Einsatz und Optimierung des CART-Verfahrens als Planungsinstrument bei der Prognose der Stickstoffdynamik in Landschaften

BMBF PT BEO 51-0339476 C BITÖK-C5

Von 06/2002 bis 05/2005

Projektleiter: Bernd Huwe
Mitarbeiter: Benny Selle
Bewilligung: 0339476 D Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Ökosystemen bei veränderter Umwelt

Der routinemäßige Einsatz von prozessorientierten Simulationsmodellen als Werkzeuge zur Unterstützung landschaftsbezogener Planungs-, Optimierungs- und Entscheidungsprozesse scheitert bisher - trotz nicht übersehbarer Fortschritte bei der Landschaftsmodellierung und Modell - GIS - Kopplungen - an der Komplexität und Schwerfälligkeit der verwendeten Prozessmodelle, sowie den hiermit verbundenen hohen qualitativen und quantitativen Anforderungen an Datenstruktur und -verfügbarkeit. Erfahrungen aus landschaftsorientierten Projekten in BITÖK sowie aus anderen Programmen mit Landschaftsbezug haben gezeigt, dass der Einsatz komplexer Prozessmodelle nur bedingt zu einer verbesserten Prognoseleistung auf Landschaftsniveau führt. Der hiermit verbundene Aufwand zur Parameteridentifkation und die Erhebung von Kalibrierdatensätzen ist in vielen Fällen ökonomisch nur schwer zu rechtfertigen. Darüber hinaus erfordert der Einsatz solcher Modelle Vorkenntnisse, die bei vielen Anwendern nicht vorhanden sind. Hohe Rechenzeiten und große Parameterzahlen erschweren die Analyse der Zuverlässigkeit bzw. der Unschärfe der Modellresultate im Sinne einer Risikoanalyse. Einfache empirische Ansätze (Plattenmodelle, Bilanzansätze) können zwar zu schnelleren und oft auch plausibleren Ergebnissen führen, sind aber durch die fehlende Abbildung des Prozessgeschehens unbefriedigend und vor allem für Managementfragen nicht flexibel genug. In dem Projektvorhaben soll daher im Gebiet des gemischt genutzten Weiß,enstädter Beckens, für das eine sehr gute Datenbasis verfügbar ist, ein robustes Verfahren erprobt und optimiert werden, das es erlaubt, sowohl Messdaten als auch Modellergebnisse zu einem effektiven und für den Anwender transparenten Prognosewerkzeug zu verbinden. Das regionalspezifische Prozesswissen wird hierbei ebenso reflektiert wie die reale Datenlage. Für Planungszwecke, Risikoanalysen und Szenarienberechnungen wird so ein effizientes und valides Handwerkszeug bereitgestellt. Das aufgrund von Erfahrungen bei der Regionalisierung hydrologisch relevanter Parameter bisher favorisierte CART-Verfahren (Correlation and Regression Tree) wird mit konkurrierenden Verfahren verglichen und hinsichtlich Robustheit und Effizienz kritisch bewertet. Auch die erforderlichen Regionalisierungen von Bodenparametern sollen unter Verwendung des CART-Verfahrens durchgeführt werden. Die Beurteilung unvermeidlicher Parameterunschärfen erfolgt mit dem "Fuzzy Numerical Algorithm" (FNA), der es erlaubt Parameterrestriktionen zu berücksichtigen. Die Untersuchungen basieren auf bereits erhobenen Datensätzen im Weißenstädter Becken, die in landschaftsorientierten BITÖK-Projekten in Kooperation mit zuständigen Landwirtschafts- und Wasserwirschaftsämtern sowie mehreren Ingenieurbüros erhoben wurden.

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