
Aquatische Ökosysteme sind von Natur aus komplex. In ihnen laufen beständig miteinander vernetze, oft nicht lineare Prozesse auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen ab. Zu nicht linearen Reaktionen kann es beispielsweise durch Störungen kommen, die einen sogenannten Regimewechsel auslösen, etwa langanhaltende Trockenheit. Wichtige Bestimmungsfaktoren komplexer aquatischer Ökosysteme sind die Landschaftsstruktur, in der sich die Gewässer befinden, und die Konnektivität, also die Verbindung der Gewässer untereinander auf verschiedenen Ebenen.
Im Programmbereich „Dimensionen der Komplexität aquatischer Systeme“ analysieren wir diese Netzwerke, um Dynamik und Verhalten aquatischer Ökosysteme und ihres terrestrischen Umfelds besser zu verstehen. Konkret geht es dabei um Flüsse von Wasser, Energie, Informationen, Nähr- und Schadstoffen sowie um den Beitrag externer Faktoren wie Landnutzung und Klimawandel. Wir nutzen Felduntersuchungen und Monitoring, Data Mining, Experimente und Modellierung. Das Langzeitmonitoring des IGB ist eine Schlüsselkomponente unseres Programmbereichs. Im Fokus unserer Forschung stehen die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen terrestrischen und aquatischen Lebensräumen, zwischen Sediment und Wassersäule, zwischen Wasser und Luft sowie zwischen und innerhalb von Organismen.
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Ausgewählte Publikationen
Hydrological Connectivity Dominates NO3-N Cycling in Complex Landscapes – Insights From Integration of Isotopes and Water Quality Modeling
Die Autor*innen integrierten isotopenunterstützte N-Modellierung, um die (Nicht-)Verbindung von Fließwegen und damit verbundene biogeochemische Umwandlungen zu quantifizieren, was wichtig für die Land- und Wasserbewirtschaftung ist. Die hydrologische Konnektivität steuert die N-Umwandlungen, indem sie die Bodenfeuchte und den verfügbaren NO3-N für die Verarbeitung aus den Zuflüssen reguliert.
Understanding ecohydrology and biodiversity in aquatic nature-based solutions in urban streams and ponds through an integrative multi-tracer approach
Die Autor*innen verwendeten stabile Wasserisotope, Hydrochemie und eDNA in einem neuartigen, integrierten Tracer-Ansatz, um zu zeigen, wie ökohydrologische Interaktionen und Biodiversität in städtischen naturbasierten Lösungen durch städtische Wasserquellen und Konnektivität beeinflusst werden.
The Unexploited Treasures of Hydrological Observations Beyond Streamflow for Catchment Modeling
Andere hydrologische Daten als der Abfluss haben das Potenzial, die Prozesskonsistenz bei der hydrologischen Modellierung und folglich die Vorhersagen bei Veränderungen zu verbessern. Hier wird untersucht, wie Speicher- und Flussvariablen für die Modellbewertung und -kalibrierung verwendet werden, um die Prozessdarstellung zu verbessern.
Recent Developments and Emerging Challenges in Tracer-Aided Modeling
Die Autor*innen haben die Fortschritte u. Herausforderungen der tracergestützten Modellierung untersucht, die Einblicke in interne Speicher, Wasserquellen, Fließwege, Mischungsprozesse u.Wasseralter bietet, die sich nicht allein aus hydrometrischen Daten ableiten lassen. Mithilfe von Tracerdaten lassen sich hydrologische Modelle falsifizieren u. Hypothesen überprüfen.
DREAM(LoAX): Simultaneous Calibration and Diagnosis for Tracer-Aided Ecohydrological Models Under the Equifinality Thesis
Die Autor*innen haben einen neuen Algorithmus DREAM(LoAX) als effektives Konditionierungswerkzeug entwickelt, um epistemische Unsicherheit in prozessbasierten Modellen zu berücksichtigen. Er liefert Echtzeit-Diagnoseinformationen zu Modellfehlern.