DSS - WuK

Name des Modells:

MAKEDEP / DEPOSILVA

Modellentwickler:

Alveteg et al. 1998 / Ahrends et al. 2007, 2010

Zielsetzung/Zweck:

Modellierung der atmosphärischen Stickstoffeinträge als Eingangsgröße für das Waldwachstum

Modelltyp:

Extrapolation der Depositiondaten von Gauger et al. (2008) in die Vergangheit und Zukunft. Downscaling vom 1x1 km² auf den jeweiligen Landnutzungstyp (Laubwald, Nadelwald).

Zustandsvariablen:

Skaleneben:

Der Datensatz von Gauger et al. (2008) enthält für jedes 1x1 km² Raster die berechnete Trockendeposition der folgenden 9 Landnutzungstypen: (1) Laubwald (LW), (2) Mischwald (MW), (3) Nadelwald (NW), (4) Ackerflächen (AG), (5) semi-natürliche Vegetation (NV), (6) bebautes Gebiet (BG), (7) spärliche Vegetation (Dünen, Felsfluren etc.) (RE), (8) Wasserflächen (WA), (9) Wiesen und Weiden (WW). Da die Trockendeposition für diese 9 unterschiedlichen Landnutzungen innerhalb eines 1x1 km² Rasters vorliegt, kann mit Hilfe von großmaßstäblichen Landnutzungskarten die Datenübertragung von der Rasterfläche auf die kleineren Landnutzungseinheiten erfolgen. Die zeitliche Auflösung ist jährlich.

Prozessüberblick und Ablaufplan:

Die Depositionsdaten von Gauger et al. (2008) (1995 bis 2004) werden mit Hilfe von zeitlichen Extrapolationsverfahren skaliert. Dieses umfasst sowohl die Rekonstruktion der historischen Inputkurven (für die Modellentwicklungen des Zuwachsmodells) als auch die Entwicklung von Zukunftsszenarien für die atmosphärischen Stickstoffeinträge.

Stochastizität:

Nein

Input:

Eingabewerte:

¹: http://www.empe.int

Submodelle:

Flächendeckende und räumlich detaillierte Eingangsdaten von atmosphärischen Stickstoffeinträgen in Deutschland liefern die Daten des Umweltbundesamtes (Gauger et al. 2008). Da diese Depositionsdaten bisher "nur" einen Zeitraum von 10 Jahren (1995 bis 2004) abdecken, ist es notwendig, zeitliche Extrapolationsverfahren für die Stoffdeposition in das Modellsystem zu integrieren. Die Rekonstruktion der historischen atmosphärischen Stoffeinträge und die Prognoseberechnungen erfolgten mit einer modifizierten Version (Ahrends et al. 2007; 2010) des Modells MAKEDEP von Alveteg et al. (1998). Das Modell MAKEDEP berechnet Depositionszeitreihen unter Berücksichtigung von am Standort gemessenen Depositionsraten. Für die Konstruktion von bundesweit einheitliche Depositionszeitreihen, wurde für den Zeitraum von 1980 bis 2006 auf die EMEP Daten (Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air pollutions in Europe) zurückgegriffen (http://www.emep.int) und aus ihnen Kurven der relativen Deposition berechnet.  Zur Berechnung der Deposition vor 1980 wurde auf historische Zeitreihen zurückgegriffen (Alveteg et al. 1988, Schöpp et al. 2003). Die nach den Vereinbarungen des Göteborg-Protokolls projizierten Entwicklungen der wichtigsten Stickstoffkomponenten (vgl. Jansen et al. 2008) geben den Rahmen für die zukünftige Eintragssituation vor. Das Göteborg-Protokoll ist ein international rechtsverbindliches Instrument zur Verringerung der Luftschadstoffe. Es wurde 1999 von den meisten europäischen Staaten, den USA und Kanada beschlossen, trat 2005 in Kraft und legt Grenzen für die jährlichen Emissionen der Schadstoffe SO2, NOX, NH3 und VOC fest (UN/ECE 2004). Aktuelle Ergebnisse (UN/ECE 2006) weisen darauf hin, dass die Zielvorgaben des Göteborg-Protokolls für die Emissionshöchstmengen von Stickoxiden und Ammoniak nicht eingehalten werden können. Daher wurde aus dem Trenddiagramm der atmosphärischen Emission von NOX und NH3 in Deutschland (Umweltbundesamt 2008) für Stickoxide eine Reduktion um -58% und für Ammoniak um -5% abgeleitet. Das Bezugsjahr für die prozentuale Reduktion bis zum Jahr 2010 ist 1990. Beispiele für Anwendung dieses gekoppelten Modellsystems sind bei Ahrends et al. (2007, 2008, 2009, 2010), Albert & Schmidt (2009) und Jansen et al. (2007) zu finden.

Abbildung 1: Rekonstruierte und projizierte Entwicklung der Deposition von den Stickstoffverbindungen NoX-N und NH3-N und Konzeption der Disaggregierung der Deposition (in Anlehnung an Hostetler 1994) am Beispieldes Harzes (verändet nach Ahrends et al. 2008).

Ahrends, B., H. Meesenburg, C. Döring & M. Jansen (2010): A spatio-temporal modelling approach for assessment of management effects in forest catchments. Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins, IAHS Publ. 336, 32-37.

Ahrends, B., H. Meesenburg, C. Döring & M. Jansen (2009): Assessment of forest management effects on N-cycling at three basins in the Upper Harz Mountains, Germany. Landschaftsökologie und Umweltforschung, 50, 3-7.

Ahrends, B., C. Döring, M. Jansen & H. Meesenburg (2008): Unterschiedliche Nutzungsszenarien und ihre Auswirkungen auf die Basensättigung im Wurzelraum - Ergebnisse von Szenarienvergleichen in Teileinzugsgebieten der Großen Bramke. Forst und Holz, 63, (12): 32-36.

Ahrends, B., C. Döring, M. Jansen, H. Meesenburg & F. Beese (2007): Kopplung dynamischer Modelle für die flächenhafte Abschätzung der Stoffdeposition im Wald. DBG, 110, (2): 421-422.

Albert, M. & M. Schmidt (2009): Climate-sensitive modelling of site-productivity relationships for Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and common beech (Fagus sylvatica L.). Forest Ecology and Management,  doi:10.1016/j.foreco.2009.04.039

Alveteg, M., C. Walse & P. Warfvinge (1998): Reconstructing Historic Atmospheric Deposition and Nutrient uptake from Present Day Values Using MAKEDEP. Water, Air, and Soil Pollution, 104, 269-283.

Gauger, T., H.-D. Haenel, C. Rösemann, H.-D. Nagel, R. Becker, P. Kraft, A. Schlutow, G. Schütze, R. Weigelt-Kirchner & F. Anshelm (2008): Nationale Umsetzung UNECE-Luftreinhaltekonvention (Wirkung). Abschlussbericht zum UFOPLAN-Vorhaben FKZ 204 63 252. Im Auftrag des Umweltbundesamtes, gefördert vom Bundesministerium f. Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Dessau-Rosslau.

Jansen, M., C. Döring, B. Ahrends, A. Bolte, T. Czajkowski, O. Panferov, M. Albert, H. Spellmann, J. Nagel, H. Lemme, M. Habermann, K. Staupendahl, B. Möhring, M. Böcher, S. Storch, M. Krott, R. Nuske, J. C. Thiele, J. Nieschulze, J. Saborowski & F. Beese (2008): Anpassungsstrategien für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung unter sich wandelnden Klimabedingungen - Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems Wald und Klimawandel (DSS-WuK). Forstarchiv, 79, 131-142.

Jansen, M., C. Döring, B. Ahrends, H. Meesenburg, K.-J. Meiwes & F. Beese (2007): Kopplung dynamischer Modelle für die Bodenschutzkalkung im Wald. DBG, 110, (2): 483-484.

Schöpp, W., M. Posch, S. Mylona & M. Johansson (2003): Long-term development of acid deposition (1880-2030) in sensitive freshwater regions in Europe. Hydrology and Earth System Science, 7, (4): 436-446.

Umweltbundesamt (2008): Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. http://www.umweltbundesamt.de, Umweltbundesamt, Dessau.

UN/ECE (2004): Handbook for the 1979 Convention on Longe-range Transboundary Air Pollution and its Protocols. UN, New York, Geneva. 341 S.

UN/ECE (2006): Strategies and polocies for air pollution abatement. 2006 review prepared under the convention on long-range transboundary air pollution. United Nations, New York and Geneva. 78 S.