In der Forschungsgruppe Atmosphere-Biosphere Signal Attribution (BSAT) besteht unser Hauptziel darin, die Dynamik tropischer Ökosysteme zu verstehen, indem wir Veränderungen bei atmosphärischen Spurengasen wie CO2, CH4 und CO untersuchen und überwachen. Unser Ziel ist es, (1) Kohlenstoffquellen und -senken auf regionaler Ebene zu quantifizieren und zuzuordnen und (2) ihre Entwicklung im zeitlichen Verlauf unter globalen Veränderungen zu untersuchen. Zu diesem Zweck kombinieren wir Top-Down- (atmosphärische Inversionen) und Bottom-Up-Ansätze (Landoberflächenmodelle) mit mehreren Datenströmen, wie z. B. Fernerkundung der atmosphärischen Zusammensetzung, In-situ-Messungen der Molenfraktion und Isotopenzusammensetzung oder Eddy-Kovarianz-Flussmessungen.
Die übergeordneten Ziele, die unsere Forschung leiten, sind:
Die Hauptfaktoren des Netto-Ökosystem-Austauschs (NEE) und des Netto-Biom-Austauschs (NBE) in einzelnen tropischen Ökosystemen, aber auch auf der pantropischen Skala zu entflechten.
Bessere Quantifizierung der räumlichen und zeitlichen Muster der biogenen Methanemissionen in den Tropen und Einblicke in die derzeitige globale Methanwachstumsrate.
Verwendung stabiler Isotope in CH4 zur Verbesserung der Charakterisierung von Quellensignaturen in den Tropen mit dem Ziel, unser Verständnis der zwischenjährlichen Emissionsmuster zu verbessern.
Verständnis und Quantifizierung aktueller und künftiger Trends bei terrestrischen CO2- und CH4-Senken/Quellen in tropischen Ökosystemen.
Ausgewählte Abbildungen:
Vorherige/nachherige Messunsicherheit (b) für jedes dieser Gebiete in (a). Die Prozentsätze stellen die mittlere Unsicherheitsreduktion über den Zeitraum zwischen 2010 und 2018 dar, die mit dem regionalen Inversionssystem CarboScope geschätzt wurde. Die Werte in Klammern geben den Min-Max-Bereich an. Region 11 (biogeografisches Amazonasgebiet) ist die Summe aus 1, 3, 7 und 10.
Vorherige/nachherige Messunsicherheit (b) für jedes dieser Gebiete in (a). Die Prozentsätze stellen die mittlere Unsicherheitsreduktion über den Zeitraum zwischen 2010 und 2018 dar, die mit dem regionalen Inversionssystem CarboScope geschätzt wurde. Die Werte in Klammern geben den Min-Max-Bereich an. Region 11 (biogeografisches Amazonasgebiet) ist die Summe aus 1, 3, 7 und 10.
Silva, P. S. C.; Tappiz, B.; Maduar, M.F.; Lakis, O.S.; Bustillos, J.O.W.V.; Botía, S. B.; Trumbore, S. E.; Hazenfratz, R.; Linhares, H. M. S. M. D.; Silva, F. A. G.et al.; Barbosa, C. G. G.; Gachkivskyi, M.; Bulthuis, S.; Tsokankunku, A.; Harder, H.: Long-term measurements of 222Rn in soil gas and at different height levels in Amazon tall tower observatory. Journal of Environmental Radioactivity 295, 107940 (2026)
Botia, S.; Dias-Junior, C. Q.; Komiya, S.; van der Woude, A.; Terristi, M.; de Kok, R.; Koren, G.; van Asperen, H.; Jones, S. P.; D'Oliveira, F. A. F.et al.; Weber, U.; Marques-Filho, E.; Toro, I. M. C.; Araújo, A.; Lavric, J.; Walter, D.; Li, X.; Wigneron, J.-P.; Stocker, B.; de Souza, J. G.; O'Sullivan, M.; Sitch, S.; Ciais, P.; Chevallier, F.; Li, W.; Luijkx, I. T.; Peters, W.; Quesada, C. A.; Zaehle, S.; Trumbore, S. E.; Bastos, A.: Reduced vegetation uptake during the extreme 2023 drought turns the Amazon into a weak carbon source. AGU Advances 7 (1), e2025AV001658 (2026)
Tran, D. A.; de Arellano, J. V.-G.; Luijkx, I. T.; Gerbig, C.; Galkowski, M.; Botia, S.; Faassen, K.; Zaehle, S.: Increasing diurnal and seasonal amplitude of atmospheric methane mole fraction in Central Siberia between 2010–2021. Atmospheric Chemistry and Physics 25 (22), S. 16553 - 16588 (2025)
Faassen, K. A. P.; González‐Armas, R.; Koren, G.; Adnew, G. A.; van Asperen, H.; de Boer, H.; Botia, S.; de Feiter, V. S.; Hartogensis, O.; Heusinkveld, B. G.et al.; Hulsman, L. M.; Hutjes, R. W. A.; Jones, S. P.; Kers, B. A. M.; Komiya, S.; Machado, L. A. T.; Martins, G.; Miller, J. B.; Mol, W.; van der Molen, M.; Moonen, R.; Dias‐Junior, C. Q.; Röckmann, T.; Snellen, H.; Luijkx, I. T.; de Arellano, J. V.: Tracing diurnal variations of atmospheric CO2, O2, and delta 13CO2 over a tropical and a temperate forest. Geophysical Research Letters 52 (20), e2025GL118016 (2025)
Munassar, S.; Rödenbeck, C.; Galkowski, M.; Koch, F.-T.; Totsche, K. U.; Botia, S.; Gerbig, C.: To what extent does the CO2 diurnal cycle impact flux estimates derived from global and regional inversions? Atmospheric Chemistry and Physics 25 (1), S. 639 - 656 (2025)
Glauch, T.; Marshall, J.; Gerbig, C.; Botia, S.; Galkowski, M.; Vardag, S. N.; Butz, A.: pyVPRM: a next-generation vegetation photosynthesis and respiration model for the post-MODIS era. Geoscientific Model Development 18 (14), S. 4713 - 4742 (2025)
Ho, D.; Galkowski, M.; Reum, F.; Botia, S.; Marshall, J.; Totsche, K. U.; Gerbig, C.: Recommended coupling to global meteorological fields for long-term tracer simulations with WRF-GHG. Geoscientific Model Development 17 (20), S. 7401 - 7422 (2024)
Machado, L. A. T.; Kesselmeier, J.; Botia, S.; van Asperen, H.; Andreae, M. O.; de Araújo, A. C.; Artaxo, P.; Edtbauer, A.; Ferreira, R. R.; Franco, M. A.et al.; Harder, H.; Jones, S. P.; Dias-Júnior, C. Q.; Haytzmann, G. G.; Quesada, C. A.; Komiya, S.; Lavrič, J. V.; Lelieveld, J.; Levin, I.; Nölscher, A.; Pfannerstill, E.; Pöhlker, M. L.; Pöschl, U.; Ringsdorf, A.; Rizzo, L.; Yáñez-Serrano, A. M.; Trumbore, S. E.; Valenti, W. I. D.; de Arellano, J. V.-G.; Walter, D.; Williams, J.; Wolff, S.; Pöhlker, C.: How rainfall events modify trace gas mixing ratios in central Amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics 24 (15), S. 8893 - 8910 (2024)
Der Amazonas-Regenwald war 2023 ungewöhnlich hohen Temperaturen und starker Trockenheit ausgesetzt, was die Region zeitweise in eine Kohlenstoffquelle verwandelte.. Messungen am ATTO-Observatorium und Satelitten-Daten zeigen, dass die Vegetation zu Beginn des Jahres zwar überdurchschnittlich viel Kohlenstoff aufnahm, dies während der Trockenzeit jedoch drastisch zurückging..
Extreme Niederschläge sollten bei wärmeren Temperaturen stärker werden. Messdaten aus den Tropen zeigen, dass die abkühlende Wirkung von Wolken diesen Zusammenhang verschleiert. Korrigiert man die Wolkeneffekte, wird klar dass steigende Temperaturen extreme Niederschläge verstärken.
Häufigere starke Stürme zerstören immer größere Flächen des Amazonas-Regenwalds. Sturmschäden zwischen 1985 und 2020 wurden kartiert. Die Gesamtfläche der betroffenen Wälder hat sich in diesem Zeitraum etwa vervierfacht.
Tropenwäldern werden durch menschliche Einflüsse kontinuierlich fragmentiert und geschädigt werden. Mittels Fernerkundungsdaten und modernsten Methoden der Datenanalyse können Forschende nun erstmalig zeigen, dass die Auswirkungen dieser Schädigung größer sind als bisher angenommen.
Forschende untersuchen in der Biosphere 2 mit bislang größtem Markierungsexperiment, wie H2O, CO2 und VOCs durch dürregestresste Pflanzen und Böden fließen. Die Studienergebnisse können helfen, Wälder widerstandsfähiger zu machen und Klimamodelle zu präzisieren.
Die Regenwälder gehen durch Abholzung und Landnutzung verloren. Damit sinkt ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel und sie werden anfälliger für Dürren und Waldbrände. Ein neues Frühwarnsystem reagiert auf die unterschiedlichen Gegebenheiten der Regenwälder.
Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie, dem Woods Hole Research Center in den USA und dem brasilianischen IPAM Amazonia untersuchen seit 14 Jahren die Regenerationsfähigkeit des Waldes insbesondere nach Feuern.
Eine bislang einmalige Studie geht der Frage nach, inwieweit Wälder in der Lage sind, sich von Stressfaktoren wie Feuer und Dürre zu erholen. An der Tanguro Ranch Forschungsstation im brasilianischen Amazonas konnten die Wissenschaftler beobachten, dass die Wälder knapp zehn Jahre nach den letzten Bränden immer noch verfallen.
Welche Pflanzenart wächst wo, mit welcher anderen zusammen – und warum? Um die Vielfalt der globalen Vegetation sinnvoll zu beschreiben, braucht es nur wenige Eigenschaften jeder Art. Das zeigt ein Forscherteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung…
Der Forstwissenschaftler Norbert Kunert vertrat das MPI für Biogeochemie an der Jahrestagung der Vereinigung für tropische Biologie und Naturschutz (Association for Tropical Biology & Conservation, ATBC), die in diesem Jahr vom 13. bis 16. Juli in Honolulu, Hawai stattfand.
