The hydrological effects of changes in forest area and species composition in the federal state of Brandenburg, Germany [Elektronische Ressource] / von Martin Wattenbach

Martin Wattenbach

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• Publié par: universitat_potsdam
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 14
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Institut für Geoökologie
Lehrstuhl für Globale Ökologie



The hydrological effects of changes in forest area and
species composition in the federal state of
Brandenburg, Germany








Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
"doctor rerum naturalium"
(Dr. rer. nat.)
in der Wissenschaftsdisziplin " Geoökologie "











eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Universität Potsdam




von
Martin Wattenbach



Potsdam, den 25.06.2008

















Gutachter:
Prof. Wolfgang Cramer (Universität Potsdam, Potsdam Institut für Klimafolgenforschung)
Prof. Pete Smith (University of Aberdeen, UK)
Prof. Hartmut Kenneweg (Technische Universität Berlin)














“I may not have gone where I intended to go, but I
think I have ended up where I needed to be.”
Douglas Adams
This work is licensed under a Creative Commons License:
Attribution - Noncommercial - Share Alike 2.0 Germany
To view a copy of this license visit
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/de/deed.en










































Online published at the
Institutional Repository of the Potsdam University:
http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2009/2739/
urn:nbn:de:kobv:517-opus-27394
[http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-27394] Danksagung

Mein Dank gilt allen Personen, die mit der Erstellung dieser Doktorarbeit in Kontakt
gekommen sind, für ihre unendliche Geduld und Unterstützung. Ohne ihre Hilfe wäre diese
Arbeit nicht erfolgreich zum Abschluss gelangt. Besonders hervorheben möchte ich dabei
die Betreuer dieser Arbeit. Ich danke Prof. Wolfgang Cramer für seine Geduld und die
Unterstützung in der oft voreilig verkündeten finalen Phase. Ich danke aus tiefstem Herzen
Dr. Franz Badeck, der nicht müde wurde, meine teils wirren Ausführungen zu lesen und
mit konstruktiven Vorschlägen zu begegnen. Ich danke Prof. Pete Smith, weil er nach all
der Zeit die externe Betreuung übernommen hat - mit der ihm eigenen selbstlosen
Hilfsbereitschaft. Ich danke Prof. Kenneweg, der in einer schweren Phase mit nur wenigen
Worten die Arbeitsmoral wieder hergestellt hat. Fred Hattermann - ohne ihn gäbe es meine
Doktorarbeit nicht - danke. Meinen Kollegen am Potsdam Institut für
Klimafolgenforschung und hier ganz besonders Frank Wechsung, Petra Lasch, Felicitas
Suckow und Ylva Hauff. Ich danke auch Valentina Krysanova, die trotz oft
unterschiedlicher Meinungen sehr wichtige Impulse zum Gelingen dieser Arbeit geliefert
hat. Ich danke Jessica Bellarby und Astley Hastings, von der Universität Aberdeen, für ihre
Unterstützung.

Der Volkswagenstiftung danke ich für die Finanzierung des MESSAGE Projekts
(Fördernummer II/75 141). Danken möchte ich auch den zahlreichen Institutionen, welche
die Daten für diese Arbeit zur Verfügung gestellt haben u.a. die Landesforstanstalt
Eberswalde, das Brandenburgische Landesumweltamt, das Landesvermessungsamt und
das Bundesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe. Last but not least, my deep thanks
go to Charlie J. Harris, who provided the excellent proof read that made this work finally a
thesis
List of Abbreviations........................................................................................................................ 7
Zusammenfassung............................................................................................................................ 8
Summary ......................................................................................................................................... 11
1. Introduction.14
1.1 Integrated assessment procedures at the landscape scale.......................................... 14
1.1.1 The role of forests in landscape hydrology ................................................ 17
1.1.2 Forest species and age class distribution at landscape scale ...................... 19
1.1.3 Modelling forest dynamics and hydrology................................................. 20
1.2 The landscape of the federal state of Brandenburg ................................................... 22
1.3 European agricultural policy ..................................................................................... 25
1.3.1 The European agricultural policy impacts on Brandenburg....................... 27
1.4 The development of forest species composition in the state area ............................. 28
1.5 Objectives.................................................................................................................. 29
2. Methods....................................................................................................................................... 30
2.1 The eco-hydrological model SWIM.......................................................................... 30
2.1.1 The basic concept of the model.................................................................. 30
2.1.2 Vegetation growth in the unmodified version of the model....................... 32
2.1.3 The implemented forest growth module .................................................... 34
2.1.3.1 Modelling spatial distribution of species and age classes........................... 37
2.1.4 Vegetation water cycle interactions of the unmodified model................... 38
2.1.5 Vegetation water cycle interactions in the forest version of the model ..... 41
2.2 Uncertainty and Sensitivity ....................................................................................... 45
2.3 Data for the area of the federal state of Brandenburg ............................................... 48
2.3.1 Spatial data ................................................................................................. 48
2.3.2 Forest plot scale data.................................................................................. 50
2.4 The Elbe catchment case study ................................................................................. 51
2.4.1 The database............................................................................................... 51
2.4.2 Methods...................................................................................................... 52
2.5 Scenario definition and modelling procedure for the Brandenburg study ................ 52
2.5.1 Applicability of the model for the state area.............................................. 53
2.5.2 The partial liberalisation scenario .............................................................. 54
2.5.3 The forest species change scenario ............................................................ 55
2.5.4 Modelling procedure .................................................................................. 56
5
3. Results and Discussion ............................................................................................................... 57
3.1 Evaluation and analysis of the unmodified SWIM model ........................................ 57
3.1.1 The Stöbber catchment............................................................................... 57
3.1.2 The Elbe catchment study –validation and uncertainty analysis................ 61
3.2 Evaluation of the forest version of the SWIM model ............................................... 63
3.2.1 Catchment scale application of the forest version...................................... 63
3.2.2 Evaluation of the forest growth at Level II plots ....................................... 66
3.2.2.1 Beerenbusch ................................................................................................ 67
3.2.2.2 Kienhorst ..................................................................................................... 68
3.2.4 An evaluation of the phenology sub-module ............................................. 70
3.2.5 An evaluation of the transpiration and interception sub-modules.............. 72
3.3 The Brandenburg study: scenario impact assessment............................................... 76
3.3.1 Scenario I: partial liberalization ................................................................. 76
3.3.2 Scenario II: forest species change .............................................................. 82
3.3.3 Uncertainty analysis ................................................................................... 87
4. Conclusions ................................................................................................................................. 92
4.1 Forest model approach .............................................................................................. 92