Simulation von Sturm- und Borkenkäferstörungen im österreichischen Wald

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University of Natural Resources and Life Sciences - Vienna Department of Forest and Soil Sciences

Simulating wind and bark beetle disturbances in Austria

Simulation von Sturm- und Borkenkäferstörungen im österreichischen Wald

Rammer, W., Leidinger, D., Formayer, H., Lexer, M.J.

Universität für Bodenkultur Wien Institut für Waldbau

Institut für Meteorologie

Klimatag 2018 24. April, Salzburg

a b a

a

b

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Inhalt

• Störungen als Element der Waldökosystemdynamik

• Simulation von Sturm- und Borkenkäferstörungen

• Ein Evaluierungsexperiment

– Daten

– Verknüpfung von Daten und Modell – Ergebnisse

• Lessons learned

Institut für Waldbau | Manfred J. Lexer 2

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3

Auf welche Weise beeinflusst Klima Waldökosysteme?

Verjüngung Mortalität Wachstum

Windwurf

(...)

Insekten

(...)

physiologisch extreme Bedingungen Konkurrenz

Negative Kohlenstoffbilanz Holzernte

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Schäden durch Störungen in Europa nehmen zu

Institut für Waldbau | Manfred J. Lexer

die vergangene Dekade wies die höchsten Schäden seit 40 Jahren auf mit einem weiteren Anstieg von ca. 1 mill. m3/yr ist zu rechnen

der Hauptgrund ist der Klimawandel

Feuer

Borkenkäfer Sturm

Seidl et al. (2014, Nature Clim. Change)

In Österreich liegt der Anteil der durch Sturm- und Borkenkäferkalamitäten er- zwungenen Nutzungen in der vergangenen Dekade zwischen 12% und 55% des Gesamteinschlags.

[Nachhaltige Waldwirtschaft in Österreich 2017]

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Störungen & Ökosystemleistungen

Überwiegend negative Auswirkungen von Störungen auf Ökosystemleistungen!

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6

• Hybridmodell (klimasensitiv)

• Simulation in 10 x 10 m Auflösung

• Flächen bis zu ca. 25ha simultan simulierbar (dzt.)

• Kernelemente sind Wachstum, Mortalität, Verjüngung

• Störungsregime (Borkenkäfer, Sturm, Wildverbiß)

• Simulationshorizont von wenigen bis 100e Jahre

• Output auf Baum-, patch-, Bestandesebene (Holz, Kohlenstoff, …)

Mortalität

Wachstum

Verjüngung

Waldökosystemmodell PICUS v1.51

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Störungs-Module in PICUS v1.5

Raumbezug Zeitintervall

Attribute „Bestand“

Attribute „Standort“

Attribute „Klima“

Vorangegangene Störungen

Bestand 1 Jahr

Bestand 1 Jahr Anteil Fichte;

Bestandesalter;

Bestandesdichte

Anteil Fichte;

Bestandesalter;

Vorrat Bodenfeuchte-Index Seehöhe Generationen Borkenkäfer

je Vegetationsperiode (abh. von Temperatur)

max. Böengeschw.;

Bodenzustand (gefroren: Ja, Nein) Nutzung wegen Sturm-/

Borkenkäferschaden

Nutzung wegen Sturm-/

Borkenkäferschaden Borkenkäfer-

Störungsmodul Sturm-Störungsmodul Mermkal

Pasztor et al. (2014)

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Datenbasis für Modellevaluierung

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Schadmenge [mill. m3/yr]

Bezirke

Borkenkäfer Sturm Schadensmenge aus Periode 2002-2015

Österreichische Waldinventur (ÖWI) [BFW 2009]

ca. 10000 Erhebungspunkte

Waldschadensmonitoring (WSM) [BFW 2016]

durch Störungen erzwungene Nutzungen Bezirksweise 2002-2015

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Verknüpfung von Daten und Waldmodell

Fichte

Laubholz Buche

Kiefer Lärche

Eichen Tanne

Modelloutput 2002-2015

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

1 3 5 7 9 11 13

Überschirmung [0-1]

Jahre

Klimadaten

Temperatur Niederschlag Strahlung VPD Wind

INCA 138 Bestandestypen

regionalisiert (15 Ökoregionen &

7 Höhenzonen);

auf 4 Standortstypen Österreichische Waldinventur

CORINE Waldlayer (1x1km)

PICUS v1.5

1ha

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INCA Wetterdatensatz (2003-2015)

Analyse- und Nowcastingsystem ZAMG [1x1 km]

Input in Sturmschadensmodul: Tägliche maximale Böengeschwindigkeit

< 80km/h kaum Schäden 80-120 km/h mittlere Schäden

>120km/h grosse Schäden Empirische Erfahrungswerte

Correction of windspeed in INCA

Leidinger, D., Formayer, H. (2018). WP3. Interner Projektbericht GLADE.

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INCA Sturmproxies für die Störungssimulation

(2003-2015)

Anzahl der Tage mit Windgeschwindigkeiten 80-120 kmh

(2003-2015)

Anzahl der Tage mit Windgeschwindigkeiten

>120 kmh

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 0.5 1 1.5 2 2.5

beobachtet [1000m3/ha*yr]

simuliert [1000 m3/ha*yr]

[2003-2015, Bezirke]

Ergebnisse

Vergleich von simulierten und beobachteten Schäden

WD [m3/yr]

observed

BBD [m3/yr]

simulated 2.134 1.920

1.588 1.744

Total [m3/yr] 3.723 3.716 [mill. m3/yr]

[2003-2015, gesamter österreichischer Wald]

y = 0.7907x + 0.0085 R² = 0.3591

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

beobachtet [1000 m3/ha*yr]

simuliert [1000 m3/ha*yr]

y = 1.0183x - 2.9935 R² = 0.4664

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 20 40 60 80

beobachtet [1000 m3/yr]

simuliert [1000 m3/yr]

[2003-2015, Bezirke] [2003-2015, Bezirke]

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Ergebnisse

„

Exposure“ im INCA Datensatz nicht konsistent mit beobachteten Schäden

1 = jeder Pixel weist mindestens 1 Sturmereignis (>80km/h) pro Jahr auf.

Exposure-Index

2.5

0.0 Sturmschäden

(beobachtet)

[m3/ha*yr]

zu wenig Sturm- ereignisse in INCA

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Lessons learned

• Borkenkäferschäden auf Bezirksebene

– Gute Übereinstimmung für die gesamte Periode

– für Zeitreihe Probleme durch (1) Meldequalität der Schäden, (2) zeitliche Verzögerung der Nutzung von Schäden, (3) Modellkonzept (keine

mehrjährige Populationsdynamik der Borkenkäfer; welche

Bekämpfungsmaßnahmen werden vom Bewirtschafter gesetzt?)

• Simulierte Sturmschäden korrelieren räumlich kaum mit Schadensdaten

– Windgeschwindigkeiten ungenügend in Klimamodellen (hier: INCA) abgebildet

– Extrapolation von empirischen Schadensmodellen aus regionalen Datensätzen ist problematisch

• Bessere Berücksichtigung der wesentlichen kausalen

Zusammenhänge von Störungsregimen (Prozessorientierung!) ist Voraussetzung für zuverlässige vorausschauende Analysen

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University of Natural Resources and Life Sciences - Vienna Department of Forest and Soil Sciences

Danke!

Kontakt:

Manfred J. Lexer

University of Natural Resources and Life Sciences Department of Forest and Soil Sciences

Institute of Silviculture

Peter Jordan-Straße 82, 1190 Vienna, Austria Tel.: +43 - 1 - 47654 91316

e-mail: mj.lexer@boku.ac.at

Gefördert durch ACRP8 15AC8K12598 - GLADE

in memoriam Martin König