanzen-Funktionstypen unterschieden wird, was nicht ausreicht, um die für die Rückkopplung der biologischen Vielfalt für die Atmosphäre relevanten Prozesse darzustellen. Zwei dynamische Vegetationsmodelle (DVMs) (FATE-HD, LPJ-Guess) werden in Kombination mit zwei Klimamodellen (COSMO-CLM2, CHELSA) verwendet werden, um Biodiversität-Klima-Szenarien für die Vergangenheit und für zwei Emissionsszenarien (rcp2.6, rcp8.5) zu erstellen. Das Problem der begrenzten Vegetationsklassen wird durch die Berechnung von Biodiversitäts- und Vegetationsprozessen und -effekten auf einer viel feineren Skala als in Klimamodellen gelöst. Wir wenden eine feinskalige Klassifikation der Vegetation (EUNIS) an und parametrisieren zusätzlich Biodiversität und funktionelle Merkmals-Vielfalt. In den Modellen werden die Auswirkungen der Biodiversität auf das Klima durch die Integration von Vegetationsdatenbanken (sPlot, EVA) in Kombination mit Fernerkundungs-Daten von Sentinel und Landsat und herunterskalierten Klimadaten von COSMO-CLM2 parametrisiert. Durch die Informationen aus den Vegetationsdatenbanken können die DVMs mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung (100 m für die Alpen, 5 km für Europa) betrieben werden. Durch Aggregation auf die Klimamodell-Skala (12 km) können die DVMs dann dem COSMO-CLM2 Informationen über einen Kalibrierungsprozess zurückgeben, der physikalisch-strukturelle und biogeochemische Eigenschaften an das Klimamodell weiter gibt. Die Auswirkungen der Biodiversität auf das Klima werden dann untersucht, indem entweder bestimmte Biodiversitäts-Variablen ausgeschlossen oder randomisiert werden. So können wir die Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem-Klima-System in ganz Europa für die Vergangenheit und die Zukunft quantifizier werden. Darüber hinaus werden die Informationen aus den festgestellten Rückkopplungen von Biodiversität und Klima direkt in einem Ökosystemleistungs-Ansatz mit dem Beitrag der Natur für die Menschen verknüpft. Dies wird uns erlauben, die Auswirkungen des Klimawandels abzuschwächen und den verschiedenen Interessengruppen die Biodiversitäts-Klima-Rückkopplungen besser zu vermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweden, Schweiz, Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency; Schweizerischer Nationalfonds (SNF); Technology Agency of the Czech Republic; The Swedish Research Council for Environment, Agricultural Sciences and Spatial Planning (FORMAS)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Milan Chytry; Dr. Cibele Queiroz; Professorin Dr. Sonia I. Seneviratne; Dr. Wilfried Thuiller; Professor Dr. Niklaus E. Zimmermann