Modelle der Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre
Für modernste Modelle der terrestrischen Biosphäre müssten die Abläufe auf der Landoberfläche erst noch besser erforscht werden. Das EU-finanzierte Projekt JULIA trug dazu bei, die Lücke zwischen der Beobachtungswissenschaft und groß angelegten Modellstudien über Biosphärenprozesse zu schließen. Dabei wurde eine Detailgenauigkeit erreicht, die sich für ein Erdsystemmodell eignet. Zwei der wichtigsten Untersuchungsbereiche sind dabei die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und dem Boden sowie die Faktoren, die den Wasserabfluss aus Baumkronen bestimmen. Beide Bereiche haben signifikante Auswirkungen auf Flüsse auf der Landoberfläche, die Produktivität von Ökosystemen sowie die langfristige Kohlenstoffspeicherung. Mithilfe von Flussmessungen, Pflanzeneigenschaften und der Ergebnisse der Ökosystem-Monitoring-Studien schufen die Wissenschaftler anspruchsvolle terrestrische Computermodelle der Biosphäre. Ein spezieller Schwerpunkt des JULIA-Projekts war die Rolle des Stickstoffkreislaufs I'm Klimasystem und dessen Einfluss auf den natürlichen Kohlenstoffkreislauf. Außerdem bewertete JULIA die Auswirkungen des aus Aktivitäten des Menschen herrührenden Stickstoffs auf terrestrische Ströme der Treibhausgase. Die Studien zeigten, dass größere Anstrengungen erforderlich sind, um den Klimawandel einzudämmen, da die Kapazität der terrestrischen Biosphäre zur Kohlenstoffsequestrierung bisher überschätzt wurde. Darüber hinaus ist das Stickstoffmanagement für die Kontrolle von Änderungen des Klimasystems durch menschliche Aktivitäten wichtig. Diese Arbeit führte zu einer Reihe von Publikationen über den Stickstoffkreislauf, die Modellierung von Pflanzen-Boden-Interaktion sowie die Auswirkungen von Dürre auf die Baumkronen. Die Ergebnisse wurden in ein Modellsystem integriert, das als Teil des internationalen Global Carbon Project Daten für den zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) und seinen fünften Bewertungsbericht (AR5) liefert. Aus dem Projekt ging ein Werkzeug hervor, mit dem sich die Wechselwirkungen zwischen der terrestrischen Biosphäre und dem Klimasystem besser quantifizieren lassen. Die darauf basierenden Erdsystemmodelle ermöglichen genauere Vorhersagen zu zukünftigen Klimabedingungen.