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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)