Abteilungsleiter

Prof. Dr. Harald Kunstmann

Stellv. Abteilungsleiter

PD Dr. Ralf Sussmann

Wasser und Klima sind von zentraler Bedeutung für den Menschen, seine Umwelt und seine Zukunft, und eine der großen wissenschaftlichen und gesellschaftspolitischen Herausforderungen der Gegenwart. Wie viel Wasser steht wo und wann zur Verfügung? Wie verändern sich Wasserverfügbarkeit und das Hochwasserrisiko unter transienten Klimabedingungen? Welche langfristigen Wechselwirkungen gibt es zwischen Landoberfläche und der Atmosphäre? Welches Klima erwarten wir bis zum Jahr 2100?

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Regionales Klima und Hydrologie.

Die Arbeitsgruppe Atmosphärische Variabilität und Trends betreibt Forschung im Bereich Chemie und Physik der Atmosphäre. Mit den Observatorien Zugspitze (2964 m a.s.l.), Schneefernerhaus (2650 m a.s.l.) und Garmisch-Partenkirchen (734 m a.s.l.) ist unser Team verantwortlich für einen der bestausgestatteten Atmosphärenbeobachtungsstandorte der Welt. Wir verwenden nach oben gerichtete optische Sondierungsverfahren zusammen mit numerischen Modellen für die Datenanalyse und bearbeiten damit einige grundlegende Fragestellungen der Klimawissenschaften.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Atmosphärische Variabilität und Trends. 

Wir untersuchen die Luft die wir atmen und die Umgebung in der wir leben. Wie beeinflussen unsere Städte, Dörfer und Siedlungen unsere Exposition zu Wärme, Luftverschmutzung und Starkniederschlag? Was können wir tun, um auf individueller und Stadtskala Erleichterungen zu erwirken?

Unser Ansatz umfasst das Beobachten, Verstehen und Modellieren der Umgebungen die wir untersuchen, um unsere Einsichten dann mit Hilfe unserer Partner in Umsetzung und Transfer zu bringen. Wir leisten Beiträge zur Entwicklung und Verbesserung der Methoden und Werkzeuge, die wir verwenden: Messmethodik, Datenströme, konzeptionelles Verständnis und numerische Modelle. Messdaten, die wir in unseren Kampagnen- und Netzwerk-Beteiligungen erhoben haben sind öffentlich verfügbar.

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Die Arbeitsgruppe „Hydrometeorologische Messungen und maschinelles Lernen“ arbeitet an der Schnittstelle zwischen Hydrometeorologie und Datenwissenschaft und konzentriert sich auf große Fernerkundungsdatensätze, neuartige opportunistische Sensoren, Wettermodellausgaben und Methoden des maschinellen Lernens. Das Hauptziel besteht darin, genauere hochauflösende Niederschlagsinformationen bereitzustellen und so, insbesondere in Regionen mit spärlichen traditionellen Beobachtungsnetzen im globalen Süden, bessere Warnungen und Entscheidungen zu ermöglichen. 

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Hydrometeorologische Messungen und maschinelles Lernen.

Abteilungsleiter

Dr. rer. nat. PD Ralf Kiese

Stellv. Abteilungsleiter

Dr. Clemens Scheer

Die Arbeiten konzentrieren sich auf die detaillierte Analyse von Wasser-, Kohlenstoff- und Stickstoffflüssen und Budgets von natürlichen, naturnahen und landwirtschaftlich genutzten Ökosystemen, sowie deren Veränderungen durch Klima-, Landnutzungs- und Landmanagementwandel. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Quantifizierung von Umweltparametern, biogeochemischen C und N Umsetzungen sowie damit verbundenen gasförmigen (z. B. CO₂, CH₄, NH₃, N₂, N₂O, NO) und wassergebundenen (z. B. NO₃, DOC, DON) Verlusten. Umfassende Datensätze ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen des globalen Wandels auf biogeochemischen Nährstoffkreisläufe im System Biosphäre-Atmosphäre-Hydrosphäre sowie die Ableitung von gezielten Mitigations- und Adaptations-Strategien. Die Aktivitäten umfassen die Einrichtung und den Betrieb von Langzeitmessstationen (z. B. TERENO) und projektbezogenen Feldstandorten weltweit sowie Prozessstudien im Labor unter Anwendung modernster Messtechniken und stabiler Isotopenanalyse. Die erhobenen Datensätze werden für die Entwicklung und Validierung biogeochemischer Modelle wie LandscapeDNDC verwendet.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Ökosystemare Stoffflüsse.

Arbeitsgruppenleiter

Die Reduktion des ökologischen Fußabdrucks landwirtschaftlicher Produktionssysteme erfordert die Untersuchung von Transport- und Transformationsprozessen von umweltrelevanten Schadstoffen auf Landschaftsebene, um wirksame gesetzliche Regelungen für unterschiedliche Verwaltungsbereiche identifizieren zu können.
Unsere Forschung nutzt Mess- und Modellierungsansätze, um:

• die Bedeutung von Landschaftsgrenzen (z. B. zwischen terrestrischen und aquatischen Systemen) als Vermittler von Stoffumwandlungen zu verstehen,
• Hotspots von Nährstoffausträgen in Landschaften zu identifizieren,
• die Wirksamkeit möglicher Änderungen der Landnutzung und -bewirtschaftung zu testen, um Nährstoffverluste zu verringern und die Treibhausgasbilanz landwirtschaftlicher Produktionssysteme zu verbessern
• die Auswirkungen der Landbewirtschaftung auf z. B. die THG-Flüsse und die Nitratauswaschung auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Ebenen zu visualisieren, und
• Möglichkeiten zur Verringerung des THG-Fußabdrucks der landwirtschaftlichen Produktion bei gleichzeitiger Erhaltung der Produktivität und Anpassung an den Klimawandel zu erforschen.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Landschaftsflüsse.

Arbeitsgruppenleiter

Mehr als ein Viertel der weltweiten Treibhausgasemissionen stammen aus der Land- und Forstwirtschaft sowie aus Landnutzungsänderungen. Wie die landwirtschaftlichen Emissionen durch verbesserte Anbaumethoden reduziert und gleichzeitig die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln gedeckt werden kann, ist wohl eine der wichtigsten Herausforderungen für die Menschheit im kommenden Jahrhundert. Unsere Forschung untersucht die Zusammenhänge zwischen Nahrungsmittelproduktion, Düngemitteleinsatz und Klimawandel. Sie konzentriert sich insbesondere auf die Auswirkungen von Landnutzung und Landwirtschaft auf den Austausch von Treibhausgasen zwischen Böden, Pflanzen und der Atmosphäre. Ziel ist es, Strategien zu entwickeln, um größere Mengen an Lebensmitteln zu geringeren Umweltkosten zu produzieren. Wir verwenden modernste analytische Techniken in Kombination mit Modellierungsansätzen, um:

• die Auswirkungen der Bewirtschaftung auf landwirtschaftliche Treibhausgasemissionen, den Kohlenstoffgehalt des Bodens und die umweltschädlichen Verluste von reaktivem Stickstoff zu beurteilen;
• regionalspezifische Lösungen einer klimagerechten Feldbewirtschaftung für eine rentable und ökologisch nachhaltige Nahrungsmittelproduktion zu identifizieren;
• globale Bestandsaufnahmen der THG-Emissionen aus gedüngten Anbauflächen zu erstellen und Rückkopplungen des globalen Wandels vorherzusagen.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Umweltgerechte Landwirtschaft.

Leiter des Forschungsthemas

Wir verwenden Isotopenverhältnisse von Elementen, um unterschiedliche biogeochemische Prozesse in Ökosystemen nachzuweisen und zu quantifizieren. Unsere Forschung zu Ökosystemprozessen wird in enger Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen der Abteilung genutzt, um ein intelligentes Ökosystemmanagement zu entwickeln und um die Modelle der Abteilung zu testen und zu untermauern.
In diesem Zusammenhang sind unsere wissenschaftlichen Ziele:

• die C-, N- und H₂O-Kreisläufe in terrestrischen Ökosystemen zu untersuchen
• den Austausch von umweltrelevanten Stoffen zwischen Biosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre zu quantifizieren
• die Auswirkungen des globalen Wandels und des anthropogenen Managements auf Boden-, Pflanzen- und Atmosphärenprozesse zu untersuchen.

Die Gruppe leitet das Zentrum für die Analyse stabiler Isotope des KIT/IMK-IFU (CSI). Das CSI ist eine Querschnittseinheit und stellt seine Expertise und Analysekapazitäten (Analyse von C-, N- und O-Isotopen in festen, flüssigen und gasförmigen Proben) allen Abteilungen des KIT/IMK-IFU sowie externen wissenschaftlichen Partnern zur Verfügung. Zusätzlich zu den Standard-Isotopenanalysen entwickeln wir gezielt neue Analyse- und automatisierte Probenahmeverfahren, um den analytischen Anforderungen in den Bereichen Biogeochemie, Pflanzenwissenschaften und Hydrologie gerecht zu werden.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Stabile Isotopen Biogeochemie.

Arbeitsgruppenleiter

Abteilungsleiterin

Prof. Dr. Almut Arneth

Stellv. Abteilungsleiterin

Prof. Dr. Nadine Rühr

Die AG Globale Land-Ökosystemmodellierung beschäftigt sich mit den Interaktionen zwischen terrestrischen Ökosystemen, Klimawandel und Landnutzungswandel. Damit zusammenhängende kritische Fragestellungen untersuchen wir anhand verschiedener Modell-Ansätze, hinsichtlich der zugrundeliegenden Prozesse und um Lösungsansätze für nachhaltige Nutzungen zu unterstützen. Unsere Forschung am IFU ist stark international ausgerichtet, und lebt von einer Vielzahl von weltweiten Kooperationen.

Drei Kernthemen werden von der Gruppe abgedeckt:

1. Land-Klima-Wechselwirkungen, insbesondere die Frage, wie die Prozesse, die die Kohlenstoff-, Wasser- und Stickstoffflüsse in Ökosystemen steuern, auf Änderungen von Temperatur und Niederschlag reagieren.
2. Funktionelle Vielfalt und Leistungen des Ökosystems, insbesondere die Frage, wie wir Biodiversität und Ökosystemprozesse bei der Modellierung auf globaler Ebene besser miteinander verknüpfen können.
3. Auswirkungen und Zukunft der Landnutzung, insbesondere wie sozioökonomische Faktoren und der Klimawandel Produktivität, Ernte- und Walderträge beeinflussen und wie verschiedene Landmanagementstrategien dazu dienen könnten, diese nachhaltig zu erhalten und zu verbessern.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Modellierung Globaler Landökosysteme.

Wir erforschen den Einfluss des Klimawandels auf grundlegende pflanzenphysiologische Prozesse. Ein Fokus liegt darauf, die Widerstandsfähigkeit von Bäumen und Wäldern gegenüber extremen Klimaereignissen zu erfassen.

Wir kombinieren kontrollierte Experimente, Feldbeobachtungen und Ökosystemmodellierung, um ein integratives Prozessverständnis zu erlangen und zukünftige Walddynamiken abzuleiten.

Wir bilden Studierende in ökophysiologischer Forschung weiter und unterstützen den Wissenstransfer in Schule und Gesellschaft.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Pflanzen-Ökophysiologie.

Abteilungsleiter

Prof. Dr. Mark Rounsvell

Die Abteilung Landnutzungsänderung und Klimaforschung erforscht auf vielfältige Weise, wie Menschen Land und andere natürliche Ressourcen nutzen und welche Auswirkungen dies auf sozio-ökologische Systeme hat. Wir erforschen die Wechselwirkungen, Synergien und Zielkonflikte zwischen den Menschen und ihrer Umwelt von der Vergangenheit bis in die Zukunft und von der lokalen bis zur globalen Ebene. Dabei streben wir danach, nachhaltige Lösungen für Landsysteme zu finden.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Landnutzungsänderung und Klima.

Die Abteilung Landnutzungsänderung und Klimaforschung erforscht auf vielfältige Weise, wie Menschen Land und andere natürliche Ressourcen nutzen und welche Auswirkungen dies auf sozio-ökologische Systeme hat. Wir erforschen die Wechselwirkungen, Synergien und Zielkonflikte zwischen den Menschen und ihrer Umwelt von der Vergangenheit bis in die Zukunft und von der lokalen bis zur globalen Ebene. Dabei streben wir danach, nachhaltige Lösungen für Landsysteme zu finden.

Weitere Informationen zur Arbeitsgruppe Land use data analysis and modelling group.