Winderosion
Winderosion
Hintergrund
Die Bodenerosion durch Wind ist ein natürlicher Prozess, der durch die anthropogene Nutzung von Flächen, wie etwa landwirtschaftliche Bewirtschaftung, erheblich beeinflusst wird und große Auswirkungen auf die Bodenfunktionen hat. Besonders bei fehlender Bodenbedeckung, die häufig durch landwirtschaftliche Nutzung entsteht, werden die feinen, meist fruchtbarsten Bodenbestandteile wie Schluff, Tonminerale, Humus und Pflanzennährstoffe vom Wind abgetragen und gehen von der Fläche verloren. Zurück bleiben die gröberen und humusarmen Bodenpartikel, was die Bodenfruchtbarkeit weiter reduziert.
Durch die Modellierung der Winderosion mit verschiedenen Szenarien und die Möglichkeit, diese über eine WebGIS-Plattform vergleichend auszuwerten, kann der Auftraggeber bzw. die Projektarbeitsgruppe die Anfälligkeit bestimmter Regionen in Deutschland für Winderosion ermitteln. Im Ergebnis können detaillierte Analysen durchgeführt werden, um besonders gefährdete Gebiete zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zu planen.
Herausforderung
Um natürliche Prozesse wie die Winderosion hochaufgelöst nachvollziehen zu können, mussten deutschlandweit sehr große Datenbestände, wie das Digitale Oberflächenmodell (DOM) mit 1-Meter-Auflösung, verarbeitet und performante Algorithmen zur Ableitung der Schutzwirkung von Windhindernissen entwickelt werden. Es war erforderlich, dass die gemeinsame Arbeitsgruppe den Projektablauf fachlich transparent begleiten konnte.
Lösung
- Algorithmenentwicklung mit OpenCV
- Datenintegration und ETL-Prozesse
- Automatisierter Berechnungsworkflow
- Auswerung und Darstellung in stoffeintraege-more.de
Umsetzung
Im Rahmen des bundesweiten Projekts zur Winderosionsmodellierung nach DIN 19706 wurde neben der fachlichen Umsetzung besonderer Wert auf die Entwicklung eines automatisierten Prozesses gelegt, der von der Datenintegration bis zur Bereitstellung der Ergebnisse in einer WebGIS-Anwendung reicht. Über geschützte Zugänge konnten die Arbeitsstände kontinuierlich von der Arbeitsgruppe analysiert und bewertet werden. Am Ende des Projekts wurden die Ergebnisse auf der Website stoffeintraege-more.de für die interessierte Öffentlichkeit zugänglich gemacht.
Die Erosionsgefährdung durch Wind wurde bundesweit in einer 10-Meter-Auflösung berechnet. Hierfür wurde ein komplexer Workflow entwickelt, in dem verschiedene Datensätze verarbeitet wurden, darunter:
- Windgeschwindigkeiten und -richtungen des Deutschen Wetterdienstes (DWD)
- Bodendaten aus der Bodenkundlichen Übersichtskarte (BÜK 200)
- Fruchtartenverteilungen
- Digitales Geländemodell (DGM) mit 10-Meter-Auflösung
- Digitales Oberflächenmodell (DOM) mit 1-Meter-Auflösung
Eine besondere Herausforderung stellte die Algorithmenentwicklung zur Ableitung der Schutzwirkung von Windhindernissen dar. Diese Algorithmen mussten präzise genug sein, um die Auswirkungen von Landschaftselementen wie Hecken, Baumreihen und anderen Strukturelementen auf die Windverteilung und damit auf die Erosionsgefahr korrekt abzubilden.
Die Modellierungsergebnisse wurden einem Postprocessing unterzogen, um spätere deskriptive statistische Auswertungen auf unterschiedlichen räumlichen Ebenen in Echtzeit durchführen zu können. Dies ermöglichte es, detaillierte Analysen und Bewertungen der Erosionsrisiken auf verschiedenen administrativen und naturräumlichen Ebenen vorzunehmen.
Während der Projektbearbeitungszeit war das Umweltbundesamt als Auftraggeber transparent eingebunden, indem die Arbeitsstände passwortgeschützt auf der WebGIS-Plattform stoffeintraege-more.de bereitgestellt wurden. Diese Plattform bot umfangreiche Such-, Filter- und Exportmöglichkeiten, die die Bewertung der Modellierungsergebnisse erleichterten. Die Datenaggregationen konnten auf verschiedenen räumlichen Ebenen vorgenommen werden, was eine flexible und detaillierte Analyse der Ergebnisse ermöglichte.
Der Nutzen
Die Ergebnisse der Winderosionsmodellierung sind wichtige Datengrundlagen für Aktivitäten des geplanten Nationalen Monitoringzentrums. Sie sollen in die Berichterstattung und die damit in Zusammenhang stehenden Modellierungen und Prognosen zu Veränderungen des Bodenzustands einfließen. Darüber hinaus sind sie ein wichtiger Baustein, wenn Handlungsempfehlungen zum Schutz des Bodens vor Degradation erarbeitet und konzipiert werden.