TY  - JOUR
A1  - Bell, M. J.
A1  - Jones, E.
A1  - Smith, J.
A1  - Smith, P.
A1  - Yeluripati, J.
A1  - Augustin, Jürgen
A1  - Juszczak, R.
A1  - Olejnik, J.
A1  - Sommer, Michael
T1  - Simulation of soil nitrogen, nitrous oxide emissions and mitigation scenarios at 3 European cropland sites using the ECOSSE model
JF  - Nutrient cycling in agroecosystems
N2  - The global warming potential of nitrous oxide (N2O) and its long atmospheric lifetime mean its presence in the atmosphere is of major concern, and that methods are required to measure and reduce emissions. Large spatial and temporal variations means, however, that simple extrapolation of measured data is inappropriate, and that other methods of quantification are required. Although process-based models have been developed to simulate these emissions, they often require a large amount of input data that is not available at a regional scale, making regional and global emission estimates difficult to achieve. The spatial extent of organic soils means that quantification of emissions from these soil types is also required, but will not be achievable using a process-based model that has not been developed to simulate soil water contents above field capacity or organic soils. The ECOSSE model was developed to overcome these limitations, and with a requirement for only input data that is readily available at a regional scale, it can be used to quantify regional emissions and directly inform land-use change decisions. ECOSSE includes the major processes of nitrogen (N) turnover, with material being exchanged between pools of SOM at rates modified by temperature, soil moisture, soil pH and crop cover. Evaluation of its performance at site-scale is presented to demonstrate its ability to adequately simulate soil N contents and N2O emissions from cropland soils in Europe. Mitigation scenarios and sensitivity analyses are also presented to demonstrate how ECOSSE can be used to estimate the impact of future climate and land-use change on N2O emissions.
KW  - Soil N2O emissions
KW  - Process-based models
KW  - Land-use
KW  - Climate change
Y1  - 2012
U6  - https://doi.org/10.1007/s10705-011-9479-4
SN  - 1385-1314
VL  - 92
IS  - 2
SP  - 161
EP  - 181
PB  - Springer
CY  - Dordrecht
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Shaochun
T1  - Modelling of environmental change impacts on water resources and hydrological extremes in Germany
T1  - Modellierung der Auswirkungen von Umweltveränderungen auf Wasserressourcen und Extremereignisse in Deutschland
N2  - Water resources, in terms of quantity and quality, are significantly influenced by environmental changes, especially by climate and land use changes. The main objective of the present study is to project climate change impacts on the seasonal dynamics of water fluxes, spatial changes in water balance components as well as the future flood and low flow conditions in Germany. This study is based on the modeling results of the process-based eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model) driven by various regional climate scenarios on one hand. On the other hand, it is supported by statistical analysis on long-term trends of observed and simulated time series. In addition, this study evaluates the impacts of potential land use changes on water quality in terms of NO3-N load in selected sub-regions of the Elbe basin. In the context of climate change, the actual evapotransipration is likely to increase in most parts of Germany, while total runoff generation may decrease in south and east regions in the scenario period 2051-2060. Water discharge in all six studied large rivers (Ems, Weser, Saale, Danube, Main and Neckar) would be 8 – 30% lower in summer and autumn compared to the reference period (1961 – 1990), and the strongest decline is expected for the Saale, Danube and Neckar. The 50-year low flow is likely to occur more frequently in western, southern and central Germany after 2061 as suggested by more than 80% of the model runs. The current low flow period (from August to September) may be extended until the late autumn at the end of this century. Higher winter flow is expected in all of these rivers, and the increase is most significant for the Ems (about 18%). No general pattern of changes in flood directions can be concluded according to the results driven by different RCMs, emission scenarios and multi-realizations. An optimal agricultural land use and management are essential for the reduction in nutrient loads and improvement of water quality. In the Weiße Elster and Unstrut sub-basins (Elbe), an increase of 10% in the winter rape area can result in 12-19% more NO3-N load in rivers. In contrast, another energy plant, maize, has a moderate effect on the water environment. Mineral fertilizers have a much stronger effect on the NO3-N load than organic fertilizers. Cover crops, which play an important role in the reduction of nitrate losses from fields, should be maintained on cropland. The uncertainty in estimating future high flows and, in particular, extreme floods remain high due to different RCM structures, emission scenarios and multi-realizations. In contrast, the projection of low flows under warmer climate conditions appears to be more pronounced and consistent. The largest source of uncertainty related to NO3-N modelling originates from the input data on the agricultural management.
N2  - Wasserressourcen werden in Quantität und Qualität von Veränderungen in der Umwelt, insbesondere von Änderungen des Klimas und der Landnutzung, in signifikantem Maße beeinflusst. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von Klimavariabilität und Klimawandel auf die Wasserressourcen und Extremereignisse wie Hoch- und Niedrigwasser in Deutschland untersucht. Die Analyse erfolgte auf der einen Seite modellgestützt, wobei die Ergebnisse aus verschiedenen regionalen Klimamodellen durch ein ökohydrologisches Modell in Änderungen in den hydrologischen Prozessen transformiert wurden, zum anderen aber auch datengestützt, z.B. durch die statistische Interpretation von beobachteten und simulierten Zeitreihen. Zusätzlich wurden die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf Umsatz von Stickstoff in der Landschaft und im Wasser untersucht, wobei dasselbe ökohydrologische Modell zum Einsatz kam. Im Rahmen des Klimawandels wird zur Mitte dieses Jahrhunderts die aktuelle Evapotranspiration in den meisten Teilen Deutschlands mit großer Wahrscheinlichkeit zunehmen. Die täglichen Abflussmengen der fünf größten Flussgebiete in Deutschland (Ems, Weser, Elbe, Obere Donau und Rhein) werden dieser Untersuchung zur Folge im Sommer und Herbst um 8%-30% geringer sein als in der Referenzperiode (1961-1990). 80% der Szenariensimulationen stimmen darin überein, dass die 50-jährigen Niedrigwasserereignisse zum Ende dieses Jahrhunderts mit großer Wahrscheinlichkeit häufiger in den westlichen, den südlichen und den zentralen Teilen Deutschlands auftreten werden. Die gegenwärtige Niedrigwasserperiode (August-September) könnte sich zudem dann bis in den späten Herbst ausweiten. Für alle Flüsse werden höhere Winterabflüsse erwartet, wobei diese Zunahme für die Ems am stärksten ausfällt (ca. 18%). Mit größerer Unsicherheit sind dagegen die Aussagen zur Entwicklung der Hochwasser behaftet. Aus den Ergebnissen, die durch unterschiedliche regionale Klimamodelle und Szenarien getrieben wurden, kann jedoch kein allgemeingültiges Muster für die Änderungen der 50-jährigen Hochwässer ausgemacht werden. Eine optimierte Landnutzung und ein optimiertes Landmanagement sind für die Reduzierung der NO3-Einträge in die Oberflächengewässer essentiell. In den Einzusgebieten der Weißen Elster und der Unstrut (Elbe) kann eine Zunahme von 10% in der Anbaufläche von Winterraps zu einer 12-19% höheren NO3 Fracht führen. Mais, eine weitere Energiepflanze, hat hingegen einen mäßigeren Effekt auf die Oberflächengewässer. Die Höhe der Gabe von mineralischen Düngern beeinflußt zudem in starkem Maße die Nitratbelastung von Flüssen. Zwischenfrüchte können den NO3-Austrag im Sommer zusätzlich erheblich verringern. Insgesamt bleibt die Unsicherheit in der Vorhersage von Spitzenabflüssen und im Besonderen von Extrem-Hochwässern als Folge unterschiedlicher regionaler Klimamodelle, Emissionsszenarien und Realisationen sehr hoch. Im Gegensatz dazu erscheinen die Projektionen zu den Niedrigwasserereignissen unter wärmeren Bedingungen sehr viel deutlicher und einheitlicher. Die größte Unsicherheit in der Modellierung von NO3 dagegen sind die Eingangsdaten z.B. für das lokale landwirtschaftliche Management.
KW  - Climate change
KW  - Land use change
KW  - Water resources
KW  - Hydrological extremes
KW  - Germany
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59748
ER  -