Teilprojekt 1
LandTrans Simulator - Project and Teams
the project will provide a model platform that allows to couple main components of established UFZ models on land hydrology (mHM), sub-surface hydrology (OGS), water quality (mQM), soil nitrogen, phosphorus, carbon, and pesticides (Bodium), and forest and grass ecosystems (Formind and Grassmind). It is developed by an interdisciplinary and cross-departmental team of UFZ researchers. It is envisioned to form the basis for science-based land management that pursues the goal of providing renewable resources in sufficient quantity and quality, while at the same improving important ecosystem functions and their underlying biodiversity.
The LandTrans Simulator will allow to simultaneous simulate soil functions, biogeochemistry, energy and water flows, productivity, and biodiversity under land use (especially management) and climate change, analysing and predicting the effects of various land management scenarios - embedded in socio-economic scenarios. The LandTrans model is envisioned to meet the criteria of SMART* model development. It will be able to simulate variables area-wide in hindcasting and forecasting mode for the whole of Germany and Europe (possibly later globally) in the spatial and temporal resolution relevant to the process/compartment under consideration (but at a maximum spatial resolution of 1km and a temporal resolution in the range of hours).
Team LandGH2O - Grundwassernodellierung
Die nachhaltige und ausreichende Verfügbarkeit von sauberem Grundwasser ist für die Existenz und Vielfalt der terrestrischen und aquatischen Ökolosysteme von ebenso essenzieller Bedeutung, wie für die Gewährleistung der Industriellen, gewerblichen und landwirtschaftlichen Wertschöpfung sowie der Versorgung mit ausreichend Trinkwasser.
Die Simulation der Grundwasserressourcen in Computermodellen basiert auf der realitätsnahen Geometrie und Parametrisierung der Speichergesteine, flächendeckender Berechnungen der Neubildungsmengen unter Einbeziehung von insitu-Messungen der Grundwasserspiegel und Quellschüttungen. Dadurch wird die Menge des Wassers, welches den Untergrund in einer gewissen Zeit passiert transparent.
Die Kenntnis der gespeicherten Volumina und deren zeitliche Änderung als Funktion klimatischer Faktoren und Entnahmemengen ist ein maßgebliches Instrument zur Bewertung und Entwicklung von lokalen bis hin zu nationalen Managementstrategien für politische und wirtschaftliche Entscheidungsträger. Das Team entwickelt dafür Lösungen zur Erstellung der Untergrundgeometrien auf überregionalem bis hin zu nationalem Maßstab, optimiert prozessbasierte Modellsysteme zur Simulation der Grundwasserströme in Raum und Zeit auch durch die Integration von hydraulischem und isotopenbasierten Monitoring.
Kontakt:
Dr. Christian Siebert, Department Einzugsgebietshydrologie
Team LandQuali - Wasserqualitätsmodellierung
Die Wasserqualität in Oberflächen- und Grundwasser ist ein entscheidender Baustein in der langfristigen Sicherstellung ausreichender Wasserressourcen für die menschliche Nutzung und eine wichtige Randbedingung für die Gesundheit und Funktion aquatischer Ökosysteme. Dabei stellen vor allem überschüssige Nährstoffen aus menschlichen Quellen wie Landwirtschaft und Abwasser ein komplexes und persistentes Problem dar. Die Simulation der Wasserqualität in Einzugsgebieten mit Hilfe von Computermodellen basiert auf der Verlinkung von biogeochemischen und ökologischen Prozessen mit hydrologischen Simulationen, also der Berechnung von Wasserflüssen in der Landschaft. Dabei werden Nährstoffflüsse auf multiplen Fließpfaden in der Landschaft berechnet und die Ergebnisse anderen Wissenschaftlern und politischen Entscheidungsträgern für die Ableitung von Managementstrategien zur Verfügung gestellt. Das Team entwickelt und implementiert im Rahmen des LandTrans Simulators Routinen zur Berechnung und Parametrisierung von reaktiven Nährstofftransport auf der regionalen bis kontinentalen Skala.
Team LandTech - Daten und Computing
Am UFZ werden Modelle zur Simulation des terrestrischen Wasserkreislaufs (Wasser-quantität und -qualität), des Kohlenstoffkreislaufs in Wäldern und Grassländern, sowie von biogeochemischen Stoffflüssen auf Ackerflächen entwickelt. Das LandTech Team entwickelt die FINAM Kopplungssoftware um diese Modelle effizient miteinander zu koppeln und damit die Simulation von multifunktionalen Landschaften zu ermöglichen. FINAM ermöglicht explizit eine Zweiwegekopplung zwischen zwei Modellen (siehe Abbildung). Das Team stellt auch eine umfangreiche Dokumentation zu FINAM bereit (
https://finam.pages.ufz.de/finam-book/
, im Aufbau), so dass FINAM von UFZ-WissenschaftlerInnen einfach angewandt und weiterentwickelt werden kann.
Kontakt: Dr. Stephan Thober, Department Hydrosystemmodellierung
Team LandVeg - Vegetationsmodellierung
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Kontakt: Dr. Franziska Taubert, Department Ökologische Modellierung
Team LandAgri - Agrikulturen und Management
Landwirtschaftlich genutzte Böden sind einerseits die Grundlage für Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung, andererseits erfüllen sie wichtige Funktionen in terrestrischen Ökosystemen für den Wasser- und Stoffhaushalt sowie die Biodiversität. In Computermodellen lassen sich Bodenprozesse so abbilden, dass die Wirkungen verschiedener Maßnahmen der Bodenbewirtschaftung sowie die eines sich ändernden Klimas auf die verschiedenen Bodenfunktionen abgeschätzt werden können. Dabei werden zusammen mit dem Pflanzenwachstum die Wasserflüsse, der Kohlenstoffumsatz sowie die Nährstoffkreisläufe für verschiedenen Standorte und Bodeneigenschaften berechnet und die resultierenden Bodenfunktionen anderen Wissenschaftlern oder politischen Entscheidungsträgern für die Ableitung von Managementstrategien zur Verfügung gestellt.
Im Rahmen des LandTrans Simulators entwickelt das Team das nötige Bodenprozessmodell und erarbeitet Methoden zur Bestimmung der räumlich hochaufgelösten Verteilung von Bodeneigenschaften auf der Skala von Deutschland mit Hilfe von Fernerkundung und anderen verfügbaren Geodaten.
Kontakt: Prof. Dr. Hans-Jörg Vogel, Department Bodensystemforschung
