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Faculty for Biology, Chemistry, and Earth Sciences

Department of Ecological Modelling - Prof. Dr. Michael Hauhs

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Wolf, F: Berechnung von Information und Komplexität in Zeitreihen - Analyse des Wasserhaushaltes von bewaldeten Einzugsgebieten in Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung (BITÖK): Bayreuther Forum Ökologie, Selbstverlag, 65, 1-164 (1999)
Abstract:
Der Begriff der Komplexität wird oft in intuitiver Weise verwendet. Ökosysteme werden als Beispiel für komplexe Systeme genannt. Wie aber läßt sich Komplexität quantifizieren und was verrät sie über das so charakterisierte System? In dieser Arbeit werden die gängigsten zur Zeit verwendeten Methoden sowie alternative Ansätze zur Berechnung von Information und - damit eng zusammenhängend - Komplexität von zeitab-hängigen Daten (Zeitreihen) vorgestellt. Die Anwendung dieses Konzeptes auf ökosystemare Zeitreihen ist neu. Es werden prinzipielle Voraussetzungen zur Anwendung der Methode erörtert und hergeleitet. Als Schlüsselgröße für den Energie- und Nährstoffhaushalt von terrestrischen Ökosystemen, wie sie am BITÖK untersucht werden, wird der Wasserhaushalt von bewaldeten Einzugsgebieten analysiert. Anhand von Zeitreihen zum Niederschlag, zur Saugspannung im Boden und zum Abfluss wird anstelle einer Mengenbilanz die Informationsbilanz des Wassers beim Durchlaufen eines Einzugsgebietes ermittelt. Damit kann die Signaleindringtiefe des Niederschlages in den Boden festgestellt werden. Durch einen Vergleich mit Referenzgebieten erlaubt die Abfluss-Information Hinweise auf Veränderungen in der Vegetation. Anhand eines Informations-Komplexitäts-Diagramms läßt sich feststellen, ob eine Messung hoch genug aufgelöst ist oder was die optimale Zeitauflösung ist. Der Vergleich verschiedener Einzugsgebiete in einem solchen Diagramm ermöglicht eine Klassifizierung. Zunehmende Verbauung eines Einzugsgebietes verschlechtert die Vorhersagbarkeit von (Hochwasser-) Abflüssen. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen die Möglichkeiten der Informations- und Komplexitätsanalyse als einer qualitativ neuen Methode zur Modell- und weitgehend parameterfreien Datenanalyse in der Ökosystemforschung.


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