Räumliche Modellierung der Dynamik von Landnutzung in Hessen und ihrer Wirkung auf die biologische Kohlenstoffspeicherung - Entwicklung eines GIS-basierten Modellsystems

Die gegenwärtige Entwicklung der internationalen Klimapolitik verlangt von Deutschland eine Reduktion seiner Treibhausgasemissionen. Wichtigstes Treibhausgas ist Kohlendioxid, das durch die Verbrennung fossiler Energieträger in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Reduktionsziele können prinzipiell durch eine Verminderung der Emissionen sowie durch die Schaffung von Kohlenstoffsenken erreicht werden. Senken beschreiben dabei die biologische Speicherung von Kohlenstoff in Böden und Wäldern. Eine wichtige Einflussgröße auf diese Prozesse stellt die räumliche Dynamik der Landnutzung einer Region dar. In dieser Arbeit wird das Modellsystem HILLS entwickelt und zur Simulation dieser komplexen Wirkbeziehungen im Bundesland Hessen genutzt. Ziel ist es, mit HILLS über eine Analyse des aktuellen Zustands hinaus auch Szenarien über Wege der zukünftigen regionalen Entwicklung von Landnutzung und ihrer Wirkung auf den Kohlenstoffhaushalt bis 2020 zu untersuchen. Für die Abbildung der räumlichen und zeitlichen Dynamik von Landnutzung in Hessen wird das Modell LUCHesse entwickelt. Seine Aufgabe ist die Simulation der relevanten Prozesse auf einem 1 km2 Raster, wobei die Raten der Änderung exogen als Flächentrends auf Ebene der hessischen Landkreise vorgegeben werden. LUCHesse besteht aus Teilmodellen für die Prozesse: (A) Ausbreitung von Siedlungs- und Gewerbefläche, (B) Strukturwandel im Agrarsektor sowie (C) Neuanlage von Waldflächen (Aufforstung). Jedes Teilmodell umfasst Methoden zur Bewertung der Standorteignung der Rasterzellen für unterschiedliche Landnutzungsklassen und zur Zuordnung der Trendvorgaben zu solchen Rasterzellen, die jeweils am besten für eine Landnutzungsklasse geeignet sind. Eine Validierung der Teilmodelle erfolgt anhand von statistischen Daten für den Zeitraum von 1990 bis 2000. Als Ergebnis eines Simulationslaufs werden für diskrete Zeitschritte digitale Karten der Landnutzugsverteilung in Hessen erzeugt. Zur Simulation der Kohlenstoffspeicherung wird eine modifizierte Version des Ökosystemmodells Century entwickelt (GIS-Century). Sie erlaubt einen gesteuerten Simulationslauf in Jahresschritten und unterstützt die Integration des Modells als Komponente in das HILLS Modellsystem. Es werden verschiedene Anwendungsschemata für GIS-Century entwickelt, mit denen die Wirkung der Stilllegung von Ackerflächen, der Aufforstung sowie der Bewirtschaftung bereits bestehender Wälder auf die Kohlenstoffspeicherung untersucht werden kann. Eine Validierung des Modells und der Anwendungsschemata erfolgt anhand von Feld- und Literaturdaten. HILLS implementiert eine sequentielle Kopplung von LUCHesse mit GIS-Century. Die räumliche Kopplung geschieht dabei auf dem 1 km2 Raster, die zeitliche Kopplung über die Einführung eines Landnutzungsvektors, der die Beschreibung der Landnutzungsänderung einer Rasterzelle während des Simulationszeitraums enthält. Außerdem integriert HILLS beide Modelle über ein dienste- und datenbankorientiertes Konzept in ein Geografisches Informationssystem (GIS). Auf diesem Wege können die GIS-Funktionen zur räumlichen Datenhaltung und Datenverarbeitung genutzt werden. Als Anwendung des Modellsystems wird ein Referenzszenario für Hessen mit dem Zeithorizont 2020 berechnet. Das Szenario setzt im Agrarsektor eine Umsetzung der AGENDA 2000 Politik voraus, die in großem Maße zu Stilllegung von Ackerflächen führt, während für den Bereich Siedlung und Gewerbe sowie Aufforstung die aktuellen Trends der Flächenausdehnung fortgeschrieben werden. Mit HILLS ist es nun möglich, die Wirkung dieser Landnutzungsänderungen auf die biologische Kohlenstoffspeicherung zu quantifizieren. Während die Ausdehnung von Siedlungsflächen als Kohlenstoffquelle identifiziert werden kann (37 kt C/a), findet sich die wichtigste Senke in der Bewirtschaftung bestehender Waldflächen (794 kt C/a). Weiterhin führen die Stilllegung von Ackerfläche (26 kt C/a) sowie Aufforstung (29 kt C/a) zu einer zusätzlichen Speicherung von Kohlenstoff. Für die Kohlenstoffspeicherung in Böden zeigen die Simulationsexperimente sehr klar, dass diese Senke nur von beschränkter Dauer ist.

Precision mapping

The nondestructive determination of plant total dry matter (TDM) in the field is greatly preferable to the harvest of entire plots in areas such as the Sahel where small differences in soil properties may cause large differences in crop growth within short distances. Existing equipment to nondestructively determine TDM is either expensive or unreliable. Therefore, two radiometers for measuring reflected red and near-infrared light were designed, mounted on a single wheeled hand cart and attached to a differential Global Positioning System (GPS) to measure georeferenced variations in normalized difference vegetation index (NDVI) in pearl millet fields [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. The NDVI measurements were then used to determine the distribution of crop TDM. The two versions of the radiometer could (i) send single NDVI measurements to the GPS data logger at distance intervals of 0.03 to 8.53 m set by the user, and (ii) collect NDVI values averaged across 0.5, 1, or 2 m. The average correlation between TDM of pearl millet plants in planting hills and their NDVI values was high (r^2 = 0.850) but varied slightly depending on solar irradiance when the instrument was calibrated. There also was a good correlation between NDVI, fractional vegetation cover derived from aerial photographs and millet TDM at harvest. Both versions of the rugged instrument appear to provide a rapid and reliable way of mapping plant growth at the field scale with a high spatial resolution and should therefore be widely tested with different crops and soil types.

Jugend, Freizeit, Medien und Kultur

Aus der Einleitung: "Alles ist anders als früher, widerspruchsvoller. Das 'Frottee Trockenschampoo Zeitalter' scheint endgültig vorbei. Die Zeiten, als die 'hellblaue Dose (…) noch einen dramatischen Vorfall von Nachfetten der Haare' während eines Rockkonzertes 'auf irgendeiner Kuhwiese verhindern musste' (Dörrie 2001), sind vergessen. Auf modernen Musik-Events wird sie nicht mehr benötigt. 'Im Kopf ganz frei' schmuggelt man sich aktuell in irgendeine Chefetage ein, wo 'OutKast ein kurzes Konzert für die (…) Business-Partner geben', träumt mit der Band vom utopischen 'Stankonia' und lässt sich von einem 'distinguierten französischen Barmann' bedienen (Braddock/Hertel 2001). 'Frottee' ist hier überflüssig. Heute ist eben alles ist anders als früher. Der 'Punker' spielt 'Soul-Techno' und der 'Gangster-Rapper' Golf. Trotzdem scheint sich nur wenig verändert zu haben. Peter Maffey geht nur noch selten über 'sieben Brücken', dennoch erklimmt er im Februar 2001 Platz eins der MTV-Zuhörer-Charts. 'Abraxas' von Santana ist zwar nur noch nostalgie-verhangegen Alt-Siebzigern ein Begriff, aber als 'Latin-Musiker' hochaktuell – und die Beatles thronen zu Beginn des 21. Jahrhunderts wie vor 35 Jahren an der Spitze der nationalen, europäischen und us-amerikanischen Hitliste (vgl. musikexpress 2001; Juice 2001). Der Beitrag geht diesen ambivalenten Entwicklungen nach und erkundigt sich, ob und wenn ja inwieweit sich jugendliche Freizeitorientierungen und -formen in den letzten Jahrzehnten modifizierten und welche gesellschaftlichen Entwicklungen die zu beobachtenden Prozesse beeinflussten. Um den ins Gerede gekommenen, aber dennoch nach wie vor diskutierten theoretischen Positionierungen von Jugend Rechnung zu tragen, werden in einer ersten Annäherung relevante Theoriezugänge in gebotener Kürze vorgestellt und diskutiert (1.). Der Ausdifferenzierung der Ansätze folgend, werden zuerst allgemeine theoretische Ortbestimmungen erörtert (1.1), bevor in einem zweiten Zugriff medientheoretisch akzentuierte Erklärungsansätze ins Zentrum rücken (1.2). Nach einem kurzen, einleitenden Rekurs werden die zeitlichen und materiellen Ressourcenlagen Jugendlicher (2.1) sowie die Ergebnisse der aktuelleren Freizeit- und Medienforschung erörtert (2.2). Auf Grund der enorm angewachsenen Forschungslage ist es angebracht und notwendig, einzelne Ergebnisse der Medienforschung ebenso gesondert zu präsentieren (2.3) wie das Wissen über die Einbindung Jugendlicher in informelle und formelle Gleichaltrigengruppen (2.4). Einem resümierenden Blick auf die Gesamtpalette der dargestellten Befunde zu jugendlichen Freizeitorientierungen (3.1) folgt abschließend die Nennung der Desiderate, die die bisherige Jugendfreizeit- und -medienforschung aufweist, und eine Diskussion der sich daraus ergebenden theoretischen und methodologischen Herausforderungen für die zukünftige Forschung (3.3)."