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Modellierung von Extremereignissen durch integrierte Multiskalenmodelle

Regionale Modellierung der Auswirkungen des Klimawandels auf Weizen unter besonderer Berücksichtigung von Hitze- und Trockenstress und erhöhter CO2-Konzentration

Titel: Regionale Modellierung der Auswirkungen des Klimawandels auf Weizen unter besonderer Berücksichtigung von Hitze- und Trockenstress und erhöhter CO2-Konzentration
Kurzfassung: Regionale Abschätzungen zu Auswirkungen des Klimawandels auf die Nutzpflanzenproduktion erfordern Modelle, die großräumig angewendet werden können. Pflanzenwachstumsmodelle finden zunehmend Berücksichtigung in der Klimafolgenforschung, haben aber Beschränkungen, da sie ursprünglich für kleinskalige Anwendungen auf Feldbestandsebene entwickelt wurden. Systematische Untersuchungen zur Übertragbarkeit dieser Modelle auf die regionale Ebene liegen bislang kaum vor. Das betrifft vor allem die Modellierung der Ertragsbeeinflussung durch Hitze- und Trockenperioden, die hohe zeitliche und räumliche Variabilitäten aufweisen und deren Häufigkeit und Intensität künftig zunehmen wird.

Im vorliegenden Projekt wird eine systematische Analyse und Fehlerabschätzung verschiedener Regionalisierungsmethoden in den Simulationen von Pflanzenwachstumsmodellen zu Auswirkungen des Klimawandels vorgenommen. Es wird beispielhaft für Winterweizen geprüft, inwiefern regionale Prognosen zum Einfluss von Hitze- und Trockenstress in Kombination mit erhöhter CO2-Konzentration auf die Zielgrößen Biomasseproduktivität und Kornertrag durch die Berücksichtigung detaillierter Modellierungsansätze physiologischer Prozesse verbessert werden können. Besonderer Schwerpunkt liegt auf der Eignung von integrierten Multiskalenmodellen, die im Rahmen des Gesamtvorhabens entwickelt werden.

 

Integrierte_Multiskalenmodelle 

  Navin Ramankutty, McGill University, Montreal, Canada Stefan Siebert, University of Bonn, Germany Noah Diffenbaugh, Stanford University, United States Andrew Nelson, IRRI, Manila, Philippines Glenn Hyman, CIAT, Palmira, Colombia Stanley Wood, IFPRI, Washington, United States Thomas Hertel and Nelson Villoria, Purdue University, United States



Bearbeiter: Prof. Dr. Frank Ewert,
PD Dr. Stefan Siebert,
Dr. Ehsan Eyshi Rezaei

Laufzeit:

2012-2017

Förderung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kooperations-partner :

Von-Thünen-Institut Braunschweig, Institut für Biodiversität;
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften
Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

Veröffentlichungen:

Eyshi Rezaei, E., S. Siebert, F. Ewert, 2017. Climate and management interaction cause diverse crop phenology trends. Agricultural and Forest Meteorology 233, 55-70. DOI:10.1016/j.agrformet.2016.11.003.

Webber, H., P. Martre, S. Asseng, B. Kimball, J. White, M. Ottman, G.W. Wall., G. De Sanctis, J. Doltra, R. Grant, B. Kassie, A. Maiorano, J.E. Olesen, D. Ripoche, E. Eyshi Rezaei, M.A. Semenov, P. Stratonovitch, F. Ewert, 2017. Canopy temperature for simulation of heat stress in irrigated wheat in a semi-arid environment: A multi-model comparison. Field Crops Research 202, 21-35. DOI:10.1016/j.fcr.2015.10.009.

Gabaldón-Leal, C., H. Webber, M.E. Otegui, G.A. Slafer, R.A. Ordóñez, T. Gaiser, I.J. Lorite, M. Ruiz-Ramos, F. Ewert, 2016. Modelling the impact of heat stress on maize yield formation. Field Crops Research 198, 226-237. DOI:10.1016/j.fcr.2016.08.013.

Hoffmann, H., G. Zhao, S. Asseng, M. Bindi, C. Biernath, J. Constantin, E. Coucheney, R. Dechow, L. Doro, H. Eckersten, T. Gaiser, B. Grosz, F. Heinlein, B.T. Kassie, K.-C. Kersebaum, C. Klein, M. Kuhnert, E. Lewan, M. Moriondo, C. Nendel, E. Priesack, H. Raynal, P.P. Roggero, R.P. Rötter, S. Siebert, X. Specka, F. Tao, E. Teixeira, G. Trombi, D. Wallach, L. Weihermüller, J. Yeluripati, F. Ewert, 2016. Impact of spatial soil and climate input data aggregation on regional yield simulations. PLoS One 11, e0151782. DOI:10.1371/journal.pone.0151782.

Van Bussel, L.G.J., F. Ewert, G. Zhao, H. Hoffmann, A. Enders, D. Wallach, S. Asseng, G.A. Baigorria, B. Basso, C. Biernath, D. Cammarano, J. Chryssanthacopoulos, J. Constantin, J. Elliott, M. Glotter, F. Heinlein, K.-C. Kersebaum, C. Klein, C. Nendel, E. Priesack, H. Raynal, C.C. Romero, R.P. Rötter, X. Specka, F. Tao, 2016. Spatial sampling of weather data for regional crop yield simulations. Agricultural and Forest Meteorology 220, 101-115. DOI:10.1016/j.agrformet.2016.01.014.

Webber, H., F. Ewert, B.A. Kimball, S. Siebert, J.W. White, G.W. Wall, M.J. Ottman, D.N.A. Trawally, T. Gaiser, 2016. Simulating canopy temperature for modelling heat stress in cereals. Environmental Modelling & Software 77, 143-155. DOI:10.1016/j.envsoft.2015.12.003

Asseng, S., F. Ewert, P. Martre, R.P. Rotter, D.B. Lobell, D. Cammarano, B.A. Kimball, M.J. Ottman, G.W. Wall, J.W. White, M.P. Reynolds, P.D. Alderman, P.V.V. Prasad, P.K. Aggarwal, J. Anothai, B. Basso, C. Biernath, A.J. Challinor, G. De Sanctis, J. Doltra, E. Fereres, M. Garcia-Vila, S. Gayler, G. Hoogenboom, L.A. Hunt, R.C. Izaurralde, M. Jabloun, C.D. Jones, K.C. Kersebaum, A.K. Koehler, C. Muller, S. Naresh Kumar, C. Nendel, G. O/'Leary, J.E. Olesen, T. Palosuo, E. Priesack, E. Eyshi Rezaei, A.C. Ruane, M.A. Semenov, I. Shcherbak, C. Stockle, P. Stratonovitch, T. Streck, I. Supit, F. Tao, P.J. Thorburn, K. Waha, E. Wang, D. Wallach, J. Wolf, Z. Zhao, Y. Zhu, 2015. Rising temperatures reduce global wheat production. Nature Climate Change 5, 143-147. DOI:10.1038/nclimate2470.

Eyshi Rezaei, E., S. Siebert, F. Ewert, 2015. Intensity of heat stress in winter wheat—phenology compensates for the adverse effect of global warming. Environmental Research Letters 10, 024012. DOI:10.1088/1748-9326/10/2/024012.

Eyshi Rezaei, E., S. Siebert, F. Ewert, 2015. Impact of data resolution on heat and drought stress simulated for winter wheat in Germany. European Journal of Agronomy 65, 69-82. DOI:10.1016/j.eja.2015.02.003.

Eyshi Rezaei, E., H. Webber, T. Gaiser, J. Naab, F. Ewert, 2015. Heat stress in cereals: mechanisms and modeling. European Journal of Agronomy 64, 98-113. DOI:10.1016/j.eja.2014.10.003.

Zhao, G., S. Siebert, A. Enders, E. Eyshi Rezaei, C. Yan, F. Ewert, 2015. Demand for multi-scale weather data for regional crop modeling. Agricultural and Forest Meteorology 200, 156-171, DOI:10.1016/j.agrformet.2014.09.026.

Siebert, S., F. Ewert, E. Eyshi Rezaei, H. Kage, R. Graß, 2014. Impact of heat stress on crop yield—on the importance of considering canopy temperature. Environmental Research Letters 9, 044012. DOI:10.1088/1748-9326/9/4/044012.


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