Ansätze und Grundlagen für die Analyse von Ökosysteme

Präsentation zum Thema: "Ansätze und Grundlagen für die Analyse von Ökosysteme"—  Präsentation transkript:

1 Ansätze und Grundlagen für die Analyse von Ökosysteme

2 Verwendung/Anwendung von Landschafts-ökologischen Daten in der Planung
verschiedene Maßstäbe

3 Landschaften als Ökosysteme Photo 1und 2 Hochgebirgsökosystem mit Vergletscherung Perrito Moreno Gletscher Patagonien

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6 Hochgebirgsökosystem nicht vergletschert Bariloche, Argentinische Anden

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8 Hochgebirgsökosysteme, arid Ostabdachung der Argentinischen Anden bei San Juan

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12 Die Systemtheorie als Grundlage für die Analyse von Landschaften

13 Historische Übersicht der Begriffsentwicklung
Ökologie (E. Haeckel; 1866) Biozönose (K. Moebius; 1877) Biosphäre (F. Ratzel; 1897) Human Ecology (H.H. Barrows; 1923) Ecosystem (A.G. Tansley; 1935) Landschaftsökologie (C. Troll; 1939) Biogeochemical Cycle (G.E. Hutschinson; 1944) Geosystem (V.B. Sočava; 1963) Biogeozönose (N. Suhacĕv & N.W. Dylis; 1964)

14 LESER (1976/1997):Landschaftsökologie
LESER (1976/1997):Landschaftsökologie. Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Stuttgart.

15 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

16 Systembestandteile Relationen Elemente Abhängigkeiten
Input/Output Ja/nein Elemente Korrelationsvariable Speicher Regler Subsysteme

17 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt

18 Arten von Systemen Korrelationssystem Prozeßsystem Prozeß-Reaktionssystem Kopplungsarten bei Relationen Reihenkopplung Parallelkopplung Direkte Rückkopplung Indirekte Rückkopplung

19 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

20 Struktur der Systeme ist zeitabhängig; Änderung erfolgt tageszeitlich
jahreszeitlich mit Sonnenflecken mit Klimaschwankung daraus resultieren verschiedene Systemzustände Der Wechsel von Zustand 1 zu Zustand 2 erfolgt durch input/output Dynamik des Systems Stabilität Belastbarkeit Regelung eines Systems

21 Stabilität: System nimmt bei Input/Output anderen Systemzustand ein, kehrt jedoch nach einer bestimmten Zeit wieder in den Ausgangszustand zurück (Relaxionszeit). Rückkehr wird in der Regel durch negative Rückkopplung (Schleifen) gesteuert. Belastbarkeit: System ist soweit belastbar wie die Rückkehr in den Ausgangszustand nach Input/Output möglich ist. Regelung: System ist geregelt, wenn Sollwerte für Systemelemente durch Einschalten eines Reglers nicht über- bzw. unterschritten werden.

22 Stabilität von Zuständen
Schwellenwert KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

23 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

24 Betrachtung eines Korrelationssystems

25 Korrelationssysteme Geometrische Variablen Fläche Durchmesser Reliefenergie Rauheit Wölbung etc. nicht geometrische Variablen Bodenfeuchte Korngrößenverteilung Sorption Landnutzung

26 Jedes Element wird bezüglich seiner Relationen getestet.
Korrelation und Regression Wirkung der geometrischen Variablen auf stoffliche (nicht geometrische) Variable z.B. Wirkung von Reliefparameter Vegetation auf Energiehaushalt, Wasserhaushalt Wichtiger Forschungsbereich Physische Geographie

27 Beispiel Strahlungshaushalt Rückkopplungsfreie Relationen
Hangneigung Exposition Abschattung Potentielle Globalstrahlung -

28 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

29 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

30 Prozeßsystem

31 aA= absorbierte Ausstrahlung
Prozeßsysteme Energiehaushalt Atmosphäre aA + V + L + aQs = AA + G aA= absorbierte Ausstrahlung V= latenter Wärmestrom L= fühlbarer Wärmestrom aQs= absorbierter kurzwellige Strahlung AA= Ausstrahlung Atmosphäre G= Gegenstrahlung

32 (Q+q) (1-α) = direkte + diffuse Sonnenstrahlung
Erde (Q + q) (1-α) + G = V +L +AE (Q+q) (1-α) = direkte + diffuse Sonnenstrahlung AE = Ausstrahlung Erde

33 Klimatisches Prozeßsystem
KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

34 Hydrologisches Prozeßsystem
KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

35 Verknüpfung von unterschiedlichen räumlichen Einheiten
Laterale Transporte Verknüpfung von unterschiedlichen räumlichen Einheiten KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

36 Horizontale und vertikale Verknüpfung
KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

37 Prozeß-Reaktionssystem

38 Prozeß-Reaktionssystem
Korrelationssystem + Prozeßsystem Korrelationsvariable System mit möglichst allen Variablen System mit den messbaren Variablen

39 Eingriffe des Menschen
Landwirtschaft Siedlungen Input läuft nach Prozeß-Reaktions-system ab Unterscheidung der zeitlichen und räumlichen Wirksamkeit Durchdringung von Prozeß-Reaktionssystem und sozio-ökonomischen Systemen Kontrollsystem

40 Prozeß-Korrelationssystem
KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

41 Systemmodell

42 Zusammenfassung der Systemanalyse Modellbildung

43 Bei jedem Schritt Rückkopplung durch
Systemanalyse Bei jedem Schritt Rückkopplung durch Modellbildung Hypothese Modell Empirische Untersuchung Qualität des Modells Verbesserung der Hypothese materiellen (Flußbauten) idellen symbolische Systemdarstellung mathematische (Gleichungen) Korrelationssysteme Prozeßsysteme, Prozeß-Reationssystem Kontrollsysteme (Einbeziehung von anthropogenen Teilsystemen) Analyse der Elemente, Relationen, Struktur Analyse des Verhalten (Input/Output) Analyse der Belastbarkeit und Regelung (Eingabe von Störgrößen) Arten von Modellen

44 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

45 Räumliche Betrachtung von Ökosystemen. Das Maßstabsproblem

46 LESER (1976/1997):Landschaftsökologie
LESER (1976/1997):Landschaftsökologie. Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Stuttgart.

47 Naturräumliche Ordnung: E. Neef, G. Haase, H. Richter (1966-1968)
Raumgliederungen Naturräumliche Gliederung: J. Schmithüsen, K. H. Paffen, J.H. Schulze ( ) Naturräumliche Ordnung: E. Neef, G. Haase, H. Richter ( )

48 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

49 KLUG & LANG (1983): Einführung in die Geosystemlehre. Darmstadt.

50 Naturräumliche Gliederung
LESER (1976/1997):Landschaftsökologie. Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Stuttgart.

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52 Naturräumliche Ordnung
LESER (1976/1997):Landschaftsökologie. Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Stuttgart.

53 Topologische Dimensionen
komplexe Standortanalyse an den ausgewählten Tesserae halbquantitative Merkmale qualitative Merkmale registrierbare Parameter Kennzeichnung und Typisierung der Tope

54 Nach HAASE (1979) können diese Daten in zwei Gruppen eingeteilt werden
Gruppe 1: Kennwerte der Substanz und Stoffumsätze stabile anorganische Merkmale (Bodenform, reliefeigenschaften, hydrologische Merkmale) variable anorganische Merkmale (Bodenfeuchteregime, Bodenwärmestrom) labil variable ökologische Merkmale (Vegetationsausstattung, Tierwelt, Biomassenproduktion)

55 Gruppe 2: Merkmale des Wirkungsgefüges, die spezifische Systemeigenschaften aufzeigen
Variabilität als Summenmerkmal (Reaktion eines Systems auf kurzzeitig wechselnde Einflüsse (Wetter)) Rhythmizität als Summenmerkmal (jahreszeitliche tageszeitliche Systemänderungen Persistenz als Summenmerkmal (Pufferungsvermögen gegenüber Eingriffen (Puffersysteme Boden (hydrologisch/chemisch))) Diversität als Summenmerkmal (stoffliche und funktionale Vielfalt in den Elementen und Reaktionen

56 Beispiele für Parameter zur Kennzeichnung von Topen

57 Bodenartendiagramm Bodenkundliche Kartieranleitung 1994

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60 Die Chorologische Dimension

61 Zur Kennzeichnung der Choren
Chorische Dimension Geokomponenten für Tope sind Partialkomplexe Choren Zur Kennzeichnung der Choren Mosaikcharakter der topischen Einheiten (Lagebeziehungen als Folge der Genese entsprechend gekoppelter Tope  Toposequenz Verflechtungsmuster basierend auf den verbindenden Prozessen (kommunizierende Tope, diese Verkettungform ergibt geosynergetische Catena) Mensur (kennzeichnet die inneren Maß- und Größenverhältnisse) Inventur (Gesamtheit der vorkommenden Geotypen

62 Verknüpfung von Öko/Geotopen entlang einer Catena
aus: KLUG & LANG 1983

63 Geotope und Geochoren sind damit räumlich vergesellschaftete Ausschnitte der Geosphäre unterschiedlicher Dimensionsstufe Vielzahl der intern und zwischen den Elementen ablaufenden Prozessen ist kennzeichnend für offenes System Anwendung der Möglichkeit der Systemanalyse

64 LESER (1976/1997):Landschaftsökologie
LESER (1976/1997):Landschaftsökologie. Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Stuttgart.

65 Parameter für die Chorologische Dimension

66 Gelände- und Stadtklima bei Strahlungswetter

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69 Geosphärische Dimension

70 Parameter in der Geosphärischen Dimension
MÜLLER HOHENSTEIN/ WALTER etc./SCHULZ

71 Beispiele für Geospärische Parameter

72 Niederschlag Jährlichkeit
AHNERT (1986): The magnitude frequency index. Zeitschrift f. Geomorphologie

73 Temperatur/ Feuchte

74 Thermoisopletendiagramme zur Charakterisierung des Temperaturganges
MÜLLER-HOHENSTEIN (1981): Die Landschaftsgürtel der Erde. Stuttgart.

75 Geosphärische Dimension (Sommerfeuchte Tropen)
SCHULTZ (2002): Die Ökozonen der Erde. Stuttgart.

76 Darstellung eines Parameters der Geosphärischen Dimension
(Bodenzonen)