Globale Parametrisierung von LWF-Brook90 am Beispiel buchendominierter Wälder
Abstract
Globale Parametrisierung von LWF-Brook90 für buchendominierte Wälder Michael Köhler, Paul Schmidt-Walter, Gisbert Hetkamp, Cathleen Frühauf, Henning Meesenburg, Tobias Hohenbrink Im Projekt TroWaK „Trockenheitsrisiken im Wald unter Klimawandel“ werden flächendeckend für Deutschland (1 × 1 km) praxistaugliche Instrumente zur Echtzeitbewertung des Wasserhaushalts in Wäldern unterschiedlicher Bestockung entwickelt. Dafür wird das etablierte forsthydrologische Modell LWF-Brook90 schrittweise zur ebenfalls frei verfügbaren Variante dwdB90 weiterentwickelt. Dies umfasst unter anderem die Berücksichtigung mehrschichtiger Bestände sowie die Implementierung mikrometeorologischer Prozesse wie z.B. Energieflüsse zwischen Bestands- oder Bodenschichten auf stündlicher Basis. Diese Modellerweiterungen erfordern eine Anpassung bestehender Pflanzenparametrisierungen. Ein zentrales Ziel des Projekts ist deshalb die Bestimmung allgemeingültiger Parametersätze für Reinbestände von Buche, Eiche, Fichte, Kiefer und Douglasie sowie deren Kombination zur Modellierung von Mischbeständen. In diesem Beitrag wird das Parametrisierungskonzept exemplarisch für Buchenstandorte vorgestellt. Um eine möglichst breite Kalibrierungsbasis zu schaffen, wurden umfassende Monitoringdaten (Boden, Bestand, Wetter, Bestandesniederschlag, Bodenwassergehalt, Bodenmatrixpotenzial, Drainage) von Flächen des ICP Forests Level II-Programms sowie weiterer Umweltmonitoringflächen aus Deutschland zusammengetragen und mittels Vorwärtssimulationen auf Plausibilität geprüft. Nach der Identifizierung sensitiver Modellparameter erfolgten Parameterschätzungen mit einem evolutionären Markov-Chain-Monte-Carlo-Algorithmus. Das verwendete Bayes‘sche Verfahren erlaubt dabei eine komfortable Integration von Vorwissen aus anderen Anwendungen von LWF-Brook90. In aufeinander aufbauenden Kalibrierungsstufen wurden folgende Parameter geschätzt: 1. Flächenspezifische Interzeptionsparameter (Beobachtungsdaten: Bestandesniederschlag) 2. Flächenspezifische bodenhydraulische Parameter (Beobachtungsdaten: Bodenfeuchte und Matrixpotenzial) 3. Globale Interzeptionsparameter durch parallele Modellierung vieler Standorte (Beobachtungsdaten: Bestandesniederschlag) 4. Globale Pflanzenparameter durch parallele Modellierung vieler Standorte (Beobachtungsdaten: Bodenfeuchte und Matrixpotenzial) Die flächenspezifisch geschätzten Modellparameter variieren zum Teil deutlich zwischen den Einzelstandorten. Deshalb ist die parallele Kalibrierung vieler Standorte zur Ableitung allgemeingültiger Parametersätze essenziell. Die daraus resultierenden globalen Parametersätze zeigen zum Teil deutliche Abweichungen zu den üblicherweise in LWF-Brook90 verwendeten Werten. Die mit dwdB90 erzeugten Wasserhaushaltsdaten sollen der Vorhersage biotischer und abiotischer Risiken in Waldbeständen dienen. Damit trägt TroWaK zur Etablierung eines Frühwarnsystems für Dürrefolgen im Wald bei.