Vorhersage Arktischer Tundrenökosystementwicklung und zukünftiger Feuerregime (ARTECO)

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Kirsten Thonicke
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571363325

Im Jahr 2023 hatte sich die Atmosphäre um ca. 1,2° über dem vorindustriellen Niveau erwärmt. Die Klimafolgen fallen für die Arktis besonders stark aus mit weitreichenden ökologischen Folgen. Wie sich klima-induzierte Änderungen der Vegetation, des Feuers, des Permafrostbodens und die damit verbundenen Änderungen der saisonalen Energie- und Kohlenstoffflüsse unter Klimawandel fortsetzen werden, ist immer noch nicht vollumfänglich verstanden. Ziele: Wir wollen das grundsätzliche Prozessverständnis des ökosystemgeschützten Permafrostbodens in der Arktischen Tundra verbessern, da die arktische Verbuschung und die verstärkten Feuerregime die Energiebilanz saisonal unterschiedlich beeinflussen. Die zunehmende Vegetationshöhe und Biomasse – und damit des Brennmaterials – können die Isolierung verstärken, oder aber die Feuer wieder zurücksetzen. Um diese Beziehungen genauer zu untersuchen, werden im Projekt Geländearbeit, Geofernerkundungs- und Modellierungsmethoden kombiniert. Durch diese Arbeiten werden wir ein verbessertes Prozessverständnis dieser komplexen Landschaftsveränderungen erhalten, die die Projektion der Sukzessionspfade in der Tundra und der Permafrostdynamik verbessern werden. Wir werden kritische Schwellenwerte der Feuerhäufigkeit bzw. die Schwere der Feuer bestimmen, bei deren Überschreiten eine Erholung der Tundrenvegetation, welches vor den Feuerereignissen herrschte, nicht mehr möglich ist. Methode: Wir werden unsere Untersuchungen auf umfangreichen Geländedaten und einem schnellen und stabilen mathematischen Modell für die Wärmeleitung aufbauen. Einfache Randbedingungen, die bislang verwendet wurden, werden wir mit komplexeren Ansätzen vergleichen. Die sich verändernde Vegetationsschicht, die den Boden saisonal isoliert, wird als zusätzliche Isolationsschicht parameterisiert und mit Hilfe von empirischen Daten validiert. Wir werden Techniken der Inversen Probleme anwenden, um fehlende oder schlecht bestimmte Wärmeleitungs- und andere Modellparameter aus Messungen zu bestimmen. Der verbesserte Modellansatz wird zusammen mit weiteren Verbesserungen des LPJmL v5.7.9 DGVMs die Simulation der Vegetationsveränderungen, des Feuers und des Permafrostbodens unter sich verändernden Umweltbedingungen zuverlässiger machen. Geländearbeiten und die Auswertung von Geofernerkundungsdaten werden die modellbasierte Arbeit ergänzen, zu denen auch die Untersuchung der sich ändernden Tundrenvegetation gehört. Dadurch werden die simulierten zukünftigen Veränderungen mit analogen Sukzessionsstadien im Gelände verglichen, was einen einmaligen Modell-Datenvergleich darstellt. Das beantragte Projekt kombiniert etablierte Techniken aus dem Bereich der Inversen Probleme für die Parameteroptimierung und einer numerisch verbesserten 2-dimensionalen Wärmeleitung in Permafrostböden mit langen Zeitreihen von in-situ Vegetations- und Energieflussmessungen der Tussock-Tundra, mit der die zukünftige Entwicklung des ökosystemgeschützten Permafrostbodens simuliert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF); Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Ronny Ramlau; Professorin Dr. Gabriela Schaepman-Strub