DSS - WuK

Name des Modells:

Buchdrucker-Schadmodell

Modellentwickler:

BAIER, PENNERSTORFER & SCHOPF, BOKU, Wien, SEIDL, BAIER, RAMMER, SCHOPF & LEXER, BOKU, Wien, sowie WERMLINGER & SEIFERT, WSL, Birmensdorf, modifiziert und angepasst durch LEMME, JUNGHANS, HURLING & HABERMANN , NW FVA, Göttingen

Zielsetzung/Zweck:

Primäre Zielgröße ist die Berechnung der Anzahl von Generationen des Buchdruckers an einem Ort und Jahr.
Mit der mittleren Generationsanzahl an einem Ort wird ein "weicher" populationsökologischer Parameter für die Risikoabschätzung von Schadereignissen durch den Buchdrucker ermittelt. Die Generationsanzahl und weitere Bestandesparameter dienen der Prognose von jährlichen Schadholzanteilen.

Modelltyp:

Prozessmodell

Zustandsvariablen:

Name	Einheit	Beschreibung
AnzG	Anzahl	Anzahl von Generationen in einem Jahr
Schadholzanteil	Prozent	Anteil des Schadholzes am Gesamtvolumen

Skaleneben:

Räumlich Auflösung, entsprechend des zurzeit vorliegenden CLM Datensatzes mit 0,2° x 0,2° Gitterpunkten
Zeitliche Auflösung bei der Berechnung: Tag, Ergebnisdaten Jahr bzw. Periode

Prozessüberblick und Ablaufplan:

Die zeitliche Abfolge der Entwicklung an einem Punkt wird mit Hilfe von mehreren Wärmesummensubmodellen für die Festlegung des Schwarmflugbeginns als auch für den zeitlichen Verlauf der Brutentwicklung berechnet.

Bei der Modellierung des Entwicklungszyklus wurde von der stark vereinfachenden Annahme ausgegangen, dass die Käfer sich bevorzugt an einer besonnten Südseite eines Fichtestammes entwickeln. Im Wärmesummenmodell wurde daher für die Berechnung des Entwicklungszyklus die Kambialtemperatur verwendet. Mikro- oder mesoklimatische (Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte) Effekte werden nicht berücksichtigt.

Die Kambialtemperatur wird mit Hilfe einer einfachen Funktion (siehe unten) mit der Einflussgröße Lufttemperatur geschätzt.

Die Parametereinstellungen für das Wärmesummenmodell (PHENIPS) wurden von WERMLINGER & SEIFERT (1998) und BAIER, PENNERSTORFER & SCHOPF (2007), für das Gesamtmodell von SEIDL et al. (2007 und 2008) entnommen.

Die Abschätzung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines über 60jährigen Fichtenbestandes in 30 Jahren infolge eines Borkenkäferbefalls erfolgte durch Parametrisierung mit Daten über den Schadholzanfall des Landes Sachsen-Anhalt im Zeitraum 1985-1998.

Stochastizität:

Nein

Input:

Name	Einheit	Beschreibung
tmax	°C	Tagesmaximaltemperatur
tmit	°C	Tagesmitteltemperatur

Submodelle:

Berechnung Kambialtemperatur (Formel von AP1):

Zielgröße: KT − Kambialtemperatur [°C]
Einflussgröße: T − Tagesmitteltemperatur Luft [°C]

KT = T * 1,23 − 0,98

Berechnung der täglichen, effektiven Wärmesumme für die Berechnung des Schwärmstarts im Frühjahr:

Zielgröße: TS − tägliche, effektive Wärmesumme [Tagegrad − TG]
Einflussgröße: Tmax - Tagesmaximaltemperatur [°C]

TS = Tmax − 8,3

Der Schwarm erfolgt bei einer Summe von 140 Tagegraden nach dem 1. April eines Jahres und einer Lufttemperatur von mindestens 16,5°C

Berechnung der täglichen, effektiven Wärmesumme für die Brutentwicklung:

Zielgröße: Teff − tägliche, effektive Wärmesumme [Tagegrad − TG]
Einflussgröße: KT − Kambialtemperatur [°C]

Teff = (To - DTL) * (e(alpha * KT) - e((alpha * Tmax) - ((Tmax - KT) / beta)) - gamma)

• mit:
• To (optimale Entwicklungstemperatur) = 30,4 °C
• DTL (unterer Schwellwert der Entwicklungstemperatur) = 8,3°C
• alpha (Parameter) 0,0288
• beta (Parameter) 3,592
• gamma (Parameter) 1,2466
• Tmax (Parameter) 40,996

Berechnung Generationsanzahl an einem Punkt und Jahr:

Schwärmflug erfolgt bei Temperaturen oberhalb 16,5°C
kumulative Wärmesumme für die Entwicklung einer Brut: 557 Tagegrad (TG)
WSF - aufsummierte, tägliche Wärmesumme zur Terminierung des Schwärmstarts
WS - aufsummierte, tägliche effektive Wärmesumme für die Brutentwicklung

Brutentwicklung der 1. Generation

Beginn der 1. Generation, wenn WSF >=140 TG erreicht und eine Tagesmaximaltemperatur >= 16,5°C vorliegt
Teff vor dem Beginn der 1. Generation = 0
Abschluss der 1. Generation, wenn WS mindestens 1 * 557 TG

Brutentwicklung der 2. Generation

Beginn der 2. Generation, wenn WS der ersten Generation mindestens 1*557 TG und Tagesmaximaltemperatur mindestens 16,5°C
Teff nach Abschluss 1. Generation und vor dem Entwicklungsbeginn der 2. Generation = 0
Abschluss der 2. Generation, wenn WS mindestens 2 * 557 TG

Brutentwicklung der 3. Generation

Beginn der 3. Generation, wenn WS mindestens 2*557 TG und Tagesmaximaltemperatur mindestens 16,5°C
Teff nach Abschluss 2. Generation und vor dem Entwicklungsbeginn der 3. Generation = 0
Abschluss der 3. Generation, wenn WS mindestens 3 * 557 TG

Weitere Generationen werden nach dem obigen Muster berechnet.

Sinkt die Tageslänge unter 14,5h Licht, erfolgt kein weiterer Schwärmflug reifer Käfer mehr, diese treten in der Regel in eine Imaginaldiapause ein. Die bis hierhin unfertige Brut kann sich bis zum 31. Oktober weiter entwickeln (TG werden aufsummiert). Können für eine (unfertige) Brut bis zum 31. Oktober mindestens 60% der nötigen TG aufsummiert werden (346 TG), dann vollendet diese Brut das "weiße Stadium" und wird als erfolgreiche Brut im System verbucht. Wird der Wert nicht erreicht, wird diese Brut nicht gewertet.

Aufsummiert werden alle erfolgreichen Bruten eines Jahres

Berechnung Ausfallrisikos in 30 Jahren:

Zielgröße: Schadholzanteil [%]
Einflussgrößen:
AnzG - mittlere Anzahl Generationen
BAlter - Bestandesalter [Jahre]
GF - Bestandesgrundfläche [m^2]
ETakt - aktuelle Evapotranspiration in der Vegetationsperiode
ETpot - potentielle Evapotranspiration in der Vegetationsperiode

Bestandesprädisposition:
Die Prädisposition des Bestandes für den Buchdrucker ist nach Seidl et al. (2007) vom Bestandesalter, der Bestandesgrundfläche, dem Baumartenanteil der Fichte und der Wasserversorgung abhängig.

Prädisp.Alter = 1 / (1 + e(4.673438 + (-0.06 * BAlter)))
Prädisp.Grundfläche = 1.086 - 0.04099 * GF + 0.0004957 * GF^2
Prädisp.Trockenheit = 1 / (1+e(3.330554+(-28.991574*(1-ETakt/ETpot))))
Prädisp.Fichtenanteil = 1
Prädisp.Gesamt = 0,25*Prädisp.Alter + 0.15 * Prädisp.Grundfläche + 0.3*Prädisp.Trockenheit + 0,3*Prädisp.Fichtenanteil

Wahrscheinlichkeit eines Buchdruckerschadens

Die Anzahl der Generationen aus dem Modell oben beschreibenen Modell PHENIPS wird in einen Faktor umgerechnet, um die jährliche Wahrscheinlichkeit eines Buchdruckerschadens zu berechnen.

Anzahl Generationen	Generationsfaktor
0	0.0
1	0.1
1 (+ 1 Nebengeneration)	0.2
2	0.6
3	1.0
4	1.6
>4	2.0

pDB.Schaden = (1 - (exp(-1.51 * Prädisp.Gesamt^1.65))^Generationsfaktor)

Relativer Bestandesschaden

Der relative Bestandesschaden ist abhängig vom Baumartenanteil der Fichte (hier 100%), dem Anteil südexponierter Bestandesränder (hier festgelegt auf 0,1, da das DSS-Wuk ohne Geometrien arbeitet), und von der Wasserversorgung

rel.Schaden = 1 / (1 + exp(3.9725 + (-2.9673*(0.1*1-ETakt/ETpot))))

Absoluter Schadholzanteil

Der Absolute Schadholzanteil ist der Volumenanteil am Bestandesvolumen, der in einem Jahr auf Grund des Borkenkäfers anfällt.

Um den absoluten Schadholzanteil zu ermitteln, wird der relative Schaden mit der Wahrscheinlichkeit des Schadeintritts multipliziert. Außerdem wurde ein weiterer Faktor eingefügt, der sich aus der Auswertung von Buchdruckerschäden in Sachsen-Anhalt von 1985-1998 ergab.

Absoluter Schadholzanteil = pDB.Schaden * rel.Schaden *0,21222

BAIER, PENNERSTORFER & SCHOPF (2007): PHENIPS - a comprehensiv phenology model for risk assessement of outbreaks of the European spruce bark beetle, Ips typographus (L.)(Col., Scolytidae). Forest Ecology and Management 249: 171-186

DOLEZAL & SEHNAL. (2007): Effects of photoperiod and temperature on the development and diapause of the bark beetle Ips typographus, Journal of applied entomology, 131 (3) , 165-173

SEIDL, BAIER, RAMMER, SCHOPF & LEXER (2007): Modelling tree mortality by bark beetle infestation in Norway spruce forests, Ecological Modelling, 206(3-4), 383-399

SEIDL, RAMMER, JÄGER & LEXER (2008): Impact of bark beetle (Ips typographus L.) disturbance on timber production and carbon sequestration in different management strategies under climate change, Forest Ecology and Management, 256 (3), 209-220.

WERMLINGER & SEIFERT (1998): Analysis of the temperature dependent development of the spruce bark beetle Ips typographus (L.) (Coleoptera, Scolytidae). Journal of applied Entomology 122: 185-191