LandSHIFT

Modellierung von großskaligen Landnutzungssystemen

Zielsetzung

LandSHIFT (Land Simulation to Harmonize and Integrate Freshwater Availability and the Terrestrial Environment) ist ein Modellsystem zur Simulation von Landnutzungsänderungen auf der globalen und regionalen Skala. Es arbeitet auf mehreren Skalenebenen, die hierarchisch organisiert sind. Die oberste Ebene (Makroebene) wird durch räumliche Entitäten wie etwa Staaten, Bezirke oder sozioökonomisch voneinander abgrenzbare Gebiete beschrieben. Demgegenüber ist die unterste Ebene (Mikroebene) durch ein räumliches Raster charakterisiert. Die Größe der Rasterzellen beträgt in der globalen Version 5-Bogenminuten, in der regionalen Version 1 km². Zielsetzung des Modells ist die Simulation der Wechselwirkungen zwischen soziökonomischen Triebkräften und biophysikalischen Umweltparametern und den daraus resultierenden Landnutzungsänderungen, sowie die Analyse des Einflusses dieser Änderungen auf die menschliche Gesellschaft und die Umwelt. Das Modelldesign zielt dabei auf Anwendungen im Rahmen von Szenarienanalysen. Beispiele für Forschungsfragen, die mit dem Modell bearbeitet werden umfassen:

  • Analyse der Auswirkungen eines steigenden Nahrungsmittelbedarfs auf die räumliche Ausdehnung und Nutzungsintensität von Acker- und Weideland unter Klimawandelbedingungen
  • Simulation der Konkurrenz zwischen verschiedenen Landnutzungen, mit besonderem Fokus auf die Konkurrenz zwischen Nahrungsmittelproduktion und dem Anbau von Bioenergiepflanzen
  • Bewertung des potenziellen Beitrags von Bewässerung zur Produktion von Nahrungsmitteln und Energiepflanzen sowie die Rolle von Wasserverfügbarkeit und der Konkurrenz zu anderen Wassernutzern als limitierende Faktoren
  • Die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf den Wasser- und Stoffhaushalt von Regionen.

Ergebnis

Aktuelle Forschungsarbeiten im Bereich der Modellentwicklung konzentrieren sich auf folgende Themenfelder:

  • Methoden zur Eignungsbewertung und räumlichen Ressourcenallokation,
  • Entwicklung eines Submoduls zur Simulation von Bewässerungsflächen,
  • Entwicklung eines Submoduls zur Simulation des globalen Forstsektors,
  • Kopplung von LandSHIFT mit dem globalen Hydrologiemodell WaterGAP sowie mit dem ökonomischen Agrarsektormodell IMPACT.

Das Modellsystem wird hauptsächlich im Kontext von Szenarienanalysen angewendet. Referenzprojekte und aktuelle Arbeiten umfassen:

  • Entwicklung von Landnutzungsszenarien für Afrika und deren Auswirkungen auf den kontinentalen Wasserkreislauf, im Rahmen des Global Environmental Outlook 4 der UNEP (Schaldach et al., 2006; Weiß et al., 2009)
  • Simulation von Landnutzungsszenarien (insbesondere des Weidemanagements) und deren Umweltfolgen im Nahen Osten, im GLOWA Jordan River Projekt (Koch et al., 2008; Koch et al., 2009; Menzel et al., 2009)
  • Auswirkungen des Anbaus von Energiepflanzen auf Landnutzungsmuster in Indien (Schaldach et al., in press)
  • Analyse der Landnutzungsdynamik und deren Auswirkung auf die biologische Kohlenstoffspeicherung in Brasilien (Lapola et al., 2008; Lapola et al., 2010)
  • Wechselwirkungen zwischen Landnutzung und Wasserverfügbarkeit in Europa, im Rahmen des EU SCENES Projekts (Schaldach et al., 2009)
  • Anwendung von räumlichen Landnutzungsmodellen im Rahmen eines integrativen Modellsystems zur Simulation der Biogasproduktion in Deutschland (Schaldach A. et al., 2010)

Weiterführung

Im Rahmen der genannten Projekte und mehrerer Doktorarbeiten findet eine kontinuierliche konzeptionelle Weiterentwicklung des LandSHIFT Modellsystems statt. Weiterhin liegt ein Forschungsschwerpunkt auf dem Design von Simulationsexperimenten zur Nutzung des Modellsystems zur Bearbeitung relevanter Forschungsfragen im Kontext von Szenarienanalysen.