Energy and Water Exchange Processes in Boreal Permafrost Ecosystems

• Main Author: Stünzi, Simone Maria
• Other Authors: Boike, Julia, Thonicke, Kirsten, Baltzer, Jennifer
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin 2022
• Subjects: Boreale Wälder; Permafrost; Numerische Modellierung; Klimawandel; Boreal forest; Numerical modeling; Climate change; 551 Geologie; Hydrologie; Meteorologie; 550 Geowissenschaften; 500 Naturwissenschaften und Mathematik; 957 Sibirien (Asiatisches Russland); RY 84507; ZC 13176; ddc:551; ddc:550; ddc:500; ddc:957; Russland; permafrost
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/24705; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24705-1; https://doi.org/10.18452/23903

Boreale Wälder in Permafrostregionen sind ein wesentlicher Bestandteil regionaler und globaler Klimamuster und machen etwa ein Drittel der weltweiten Waldfläche aus. Die Entwicklung der Waldbedeckung hat einen wichtigen Einfluss auf den Permafrost, da dieser durch die Vegetation geschützt wird. Der direkte Einfluss des Klimawandels auf die Wälder und der indirekte Effekt durch eine Veränderung der Permafrostdynamik können zu weitreichenden Ökosystemverschiebungen führen, die wiederum die Persistenz des Permafrosts beeinträchtigen und wichtige Ökosystemfunktionen destabilisieren könnten. Ziel dieser Dissertation ist es zu verstehen, wie sich die komplexen Wechselwirkungen zwischen der Vegetation, dem Permafrost und der Atmosphäre auf die Wälder und den darunterliegenden Permafrost auswirken. Im Rahmen dieser Dissertation habe ich ein eindimensionales, numerisches Landoberflächenmodell (CryoGrid), das zur Simulation der physikalischen Prozesse in Permafrostgebieten verwendet werden kann, für die Anwendung in bewaldetem Gebieten angepasst. Dazu habe ich ein detailliertes, mehrschichtiges Kronendachmodell (CLM-ml v0) und ein dynamisches Lärchenbestandsmodell gekoppelt. Dies ermöglichte den Energietransfer und das Wärmeregime welche für die komplexe Wald-Permafrost-Dynamik verantwortlich sind an verschiedenen Untersuchungsstandorten in gemischten und lärchendominierten Wäldern in Ostsibirien zu reproduzieren. Die numerischen Simulationen ergaben, dass die Wälder den thermischen und hydrologischen Zustand des Permafrosts hauptsächlich durch die Veränderung der Strahlungsbilanz und der Phänologie der Schneedecke beeinflussen und so eine stabilisierende Wirkung haben. Die Untersuchung der unterschiedlichen isolierenden Wirkung verschiedener Waldtypen und Walddichten sowie die Rückkopplungsmechanismen nach Störungen zeigen Veränderungen der thermischen und hydrologischen Bedingungen und der Tiefe der Auftauschicht. Zusammenfassend legen die Ergebnisse nahe, dass lokale, detaillierte und spezifische Landoberflächenmodelle ...