PhenoFeedBacks – Biopyhysikalische Auswirkungen und Rückkopplungen von Veränderungen der Pflanzenphänologie

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Forkel; Dr. Alexander J. Winkler, seit 9/2021
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454149250

Eine zeitigere Entwicklung der Blätter im Frühling oder eine Veränderung des Eintritts des Blattfalls im Herbst sind Indikatoren für den Einfluss von Klimaänderungen auf die Phänologie der Pflanzen. Solche Veränderungen der Pflanzenphänologie beeinflussen die Photosynthese und Kohlenstoffaufnahme in Ökosystemen. Biophysikalische Auswirkungen von Veränderungen der Pflanzenphänologie auf die Albedo, die Energiebilanz der Erdoberfläche, die Oberflächentemperatur oder auf den Feuchtegehalt der Blätter wurden bisher aber wenig untersucht. Obwohl eine frühere Blattentwicklung im Frühjahr die Kohlenstoffaufnahme bei der Photosynthese erhöhen kann und somit die Klimaerwärmung abschwächen kann, bedeutet dies auch eine höhere Absorption kurzwelliger Strahlung und erhöhte Temperatur und kann so die Erwärmung verstärken. Weiterhin führt eine verstärkte Pflanzenproduktivität im Frühjahr zu einer verstärkten Aufnahme von Bodenwasser und kann Dürrebedingungen im Sommer und Herbst verstärken. So eine Verstärkung von Dürre kann zu einer höheren Gefährdung und möglicherweise zu einem verstärkten Auftreten von Vegetationsbränden führen. Insgesamt sind die kombinierte Rolle dieser Effekte von phänologischen Verschiebungen auf das Klimasystem noch unbekannt. Die Hauptziele von PhenoFeedBacks sind das Verstehen und Quantifizieren von biophysikalischen Rückkopplungen phänologischer Veränderungen auf das Klimasystem. Auswirkungen auf Veränderungen in der Albedo, im latenten Wärmestrom, Temperatur, Energiebilanz und im Feuchtegehalt der Vegetation werden anhand von Daten weltweiter Beobachtungsnetzwerke und von Satelliten quantifiziert werden. Zeitreihen der Pflanzenphänologie von digitalen Kameras, Messungen des Austauschs von Kohlenstoff, Wasserstoff und Energie zwischen Ökosystem und Atmosphäre, sowie phänologische und biophysikalische Parameter von Satellitenbeobachtungen werden mit neuen Methoden des maschinellen Lernens kombiniert werden um Beziehungen und partielle Sensitivitäten zwischen Veränderungen in biophysikalischen Eigenschaften und Phänologie zu identifizieren. Im Anschluss werden die Auswirkungen dieser phänologischen und biophysikalischen Veränderungen auf die Vegetationsbrandgefahr und das Auftreten von Bränden sowie auf den Strahlungsantrieb des Klimasystems quantifiziert werden. Die Analysen decken alle weltweiten saisonalen Ökosysteme ab. Insgesamt werden die gefundenen Auswirkungen und Rückkopplungen zwischen Pflanzenphänologie und biophysikalischen Eigenschaften das Verständnis und die zukünftige Modellentwicklung zur Rolle der Landökosysteme im Klimasystem vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Mirco Migliavacca, Ph.D., bis 8/2021