Projektionen der Auswirkung von sibirischem degradierenden Permafrost auf groß-regionale bis globale Treibhausgasemissionen und das Klima

In Teilprojekt 2 werden verschiedene Modellkonzepte zur Projektionen der Auswirkung von sibirischem degradierenden Permafrost auf groß-regionale bis globale Treibhausgasemissionen und das Klima weiterentwickelt. So können sowohl prozessbasierte als auch datenbasierte großskalige Austauschprozesse von Treibhausgasen zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre dargestellt werden. Vor allem soll die modellhafte Beschreibung der Permafrost-Kohlenstoffdynamik verbessert werden. Das Teilprojekt ist in zwei Aufgabenbereich untergliedert.

Die Max-Planck-Institute für Meteorologie in Hamburg und für Biogeochemie in Jena entwickelten das Landoberflächenmodell JSBACH weiter. Vor allem soll die Implementierung von aktualisieren Kohlenstoffvorkommen in permafrostbeeinflussten Böden zu einer realitätsnäheren Darstellung von Bodenkohlenstoffvorkommen führen und somit die Modell-Initialisierung verbessern. In enger Zusammenarbeit mit Teilprojekt 3 wird dann ein datenbasiertes Prozessverständnis entwickelt, das vor allem die großen Unsicherheiten bezüglich der zeitlichen Dynamik des Kohlenstoffpools verringern soll. Zusätzlich sollen zusammen mit Teilprojekt 4 Vegetationstrends aus Fernerkundungsdaten in den Modelläufen berücksichtigt werden. Damit soll beantwortet werden, ob und wann die heutige Kohlenstoffsenke hoher nördlicher Breiten, und insbesondere der sibirischen Permafrostregionen, in eine zukünftige Kohlestoffquelle übergeht.

Des Weiteren soll die Atmosphärische Inverse Modellierung vorangetrieben und optimiert werden. Basierend auf Messungen atmosphärischer Treibhausgaskonentrationen und Gastransportmodellierung wird die Bestimmung von größerskaligen Bilanzen des Treibhausgasaustausches zwischen der Oberfläche und Atmosphäre ermöglicht. Die Koppelung von inversen Modellierungsergebnissen mit dem prozessorientiertem JSBACH-Modell und unter Verwendung von geostatistischen Verfahren werden räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Skalierungsfaktoren berechnet. Dadurch kann eine optimale Anpassung der modellierten Kohlenstoffflüsse an die atmosphärischen Referenzmessungen erreicht werden.

© J. Walz: Heterogene polygonale Tundralandschaft

Ziele und Meilensteine:

  • Weiterentwicklung des Landoberflächenmodell JSBACH zur verbesserten Beschreibung der Permafrost-Kohlenstoffdynamik
  • Sensitivitätsanalysen zum Einfluss der Abbauraten des organischen Kohlenstoffes auf die Treibhausgasfreisetzung
  • Erstellung regionaler Treibhausgasbilanzen unter Verwendung von atmosphärischer inverser Modellierung
  • Modellevaluierung von JSBACH durch Kopplung der Modellergebnisse mit atmosphärischen Inversion
  • Modellevaluierung von JSBACH durch Vergleich mit Fernerkundungsdaten zur Vegetationsdynamik
  • Modelprojektionen zur Quantifizierung der Treibhausgasfreisetzung aus tauendem Permafrost unter Berücksichtigung unterschiedlicher Erwärmungsszenarien

Antragssteller:

  • Prof. Dr. Victor Brovkin (Max-Planck-Institut für Meteorologie)
  • Dr. Mathias Göckede (Max-Planck-Institut für Biogeochemie)
  • Prof. Dr. Martin Heimann (Max-Planck-Institut für Biogeochemie)

Projektmitarbeiter:

  • Dr. Thomas Schneider-von Deimling (Max-Planck-Institut für Meteorologie)
  • Wissenschaftleriche/r Mitarbeiter/in (Max-Planck-Institut für Biogeochemie)

Russische Partner:

  • Prof. Igor Mokhov (Institut für Atmosphärenphysik, Russische Akademie der Wissenschaften, Moskau)
  • Dr. Alexey Eliseev (Institut für Atmosphärenphysik, Russische Akademie der Wissenschaften, Moskau)
  • Sergey Zimov (Nordöstliche Forschungsstation in Chersky)
  • Nikita Zimov (Nordöstliche Forschungsstation in Chersky)
  • Dr. Victor Stepanenko (Lomonosov Staatsuniversität Moskau)

Neuigkeiten

Publikation

Die Zerlegung CO2 Flüssen (erhoben mit der Eddy Kovarianz Methode) in Respiration und Photosynthese wurde nicht, wie üblich, nur für den gesamten Footprint durchgeführt, sondern stattdessen für jeweils zwei Vegetationsklassen. Dabei konnte eine unterschiedliche Saisonalität in den Nettoaufnahmen von Büschen und Seggen aufgedeckt werden. Somit ist die Flusszerlegung ein nützliches Werkzeug, um Einblicke in die phänologische Dynamik von Vegetationsklassen zu erhalten, sowie in deren jeweilige Fluss-Flusstreiber-Beziehungen mit Hilfe von ökophysiologisch interpretierbaren Parametern (Rößger et al., 2019, Biogeosciences Discuss).

20 Jahre Lena Expedition

Vom 17.-19.10. trafen sich deutsche und russische Wissenschaftler, Techniker und Studenten um 20 Jahre erfolgreiche Zusammenarbeit im Lena Delta und der Laptewsee zu feiern. Bei dem Treffen in St. Petersburg wurden auch zukünftige Expeditionspläne diskutiert und gemeinsame Forschungsstrategien entwickelt. Organisiert wurde das Treffen vom Institut für Arktis- und Antarktisforschung in St. Petersburg, dem Alfred-Wegener-Institut in Potsdam, dem Melnikov Permafrost Institut in Jakutsk und dem Institut für Bodenkunde in Hamburg.

© Arctic and Antarctic Research Institute, St.Petersburg: Teilnehmer des Symposiums "20 Jahre LENA-Expeditionen"

Publikation

Die Auftrennung des Netto-CO2-Ökosystemaustausches zweier Mikrosites im Lena Delta hat gezeigt, dass sowohl Polygonzentren wie auch Polygonwälle eine Senke für atmosphärisches CO2 während einer Vegetationsperiode sind. Die Menge des aufgenommen CO2 variiert allerdings zwischen den beiden Standorten. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass die autotrophe und heterotrophe Atmung unterschiedlich auf sich verändernde hydrologische Bedingen reagieren (Eckhardt et al. Biogeoscience Discuss. 2018).

Publikation

Treibhausgasproduktion in degradierendem Permafrost in Nordost-Sibirien ist von den klimatischen Bedingungen zur Zeit der Ablagerung abhängig. Ablagerungen des spätpleistozänen Yedoma produzierten im Allgemeinen mehr CO2 als holozäne Ablagerungen. Die Abbaubarkeit der organischen Substanz muss daher vor dem Hintergrund der Paleo-Geschichte interpretiert werden. Die Abbaubarkeit lässt sich jedoch nicht ausschließlich durch stratigraphische Position verallgemeinern (Walz et al. Biogeoscience 2018).