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Analyse multipler Stressoren auf Küstenökosysteme
physikalische, biologische und chemische Einflußfaktoren
Corinna SchrumHarald Asmus, Rabea Dieckmann, Felix Müller, Ulrike Schückel, Detlef
Schulz‐Bull, Jörg‐Olaf Wolff
21.03.2018 Themenvortrag, Fokus künftige Forschungsbedarfe, Symposium Küstenmeerforschung 28.2.‐2. März 2018
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21.03.2018
Organismen und Umwelt
• Wetter‐und Klimaänderungen• Nährstoffeinträge &
Schadstoffe• Küstenschutz &
Ausbaumaßnahmen• Offshore Industrialisierung
und Rohstoffabbau • Speicherung und
Deponierung• Fischerei • Schifffahrt• Tourismus
Stressoren auf Ökosysteme
Foto: Glynn Gorick
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Ökosystemleistungen
Leistungstypen• Versorgungsleistungen• Regulationsleistungen• Kulturelle Leistungen
Bewertungsansätze• Ökologische• Ökonomische• Ethisch/Soziale
Konzepte• Qualitativ• Quantitativ• Regionalisierend
Forschungsbedarfe: Kartierung, Verständnis der Interaktion von Systemen, Szenarien
Entwicklung von Modellen und Tools
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Welche Analysemethoden und Modelle gibt es?
21.03.2018
Datengetriebene Analyse und Modellierung, Modellierungsansätze aus der Biologie• Datenbasiert, regional
Modellierungsansätze aus der Erdsystemmodellierung, dynamische Modellierung• Modellierung basiert of first principles (Grundprinzipien), generisch und übertragbar
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Datengetriebene biologische Modellierung
21.03.2018
Nahrungsnetzmodellierung‐Ökologische Netzwerkanalyse, ENA im STopP Projekt
Benötigt werden• Artenzusammensetzung• Biomasse der Arten• Nahrungszusammensetzung und Consumption und Respiration, Input Daten
zB Datenbank STOPP Projekt
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Einfluss von Dredging und Nährstoffeintrag auf Biomasse‐entwicklung unterschiedlicher funktioneller Gruppen sowie Recycling und Aktivität im
Nahrungsnetz der Ems(de Jonge V., Schückel, U. in prep)
Difference % between 1955 and 1970s
‐100 ‐80 ‐60 ‐40 ‐20 0 20 40
PHYTOPLANKTONBENTHIC BACTERIA
BENTHIC INTERFACE FEEDERSDEMERSAL FISH I
BIRDS MIXED DIET FEEDERSBIRDS BIVALVE FEEDERSBIRDS WORM FEEDERS
MEIOFAUNAGRAZERS
BENTHIC SUSPENSION FEEDERSEPIFAUNA
BENTHIC DEPOSIT FEEDERZOOPLANKTON
DEMERSAL FISH IIPELAGIC FISH
TSTp (Gesamtaktivität im Nahrungsnetz)FCI (Recycling im Nahrungsnetz)
21.03.2018
Möglichkeiten• Holistischer Ansatz• Vielfältige Möglichkeiten
die Beziehungen in einem Ökosystem zu untersuchen
• Statistische Beziehung zu Stressoren ableitbar
Grenzen• Datenintensiv• Beziehungen immer
statistisch nicht kausal• Grenzen bei der
Berücksichtigung von multiplen und neuen Stressoren
• Statisch, keine zeitliche Auflösung
• Übertragbarkeit?
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Stressoren ‐Fischerei • direkte Effekte: Änderung der Entnahme von Ziel‐ und Nichtzielarten und der Beziehungen im Nahrungsnetz (fischereibedingte Mortalität) –Stochastische Multispecies Modelle
21.03.2018 http://eu.oceana.org
• indirekte Effekte: Habitatsänderung durch bodenberührende Fischerei
Source: ICES, WGSAM
Ina Frings, 2007
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Datengetriebene Modellierung
Stelzenmüller et al. (2015) ICES J Mar Sci
Indirekte Fischereieffekte: Störung benthischer Infauna durch Fischerei: Modellierung mit Hilfe eines Bayes‘schenNetzwerkmodellesMöglichkeiten: Räumlich explizite Darstellung von verschiedenen Stressoren, RisikoabschätzungGrenzen: Datengetriebener regionaler Ansatz; Strukturierung des Netzwerkmodells komplex, Sensitivität abhängig von NetzwerkstrukturValidierbarkeit: Begrenzte Möglichkeit zur Validation
Disturbance Indicator DI
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Datengetriebene Modellierung
Stelzenmüller et al. (2015) ICES J Mar Sci
Indirekte Fischereieffekte: Störung benthischer Infauna durch Fischerei: Modellierung mit Hilfe eines Bayes‘schenNetzwerkmodellesMöglichkeiten: Räumlich explizite Darstellung von verschiedenen Stressoren, RisikoabschätzungGrenzen: Datengetriebener regionaler Ansatz; Strukturierung des Netzwerkmodells komplex, Sensitivität abhängig von NetzwerkstrukturValidierbarkeit: Begrenzte Möglichkeit zur Validation
Disturbance Indicator DI
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Veränderungen der Hydrodynamik, Morphodynamikund des Klimas
21.03.2018
• Veränderung des Küstenmeeres in Raum und Zeit• Hydrodynamik & Morphodynamik• Stoff‐ und Energieflüsse• Klimatische Änderungen• Menschliche Einflüsse
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Offshore Windparks • Direkte biologische Effekte: künstliche Riffe, Besiedelung, biologische Hotspots, lokale Habitatänderungen
21.03.2018
Foto: Fotolia/Benoit Grasser
• Dynamische Effekte: Atmosphärische & ozeanische Wake Effekte, Turbulenz‐ und Vermischungseffekte, Sedimenttransport, Fernwirkungen
Herausforderung multiskalige Einflüsse in gekoppelten Systemen
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Sentinel‐2B MSI
15/10/2017
German Bight
21.03.2018
Stressoren –Offshore Windparks
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Wind Sun Current21.03.2018
Offshore Windenergie‐ Dynamische Effekte – großskalige Systemveränderungen
Bailey et al., 2014"Assessing environmental impacts of offshore wind farms: lessons learned and recommendations for the future" von Helen Bailey, Kate L Brookes and Paul M Thompson
contains modified Copernicus Sentinel data [2017] processedby ESA/ M. Hieronymi @HZG
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Erdsystemmodellierung
21.03.2018
• Räumliche & zeitliche Auflösung• Nichtlineare Wechselwirkungen &
Systemveränderungen • Generalisierung möglich• Multiple Stressoren• Generische Modellierung, Daten
werden zur Validation und nicht zur Modellkalibrierung genutzt
Primärproduktion ECOSMO Modell
U. Daewel @HZG
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Erdsystemmodellierung
21.03.2018
• Räumliche & zeitliche Auflösung• Nichtlineare Wechselwirkungen &
Systemveränderungen • Generalisierung möglich• Multiple Stressoren• Generische Modellierung, Daten
werden zur Validation und nicht zur Modellkalibrierung genutzt
Primärproduktion ECOSMO Modell
HZG
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Herausforderung Modellierung von Schadstoffe –Kompartiment übergreifend
21.03.2018HZG
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Lücken und Unsicherheiten im Prozessverständnis
21.03.2018 Johannes Bieser, HZGJohannes Bieser, HZG
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Lücken und Unsicherheiten im Prozessverständnis
21.03.2018Johannes Bieser, HZG
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Plastik in der Umwelt Forschungsbedarf zum grundlegendes Verständnis
• Quellen, Verbleib• Degradierung durch mechanische und thermische Energie, solare Strahlung
• Impact auf Organismen und Ökosysteme
21.03.2018
Øyvind Homstad, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beach_of_bantayan_2017_garbage.jpg(license: CC BY‐SA 4.0)
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Forschungsbedarf• Multiskaleneffekte und Kompartiment übergreifende Effekte (Modellkopplung)
• Weiterentwicklung von Ökosystemmodellen, adressieren von konzeptionellen Herausforderungen, Verhalten von Organismen
• Erweiterung des Prozessverständnis• Kombination von datenbasierten biologischen Modellen und dynamischen Ansätzen aus der Erdsystemmodellierung
• Sensitivität und Validation von statistischen und dynamischen Modellen
• Entwicklung einfacher Analysemodelle, Handhabung durch Behördenvertreter
21.03.2018