Analyse der räumlichen Heterogenität und zeitlichen Variabilität von Permafrost-Landschaften und ihrer Treibhausgasflüsse

In Teilprojekt 4 wird die räumliche Heterogenität und zeitliche Variabilität von Permafrost-Landschaften und deren Kohlenstoffkreislauf untersucht. Hierfür werden Treibhausgasflüsse mittels mikrometeorologische Eddy-Kovarianz-Messungen analysiert und mit Hilfe von feldbasierten Landschaftscharakterisierungen sowie Fernerkundungsdaten räumlich skaliert und zeitlich extrapoliert. Die für die Skalierung nötigen Landschaftscharakterisierungen umfassen dabei insbesondere Landbedeckung, oberflächennahe Kohlenstoffpools, und kryomorphologische Landschaftsdynamik.

© J. Walz: Blühende Arktis

Die generieren Datensätze ermöglichen sowohl das Erfassen der Heterogenität als auch der dynamischen Änderungen der Landschaft umso die Verteilung und Dynamik von oberflächennahen Kohlenstoffpools in Permafrostregionen räumlich explizit abzuschätzen zu können. Das wiederum bildet eine wichtige Grundlage für die Parametrisierung der Modelle in Teilprojekt 2.

Ziele und Meilensteine:

  • Erfassung der großräumigen Heterogenität der Landbedeckung Nordostsibiriens in hoher Auflösung
  • Entwicklung von Transferfunktionen zwischen Felddaten und Fernerkundungsergebnissen für die großräumige Abschätzung der Biomasse und Skalierung von Kohlenstoffpools in Nordost-Sibirien
  • Erfassung der zeitlichen Variabilität und Analyse von Trends der großräumigen Landbedeckung in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung für den Zeitraum 1999-2019
  • Ableitung und Quantifizierung von Trends in oberflächenahen Kohlenstoffpools durch Landbedeckungsveränderung
  • Charakterisierung der Landbedeckung von Flussniederungen und Terrassengebieten inklusive Abschätzung der stehenden Biomasse mittels räumlich hochaufgelöster Fernerkundung
  • Synthese der feldbasierten Informationen über Vegetation und oberflächennahen Kohlenstoffpools als Grundlage zur Validierung der Fernerkundungsergebnisse
  • Charakterisierung der zeitlichen Dynamik des Übergangs zwischen kryo-geomorphologischen Landschaftsformen (Polygontypen, Thermokarstseen) basierend auf der Synthese von Bohrkerndaten aus dem Lena-Delta
  • Quantifizierung und Vergleich der Land-Atmosphären-Austauschflüsse der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan einer Flussniederung und einer Flussterrasse mittels Eddy-Kovarianz-Messungen sowie Synthese mit Treibhausgasflussmessungen in anderen Tiefländern
  • Quantifizierung der räumlichen Heterogenität der Treibhausgasflüsse innerhalb der Flussniederung bzw. der Flussterrasse mittels mikrometeorologischer Quellgebietsmodellierung und hochaufgelöster Landoberflächenkarten
  • Räumliche Hochskalierung der Treibhausgasflüsse unter Nutzung großräumiger Karten der Landbedeckung, Biomasse und Kohlenstoffvorräte
  • Zeitliche Extrapolation der Kohlenstoffdioxid- und Methanflüsse der Flussterrasse mittels datenbasierter Modelle, die mit meteorologischen und vegetationsspezifischen Treibern die saisonale und interannuelle Variabilität der Gasflüsse vorhersagen können

Antragssteller:

  • Prof. Dr. Ulrike Herzschuh (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)
  • Prof. Dr. Guido Grosse (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)
  • PD Dr. Julia Boike (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)
  • Dr. Lutz Schirrmeister (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)
  • Prof. Dr. Lars Kutzbach (Universität Hamburg)

Projektmitarbeiter:

  • Dr. Norman Rößger (Universität Hamburg)
  • Alexandra Runge (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)
  • Iuliia Shevtsova (Alfred-Wegener-Institut Potsdam)

Russische Partner:

  • Prof. Dr. D. Yu. Bol’shiyanov (Staatliche Universität St. Petersburg und Institut für Arktis- und Antarktisforschung)
  • Dr. Irina Fedorova (Otto-Schmidt-Labor und Staatsuniversität St. Petersburg)
  • Prof. Dr. Lyudmila Pestryakova (Nordöstliche Staatuniversität Jakutsk)
  • Dr. Mikhail N. Grigoriev (Melnikov Permafrost Institut, Russische Akademie der Wissenschaften, Jakutsk)

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).