Anwendung von Ergodentheorie in der Ökosystemmodellierung
Abstract
Terrestrische Ökosystemmodelle dienen der Beschreibung der Energie-, Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe in terrestrischen Ökosystemen. Die Validierung dieser Modelle mittels klassischer statistischer Verfahren (Analyse von Vorhersage vs. Beobachtung, gepaarte t-Tests, Fehleranalyseverfahren) erlauben die Beschreibung der Genauigkeit und Präzision der Modellschätzungen. Genauigkeit und Präzision gelten allerdings nur unter der Voraussetzung, dass es zu keiner Veränderung in der Stabilität der Modelldynamik kommt. Jüngste Ergebnisse zeigen, dass die Stabilität eines Ökosystemmodells auch verloren gehen kann. Ökosystemmodelle sind als diagnostische Werkzeuge entwickelt worden, um die komplexen Interaktionen von Ökosystemprozessen zu untersuchen. Die Methoden der Ergodentheorie sind daher ein exzellentes Werkzeug um die Stabilität von Ökosystemmodellen zu beschreiben. In unserem Forschungsvorhaben wechseln wir zwischen zwei prinzipiellen Ansätzen der Beschreibung der Natur. Die statistische Beschreibung verwendet Beobachtungen von Eigenschaften einzelner Individuen und extrapoliert daraus das Systemverhalten. Die dynamische Sichtweise verwendet mechanistische Beschreibungen der Interaktionen der treibenden Kräfte um das Systemsverhaltens zu verstehen. Wir verwenden statistisch erzeugte Wetterdaten um ein dynamisches Ökosystemmodell zu betreiben. Die Unsicherheiten der Modellvorhersagen werden mittels statistischer Verfahren der Modellvalidierung durchgeführt, während die Modelldynamik mittels Ergodentheorie erfasst wird. Dieser Wechsel zwischen den Sichtweisen ist eine große Stärke unseres Ansatzes. Ergodentheorie ermöglicht uns fünf Maßzahlen (i.e. Lyapunov Exponenten, Entropie sowie drei Maße für die Dimension des Attraktors) der Dynamik des Modells zu erhalten. Unsere Hypothese ist, dass diese fünf Maßzahlen die Stabilität des Modells beschreiben. Wenn das Model stabil bleibt, dann bleiben Präzision und Genauigkeit des Modells erhalten. Wenn sich das Modell instabil verhält, weist dies entweder auf eine reduzierte Vorhersagbarkeit oder eine Instabilität des realen Ökosystems. Testfall sind der Westkongolesische Tieflandregenwald sowie tropische Savannen des westlichen Kongobeckens deren jeweilige Ausdehnung während des Holocens schwankte. Die Ergebnisse dieses Projektes können fundamentale praktische Auswirkungen haben, da wir die Möglichkeit erhalten die Stabilität verschiedener Ökosysteme zu vergleichen, oder Änderungen der Stabilität unter Veränderungen der Umweltbedingungen (Stichwort Klimawandel) zu untersuchen.
Publikationen
Congo basin rainforest stability and carbon stocks
Autoren: Pietsch, S.A. Jahr: 2012
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
4°+: Ecosystem Resilience and Predictability
Autoren: Pietsch, S.A. Jahr: 2009
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Stocks de carbone dans les Monts Birougou, Gabon
Autoren: Pietsch, S.A. Jahr: 2013
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Mitarbeiter*innen
Stephan Pietsch
Mag. Dr. Stephan Pietsch
stephan.pietsch@boku.ac.at
Projektleiter*in
01.07.2008 - 30.06.2013