ClimSoil-GIS: Räumliche Modellierung von Bodentemperaturen für Österreich

Anbaueignung, Entwicklung und letztendlich der Ertrag vieler landwirtschaftlicher Kulturen hängen eng mit dem Standortfaktor Bodentemperatur zusammen. Ein entsprechende Modellierung der Temperaturen in unterschiedlichen Bodentiefen bildet die Grundlage für eine Analyse des kulturartspezifischen Leistungspotenzials, der Anfälligkeit für Krankheiten und Schädlingen und deren Ausbreitungspotenzial. Für regionale Untersuchungen ist es notwendig, der räumlichen und zeitlichen Dimension von Bodentemperaturen Rechnung zu tragen. Als adäquates Werkzeug ist hier ein Geografisches Informationssystem (GIS) zu sehen, welches die zeitliche, aber vor allem die räumliche Komponente der auf die Bodentemperatur einwirkenden Faktoren von Atmosphäre, Pflanze und Boden in den Mittelpunkt einer systematischen Auseinandersetzung stellt. Die Grundlage für die vorliegende Implementierung einer GIS-Datenbank mit Bodentemperaturen für Österreich in einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sind Informationen über die Witterung (Temperatur, Globalstrahlung, Niederschlag, Wind, Luftfeuchte, Schneebedeckung), den Boden (Feldkapazität, Sandanteil) und die von Bewirtschaftungseffekten beeinflusste Entwicklung ausgewählter Kulturen (Grünland und Mais). Die räumliche Auflösung beträgt in der vorliegenden Entwicklung 250 Meter, die zeitliche bezieht sich auf einer täglichen Kombination der Wetterdaten mit Bodeninformationen zur Berechnung der Bodenfeuchte sowie der Entwicklung der oberirdischen Biomasse. Ausgangsbasis für die GIS-Anwendung ist ein standortbasiertes Bodentemperaturmodell, bei dem statt numerischer Einzelwerte kontinuierliche Rasteroberflächen des gesamten Untersuchungsgebietes (Österreich) auf Tagesbasis verwendet werden. Der Verwendung im Bodentemperaturmodell selbst geht demzufolge die Aufbereitung der Modellparameter zu Rasteroberflächen voraus. Benötigt werden dafür die täglichen Oberflächen von Tagesminimum-, Tagesmaximum- und Tagesmitteltemperatur der Luft, Globalstrahlung, Niederschlag, der nach Penman-Monteith berechneten und interpolierten Referenz-Evapo¬transpiration, der modellierten Schneebedeckung sowie statische Informationen zu Nutzbarer Feldkapazität, Sandanteil im Boden und kulturspezifischer Albedo. Die einzelnen Parameter werden als Rasterdaten in Raster-Algebra-Operationen gemäß den Vorgaben des Bodentemperaturmodells, entwickelt von der Universität für Bodenkultur), miteinander kombiniert und resultieren in täglichen Ergebnisoberflächen für 19 verschiedene Bodenschichten und für die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche Österreich, angepasst an die Kulturarten Grünland und Mais. Pro Kulturart entstehen im Untersuchungszeitraum 2009 bis 2011 somit knapp 21.000 Bodentemperaturkarten für ganz Österreich. Eine Validierung der Ergebnisse mit Bodentemperaturbeobachtungen am Standort Gumpenstein für 10, 20 und 50 cm Bodentiefe ergab einen starken Zusammenhang mit R² von 0,92 bis 0,98. Systematische Überschätzungen des Modells ergeben sich im Frühjahr, Unterschätzungen im Herbst. Die Höhe der Abweichungen wird wesentlich davon beeinflusst, wie abrupt Temperaturänderungen verlaufen. Große Schwankungen werden vom Modell etwas träger nachvollzogen, woraus sich die größeren Unterschiede ergeben. Für die Aufbereitung der einzelnen Modellparameter als Geodaten ist zusätzlich zur eigentlichen Berechnung der Bodentemperaturen ein erheblicher Rechenaufwand notwendig. Die Anwendung mit Klimamodellen, bei denen üblicherweise Klimanormalperioden von mindestens 30 Jahren berücksichtigt werden, ist mit den in diesem Projekt gemachten Erfahrungen, wo lediglich drei Jahre berechnet wurden, praktisch kaum durchführbar.