Modell Daten-Integration

Dr. Nuno Carvalhais

Motivation

Generell sind wir neugierig auf die Wechselwirkungen der Kohlenstoff- und Wasserdynamik in terrestrischen Ökosystemen im Kontext des Erdsystems und sind daran interessiert, durch die Zusammenführung von Modellen und Beobachtungen zu lernen. Wir wollen das Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen terrestrischen Ökosystemen und dem Klima verbessern, insbesondere im Hinblick auf die globalen biogeochemischen Kohlenstoff- und Wasserkreisläufe. Die MDI-Gruppe erforscht Strategien und entwickelt Methoden, um Informationen aus Daten zu extrahieren und auf Modelle zu übertragen, um die Funktionsweise - Dynamik und Empfindlichkeiten - terrestrischer Ökosysteme und ihre Darstellung in Modellstrukturen zu untersuchen. Letztlich geht es uns darum, Ansätze zu finden, die robust gegenüber den unvermeidlichen Herausforderungen sind, die Daten und Modelle bei der Darstellung komplexer Erdsystemprozesse mit sich bringen.

Schwerpunktbereiche

Modell-Daten-Integration: Erforschung von Modell-Daten-Assimilationsansätzen mit mehreren Einschränkungen unter Verwendung von In-situ- und Erdbeobachtungsdatenströmen von Wasser- und Kohlenstoffzuständen und -flüssen.

Wir haben die In-situ-Dynamik der Kohlenstoff- und Wasserflüsse für die Parameterinversion, für die Modellauswahl und für das Verständnis der Parametervariabilität untersucht. Auf globaler Ebene haben wir die Kontrolle über die Trends in CO2 untersucht und kontrastierende Beschreibungen der großräumigen hydrologischen Dynamik evaluiert. Der Fokus auf "Multiple-Constraints"-Ansätze und die Kombination klassischer inverser Parameterschätzverfahren mit Ansätzen des maschinellen Lernens ebnet den Weg für das SINDBAD-Framework (siehe unter „aktuelle Projekte“) und die Entwicklung hybrider Modellierungsansätze in diesem Rahmen. Wir sind sehr an den methodischen Aspekten der Kombination von Modell-Daten-Assimilation und maschinellen Lernansätzen interessiert, um den Informationsfluss von Beobachtungen zu Modellen zu maximieren.

Terrestrische C-H2O-Dynamik auf verschiedenen Skalen: Erforschung von beobachtungsbasierten Ansätzen, um (1) die Determinanten der Stärke der Kohlenstoffsenke/-quelle und (2) die Stärke der Kohlenstoff-Wasser-Kopplung auf der Ebene von Ökosystemen und Wassereinzugsgebieten zu bestimmen.

Basierend auf statistischen Ansätzen untersuchen wir die Stärke der Kohlenstoffsenke/-quelle im FLUXNET-Gebiet und untersuchen neben dem Klima auch die Bedeutung des Alters der Bestände sowie die Dynamik und Verteilung der Biomasse. Der Ansatz ebnet den Weg für Verbesserungen bei der beobachtungsbasierten Hochskalierung von NEP-Flüssen. In enger Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe „GDM“ unterstützen wir die Entwicklung von beobachtungsbasierten Ansätzen zur Diagnose von physiologischen Reaktionen auf Wasserstress und die Verwendung verschiedener Ansätze zur Aufteilung der Wasserflüsse zwischen Oberfläche und Atmosphäre.

Umsatzzeiten von Kohlenstoff in Ökosystemen: Wir diagnostizieren und interpretieren die Mechanismen, die den Umweltkontrollen der Umsatzzeiten von Kohlenstoff in Ökosystemen zugrunde liegen.

Wir untersuchen die Kohlenstoff-Umsatzzeiten als Beobachtungsdiagnose für die Stärke der Kopplung des Kohlenstoffkreislaufs zwischen Land und Atmosphäre. Wir haben eine Schätzung des gesamten Ökosystems in verschiedene Komponenten (Vegetation und Boden) untergliedert und die Bedeutung der Skala und der Gleichgewichtsannahme überprüft, um die robusten Merkmale in den aus Beobachtungen abgeleiteten Umsatzzeiten zu untersuchen. Wir sind an Beobachtungen und methodischen Aspekten interessiert, um die biotischen und abiotischen Einflüsse auf die zeitliche Dynamik des Kohlenstoffumsatzes zu verstehen, weitere Konzepte zu entwickeln, um Projektionen von Erdsystemmodellen einzuschränken und zur Entwicklung von Beobachtungsdaten beizutragen.

Wie du Teil des Teams werden kannst...

Im Laufe der Jahre haben wir Praktikant*innen, Student*innen, die an ihrer Masterarbeit arbeiten, und vor allem die Entwicklung von PhD- und Postdoc-Forschungsprojekten betreut. Das waren Gelegenheiten zur Ausbildung und zur Entwicklung gemeinsamer Forschung, die von allen Seiten geschätzt wurden und bei denen ich gesehen habe, dass wir als Gruppe gewachsen sind. Wenn du daran interessiert bist, mit uns zusammenzuarbeiten, kannst du dich gerne bei uns melden. Wir geben hier und im Rahmen der IMPRS Möglichkeiten für Promotionsprojekte bekannt.

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