Research

Der Forschungsbereich besteht aus dem Lehrstuhl für physische Geographie und Wasser-Energie-Ökosysteme-Ernährungssicherheitsnexus (Prof. Dr. M. Fader), dem Bereich für Angewandte Physische Geographie und Umweltmodellierung (Prof. Dr. R. Ludwig), dem Bereich Physische Geographie mit Schwerpunkt Umweltfernerkundung (Prof. Dr. L. Lehnert) sowie dem Bereich hyperspektrale Fernerkundung und prozessbasierte Modellierung (Prof. Dr. T. Hank). Forschungsschwerpunkt ist die Analyse komplexer Umweltsysteme im Hinblick auf Ursachen, Wirkungen und Management von anthropogenen Einflüssen.

Nexusforschung (Lehrstuhl Prof. Dr. M. Fader)

„Nexus“ steht für die Beziehungen und gegenseitigen Abhängigkeiten von vier Systemen bzw. Komponenten: Wasser, Nahrung, Energie und Natur. Im Nexus werden Fragen der Ernährungssicherung, der Energieversorgung, der Ökosystemveränderung und der Wassernutzung unter Berücksichtigung der wechselseitigen Anhängigkeiten der vier Systeme untersucht. Die leitende Forschungsfrage dieser Gruppe lautet: Können wir als globale Gemeinschaft zukünftige menschliche Bedürfnisse decken und das Wohlergehen aller fördern, ohne dabei die natürlichen Ökosysteme zu zerstören, auf die wir angewiesen sind?

Um wissenschaftlich fundierte Nachhaltigkeitspfade zu entwerfen, entwickeln, kombinieren und synthetisieren wir Wissen und Werkzeuge, welche diese Dynamik und Komplexität widerspiegeln können. Auf diese Weise arbeiten wir zusammen mit politischen Entscheidungsträgern, öffentlichen Ämtern und Interessengruppen, um Nexus-Lösungen zu entwickeln. Das Ziel ist dabei, Vorteile in allen Nexus-Komponenten (Wasser, Nahrung, Energie und Ökosysteme) zu schaffen und Schäden zu minimieren.

Unser Hauptwerkzeug ist die prozessbasierte Modellierung mit dem Modell LPJmL. Die Simulation von Landoberflächenprozessen wird durch weitere Methoden wie Complex System Science, Datenanalyse, Fernerkundung, Datenassimilation und Up- und Downscaling ergänzt. Wir arbeiten grundsätzlich auf globaler oder makroregionaler Ebene. Einige Projekte konzentrieren sich jedoch auf Bayern, Deutschland, Europa, den Mittelmeerraum und Argentinien.

Einige unserer Hauptthemen sind:

Klimawandelauswirkungen auf Nexus-Komponenten und -Interaktionen, einschließlich Kipppunkten und Systemstörungen
Resilienz, Anpassung und Entwicklung des globalen Nexus-Systems
Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf Nexus-Komponenten und -Interaktionen
Übertragbarkeit von Nexus-Ansätzen

Neben der Lehrstuhlinhaberin gehören zum wissenschaftlichen Team „Nexusforschung“, Experten im Bereich Energie (Dr. Andrea Reimuth), terrestrischen natürlichen Ökosystemen (Dr. David Gampe), Hydrologie (Elisabeth Probst), High Performance Computing (Dr. Christoph Heinzeller), hyperspektrale Fernerkundung und prozessbasierte Modellierung (Prof. Dr. Tobias Hank), Schneehydrologie und Fernerkundung (Dr. Roswitha Stolz), Landwirtschaft (PD Dr. Florian Zabel), und eine große Gruppe von Promovierenden.

Sie finden detailliertere Informationen über diesen Forschungsbereich hier.

Hyperspektrale Fernerkundung und prozessbasierte Modellierung (Prof. Dr. T. Hank)

Der Begriff Hyperspektrale Fernerkundung beschreibt vereinfachend die flächenhafte Abbildung der Erdoberfläche mit Spektrometern, welche sich durch eine hohe Anzahl an Spektralkanälen, eine schmale spektrale Bandbreite sowie eine kontinuierliche Abdeckung des elektromagnetischen Spektrums auszeichnen. Neueste Erdbeobachtungssatelliten bedienen sich des hyperspektralen Aufnahmeprinzips und ermöglichen so eine quantitative Messung der Strahlungsinteraktion der Erdoberfläche auf globaler Ebene. Um diese neuartigen spektralen Daten in quantitative Information zu verwandeln, kombinieren wir spektrale Modellierung mit Techniken des maschinellen Lernens. So entstehen Auswertewerkzeuge, welche in der Lage sind die räumliche Dynamik von Erdoberflächenvariablen zu quantifizieren. Während die räumliche Dynamik von Umweltsystemen durch Fernerkundung ideal erfasst werden kann, ist die Abbildung von zeitlich dynamischen Prozessen mit Satelliten nur eingeschränkt möglich. Zeitliche Veränderungen können jedoch mit Hilfe von prozessbasierten Modellen, wie z.B. LPJmL, sehr genau abgebildet werden. Durch Datenassimilation kann es gelingen die Vorteile der Fernerkundung und der Modellierung zu kombinieren, um Prozesse an der Erdoberfläche zeitlich und räumlich hochaufgelöst zu erforschen.

Die leitende Forschungsfrage der Gruppe Hyperspektrale Fernerkundung und prozessbasierte Modellierung lautet daher: Wie können wir die neuen Möglichkeiten, die sich aus der gemeinsamen Nutzung von spektral hochauflösender Fernerkundung, maschinellem Lernen und prozessbasierter Modellierung ergeben, zu integrativen Werkzeugen verbinden, welche Umweltvariablen bereitstellen, die für die Untersuchung von Fragen des Water-Food-Energy-Nature-Nexus essentiell sind?

Aufgrund ihrer übergeordneten Bedeutung für viele Fragen des Nexus, konzentriert sich unsere Forschung dabei vor allem auf landwirtschaftlich genutzte Flächen.