Ansätze und Grundlagen für die Analyse von Ökosysteme

Ansätze und Grundlagen für die Analyse von Ökosysteme

Verwendung/Anwendung von Landschafts-ökologischen Daten in der Planung

verschiedene Maßstäbe

Landschaften als Ökosysteme Photo 1und 2

Hochgebirgsökosystem mit Vergletscherung

Perrito Moreno GletscherPatagonien

Hochgebirgsökosystem nicht vergletschert

Bariloche, Argentinische Anden

Hochgebirgsökosysteme, aridOstabdachung der

Argentinischen Anden bei San Juan

Die Systemtheorie als Grundlage für die Analyse von

Landschaften

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)

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

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

Systembestandteile

Elemente

Korrelationsvariable

Speicher

Regler

Relationen

Abhängigkeiten

Input/Output

Ja/nein

Subsysteme

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

Kopplungsarten bei Relationen

• Reihenkopplung

• Parallelkopplung

• Direkte Rückkopplung

• Indirekte Rückkopplung

Arten von Systemen

• Korrelationssystem

• Prozeßsystem

• Prozeß-Reaktionssystem

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

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

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.

Stabilität von Zuständen

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

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

Betrachtung eines Korrelationssystems

Korrelationssysteme

Geometrische Variablen

• Fläche

• Durchmesser

• Reliefenergie

• Rauheit

• Wölbung etc.

nicht geometrische Variablen

• Bodenfeuchte

• Korngrößenverteilung

• Sorption

• Landnutzung

Relationen

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

Beispiel Strahlungshaushalt

Rückkopplungsfreie Relationen

Hangneigung Exposition Abschattung

Potentielle Globalstrahlung

-

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

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

Prozeßsystem

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

Erde

(Q + q) (1-α) + G = V +L +AE

(Q+q) (1-α) = direkte + diffuse Sonnenstrahlung

AE = Ausstrahlung Erde

Klimatisches Prozeßsystem

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

Hydrologisches Prozeßsystem

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

Laterale Transporte

Verknüpfung von unterschiedlichen räumlichen Einheiten

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

Horizontale und vertikale Verknüpfung

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

Prozeß-Reaktionssystem

Prozeß-Reaktionssystem

Korrelationssystem + Prozeßsystem

Korrelationsvariable

System mit möglichst allen Variablen

System mit den messbaren Variablen

Eingriffe des Menschen

Input läuft nach Prozeß-Reaktions-system ab

Landwirtschaft

Siedlungen

Unterscheidung der zeitlichen und räumlichen Wirksamkeit

Durchdringung von Prozeß-Reaktionssystem und sozio-ökonomischen Systemen

Kontrollsystem

Prozeß-Korrelationssystem

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

Systemmodell

Zusammenfassung der SystemanalyseModellbildung

Analyse der Elemente, Relationen, Struktur

Analyse des Verhalten (Input/Output)

Analyse der Belastbarkeit und Regelung

(Eingabe von Störgrößen)

Arten von Modellen

Systemanalyse

Bei jedem Schritt Rückkopplung durch

Modellbildung

Hypothese ModellEmpirische Untersuchung

Qualität des Modells

Verbesserung der Hypothese

materiellen

(Flußbauten)

idellen

symbolische

Systemdarstellung

mathematische

(Gleichungen)

Korrelationssysteme

Prozeßsysteme, Prozeß-Reationssystem

Kontrollsysteme (Einbeziehung von anthropogenen Teilsystemen)

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

Räumliche Betrachtung von Ökosystemen. Das Maßstabsproblem

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

Raumgliederungen

• Naturräumliche Gliederung: J. Schmithüsen, K. H. Paffen, J.H. Schulze (1948- 1955)

• Naturräumliche Ordnung: E. Neef, G. Haase, H. Richter (1966-1968)

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

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

Naturräumliche Gliederung

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

Naturräumliche Ordnung

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

Topologische Dimensionen

komplexe Standortanalyse an den ausgewählten

Tesserae

registrierbare Parameterhalbquantitative Merkmale qualitative Merkmale

Kennzeichnung und Typisierung

der Tope

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)

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

Beispiele für Parameter zur Kennzeichnung von Topen

Bodenartendiagramm

Bodenkundliche Kartieranleitung 1994

Die Chorologische Dimension

Chorische Dimension

Geokomponenten Tope Partialkomplexe

Choren

für sind

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

Verknüpfung von Öko/Geotopen entlang einer Catenaaus: KLUG & LANG 1983

• 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

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

Parameter für die Chorologische Dimension

Gelände- und Stadtklima bei Strahlungswetter

Geosphärische Dimension

Parameter in der Geosphärischen DimensionMÜLLER HOHENSTEIN/ WALTER etc./SCHULZ

Beispiele für Geospärische Parameter

Niederschlag Jährlichkeit

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

Temperatur/ Feuchte

Temperaturgang

Thermoisopletendiagramme zur Charakterisierung des Temperaturganges

MÜLLER-HOHENSTEIN (1981): Die Landschaftsgürtel der Erde. Stuttgart.

Geosphärische Dimension (Sommerfeuchte Tropen)

SCHULTZ (2002): Die Ökozonen der Erde. Stuttgart.

Darstellung eines Parameters der Geosphärischen Dimension

(Bodenzonen)