Auswirkungen einer verbesserten Abbildung von Hitzestressfolgen auf simulierte Ernteerträge und Bewertung von landwirtschaftlichen Anpassungspotentialen durch Weiterentwicklung und Anwendung des prozessbasierten Landwirtschaftsmodells LPJmL
Im Zuge der globalen Erwärmung sind im Vergleich zur gegenwärtigen Situation häufigere und intensivere Hitzeperioden zu erwarten. In der Vergangenheit führten Hitzeperioden zu starken landwirtschaftlichen Ertragsausfällen und könnten zukünftig noch dramatischere Auswirkungen auf die globale landwirtschaftliche Produktion haben.
Zur Folgenabschätzung des Klimawandels auf landwirtschaftliche Erträge und zum Auffinden mildernder Anpassungsstrategien eignet sich die Simulation pflanzlicher Wachstums- und Entwicklungsprozesse mittels prozessbasierter landwirtschaftlicher Modelle. Mit ihnen können Pflanzen- und Bodeneigenschaften in Abhängigkeit verschiedener Parameter dynamisch berechnet und damit auch zukünftige Ertragsmengen quantifiziert werden. Es wurde gezeigt, dass diese Modelle landwirtschaftliche Erträge unter aktuellen Bedingungen reproduzieren, ihre Zukunftsprojektionen bisher jedoch hohe Unsicherheiten aufweisen. Ursache dafür kann unter anderem die in prozessbasierten Modellen bisher meist unzureichende Abbildung temperaturabhängiger Prozesse sein. Das betrifft insbesondere nichtlineare Reaktionen im oberen Temperaturbereich, die im Klimawandel mit hoher Wahrscheinlichkeit an Relevanz weiter zunehmen werden.
Im Rahmen eines Promotionsvorhabens möchte ich daher eine Methode zur besseren Repräsentation von Hitzestresseffekten in prozessbasierten Modellen entwickeln und diese in den landwirtschaftlichen Modulen des dynamischen globalen Vegetationsmodells LPJmL implementieren. Damit die temperaturabhängigen Prozesse besser abgebildet werden als bisher und um die unterliegenden komplexen Dynamiken besser zu verstehen, soll das weiterentwickelte Modell anschließend nicht nur wie üblicherweise auf Endergebnisebene, sondern auch auf Prozessebene gegenüber Beobachtungsdaten evaluiert werden. Mit dem weiterentwickelten Modell sollen dann durch globale Simulationen die Folgen eines isolierten Temperaturanstiegs auf simulierte Erträge systematisch untersucht und die globalen Auswirkungen des projizierten Klimawandels auf landwirtschaftliche Erträge analysiert werden. Außerdem wird herausgearbeitet, inwieweit und aus welchen Gründen sich bisherige Ertragsabschätzungen unterscheiden. Abschließend werden anhand der Analyseergebnisse und mittels weiterer globaler Simulationen bereits vorgeschlagene landwirtschaftliche Anpassungsstrategien hinsichtlich ihrer Eignung zur Milderung von Hitzefolgen bewertet.
Eine realistische Abschätzung zukünftiger landwirtschaftlicher Erträge und die Identifikation nachhaltiger Anbausysteme zur Gewährleistung der globalen Ernährungssicherheit sind in Anbetracht des fortschreitenden Klimawandels hochgradig relevant. Mein Promotionsvorhaben soll durch die Verbesserung der projizierten Auswirkungen des Klimawandels auf Ernteerträge und der Einschätzung landwirtschaftlicher Anpassungsstrategien einen Beitrag dazu leisten. Die in diesem Vorhaben erlangten Analyseergebnisse, sowie die entwickelte Methode zur Implementierung von Hitzestress könnten darüber hinaus eine breite Anwendung in internationalen Projekten und in anderen prozessbasierten Modellen finden.
Key Targets:
1) Development of a method for improved heat stress representation in global gridded crop models.
2) Implementation of the developed method in LPJmL.
3) Analysis of climate impacts on global crop yields (with a focus on high temperature impacts) by applying the enhanced model (LPJmL).
4) Evaluation of agronomic adaptation measures regarding their potential to mitigate high temperature induced yield losses.
