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Die Wetterbedingungen im Jahr 2018 stellen ein groß angelegtes Trockenheitsexperiment dar, das die einzigartige Möglichkeit bietet, Modelle zu testen und an diese Bedingungen anzupassen. Während die meteorologischen Bedingungen in der Schweiz Ähnlichkeiten zeigten, variierten die Symptome von Baumwasserstress kleinräumig. Die Frage, die sich stellt, ist:
Wann löst eine meteorologische Dürre eine physiologische Dürre aus?
Die Übertragung einer meteorologischen Trockenheit (hohe Temperaturen und fehlende Niederschläge) in eine physiologische Trockenheit (Wassermangel, der den Pflanzenbedarf nicht deckt) ist nicht einfach, da u.a. i) der Wasserbedarf verschiedener Pflanzen variiert und ii) die Böden mit ihrer Fähigkeit, Wasser zu speichern, das meteorologische Wasserverfügbarkeitsmuster überlagern. Um physiologische Trockenheit vorherzusagen, ist es daher unerlässlich, Zusammenhänge zwischen Meteorologie und Bodenhydrologie sowie zwischen Bodenhydrologie und Trockenstress herzustellen.
Unsere Analyse zielt darauf ab, die oben genannte Frage durch einen Vergleich der Bodenwasserverfügbarkeit und der entsprechenden spektralen Reaktion von Bäumen für das "normale" Jahr 2016 und das "Dürrejahr" 2018 zu beantworten. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Methoden, die das Potenzial haben, auf einer größeren, räumlich expliziten Ebene angewendet zu werden.
Verknüpfung Meteorologie und Bodenhydrologie: Wasserhaushaltsmodelle sind ideal für die Simulation von Boden-Pflanzen-Wasser-Interaktionen und bietet gleichzeitig die Möglichkeit für raumzeitliche Vorhersagen. Für den Zeitraum 2016 bis 2018 werden wir an 50 Schweizer Waldstandorten, an denen seit 2013 durch die FE Waldböden Bodenwasserpotenzial gemessen wird, ein Wasserhaushaltsmodel (LWF-BROOK90) implementieren. Die Standorte folgen einem schweizerischen Wasserverfügbarkeitsgradient vom Zentralwallis über Mittelgraubünden, Engadin bis zum östlichen Jura. Dieses einzigartige Netzwerk zur Messung des Wasserpotentials zusammen mit den Bodeneigenschaften und Standortparametern ermöglicht die Kalibrierung und Validierung des Modells.
Verknüpfung Bodenhydrologie und Trockenstress: Der gesundheitliche Zustand des Waldes kann sich durch Entlaubung, Verfärbung und Verwelkung äußern. All diese Symptome führen zu einem Rückgang der lebenden, photosynthetisch aktiven Vegetation, die in-situ, aber auch mit Satellitenbildern über Vegetationsindizes (VI) und deren Abweichung von der Normalität beobachtet werden kann. Seit 2015 werden alle fünf Tage Bilder des Satelliten Sentinel-2ab mit einer räumlichen Auflösung von 10 m und 13 spektralen Bändern im sichtbaren, nahen und kurzwelligen Infrarotbereich des Spektrums erstellt. Diese frei verfügbaren Bilder werden verwendet, um die zeitliche Dynamik von VI innerhalb des Jahres und für die Jahre 2015 bis 2018 zu extrahieren. VI Abweichungen im Sommer und Herbst von den häufig feuchten Frühlingsbedingungen dienen als Indikator für die gesundheitlichen Bedingungen der betroffenen Wälder. Im Gelände durchgeführte visuelle Bewertungen der Entlaubung im Jahr 2018 werden zur Plausibilisierung verwendet.
Schließlich werden die modellierten Bodenwasseranomalien mit den aus der Fernerkundung abgeleiteten spektralen Anomalien für alle Standorte und beide Jahre korreliert. Bei einer guten Übereinstimmung der Anomalien gehen wir davon aus, die für die Auslösung einer physiologischen Dürre kritische Schwellenwerte des Bodenwasserpotenzials ableiten zu können.