Prof. Frank-M. Chmielewski, Humboldt Universität Berlin

Phänologische Gärten
Beobachtung und Forschung gestern, heute und morgen
Frank-M. Chmielewski
Professur für Agrarklimatologie
Lebenswissenschaftliche Fakultät
Humboldt-Universität zu Berlin
www.agrar.hu-berlin.de/agrarmet
Internationale Phänologische Gärten Europas (IPG)
http://ipg.hu-berlin.de
Historische Entwicklung
12.12.1900 - 29.07.1990
Jahr
Maßnahmen
1953
Agrarmeteorologische Kommission der WMO regt die Gründung eines internationalen
phänologischen Beobachtungsprogramms an.
Ziel: Standardisierte phänologische Beobachtungen über ganz Europa, die nicht durch die
genetische Variabilität beeinflusst sind.
1953-1956 Umsetzung dieser Idee durch Fritz Schnelle (Leiter der Agrarmeteorologischen Abteilung
des DWD) und Erik Volkert (Professor für Forstwissenschaften)
- Auswahl verschiedener Baum- und Straucharten (Nadel- und Laubbäume, teilweise
verschiedener Herkunft)
- Entwurf einer Beobachteranleitung
- Gründung eines IPG Muttergartens in Großhansdorf bei Hamburg
1957
Gründung der IPG und Einrichtung die ersten Gärten an Universitäten, Botanischen Gärten,
forstwissenschaftlichen und meteorologischen Einrichtungen
- erster IPG in Offenbach (IPG 24)
1959
Erste Beobachtungergebnisse des IPG 24 von 4 Baumarten: Fichte, Pappel, Robinie, Weide
1960
Weitere Beobachtungen von 3 Gärten in Wien (IPG 49, 50, 74) und in Trier (IPG 26)
1963
Erste Beobachtungen des IPG 46 (Birmensdorf)
IPG 46 Zürich-Birmensdorf
Foto: IPG Zürich-Birmensdorf, Blick nach NW, August 1962
Foto: IPG Zürich-Birmensdorf, Blick nach SE, August 1962
IPG 46 Zürich-Birmensdorf
Foto: Blick nach NW, Dr. Surber und Dr. Nägeli, August 1962
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
1964-1977
Stetige Zunahme der Stationen und Erweiterung des Pflanzenbestandes
Jahr
Koordination der IPG
1959-1972
F. Schnelle und E. Volkert
1973-1977
Institut für Biometeorologie der Universität München (A. Baumgartner)
1978-1995
DWD (F. Schnelle und H. Lieth)
1996-
Professur für Agrarklimatologie der Humboldt-Universität zu Berlin (F.-M. Chmielewski,
S. Moryson)
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
1959-2000
Beobachtet wurde ein Standard- (26 Arten) und Erweitertes Programm (23 Arten)
2001
Hinzunahme von Hasel, sowie Forsythie und Flieder (GPM) zum IPG-Standardprogramm
Fokussierung der Vermehrung und Beobachtung auf ein Kernprogramm mit 21 Arten
MS
UL
JS
BF
FF
RF
CL
FL
- Maitrieb (BBCH 10)
- Beginn der Blatt-/Nadelentfaltung (BBCH 11)
- Johannistrieb (kein BBCH-Code)
- Beginn der Blüte (BBCH 60)
- Vollblüte (BBCH 65)
- Erste reife Früchte (BBCH 86)
- Herbstliche Blatt-/Nadelverfärbung (BBCH 94)
- Blatt-/Nadelfall (BBCH 95)
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
2010
Entwicklung einer IPG Homepage mit Schnittstelle zur IPG Datenbank
- allgemeine Informationen zum Beobachtungsnetz (Stationskarte, Stationsliste, Pflanzen,
Phasen) und zu einzelnen Stationen (Klimadaten, langjährige Beobachtungswerte)
- Definition der phänologischen Phasen (BBCH-Code)
- Visualisierung der jährlichen Beobachtungen europaweit, aktuell und rückwirkend
IPG Netz heute
Jahr
Standorte
2015
88 Stationen in 19 Ländern Europas (h=5-1700 m)
Besonderheiten wissenschaftlicher phänologischer Netze
Maßnahme
Standardisierung
Erläuterung
- genetisch identisches Pflanzenmaterial (vegetative Vermehrung)
- geschultes, oft langjähriges Personal
- einheitliche Beobachterrichtlinien
- zentrale Koordination des Stationsnetzes
Foto: Rosskastanie, 17. April 2004 bei Salzburg
Wissenschaftliche Verwertung der Beobachtungen
Anwendungen
Beispiele
Regionale Unterschiede in
der Pflanzenentwicklung
Schnelle 1977; Lauscher 1985; Schnelle 1986; Schmittnägel 1983; Sandig 1992;
Seidler 1995
Phänologische Trends
Menzel und Fabian 1999; Menzel 2000; Menzel et al. 2006
Klimawandel und Länge der
Vegetationsperiode
Chmielewski und Rötzer 2001; Chmielewski und Rötzer 2002; Atkinson 2002; Donelly
2002; Köstner et al. 2005; Rödiger 2012
Phänologische Modellierung Kramer 1996; Menzel 1997; Rötzer et al. 2004
Modellvalidierung
Chuine 2001; Caffarra und Donnelly 2011
Phänologische Karten
Rötzer und Chmielewski 2001
Datenbasis PEP725
Koch et al. 2010
Anwendungen
Aktuelle Beispiele (2014-2015)
Satellitenfernerkundung von
Pflanzenaktivität
Sophia Walther, Institut für Weltraumwissenschaften, Berlin
Kohlenstoff Speicherung in
Fichten
Cecilia Olsson, Lund University, Sweden
Emissionen flüchtiger
organischer Verbindungen
(BVOC)
Ylva Persson, Lund University, Sweden
Entwicklung von
GDD-Modellen
Ciarán Pollard, Irish Climate Analysis Research Unit (ICARUS)
...
...
Anzahl phänologischer Beobachtungen in Birmensdorf 1963-2014
Pflanze
[111] Larix decidua* (Germany)
[121] Picea abies (early)* (Germany)
[122] Picea abies (late)* (Germany)
[123] Picea abies (northern) (Norway)
[129] Picea omorika (Croatia)
[131] Pinus sylvestris* (Poland)
[132] Pinus sylvestris (E-France)
[211] Betula pubescens* (Germany)
[221] Fagus sylvatica (Hardegsen)* (Germany)
[223] Fagus sylvatica (Trippstadt) (Germany)
[224] Fagus sylvatica (Denmark)
[231] Populus canescens (Germany)
[235] Populus tremula* (Germany)
[241] Prunus avium (Bovenden)* (Germany)
[242] Prunus avium (Lutter) (Germany)
[257] Quercus robur (Barlohe) (Germany)
[261] Robinia pseudoacacia* (USA)
[271] Sorbus aucuparia* (Czech Rep.)
[281] Tilia cordata* (Germany)
[311] Ribes alpinum* (Austria)
[321] Salix aurita* (Germany)
[323] Salix acutifolia* (Germany)
[324] Salix smithiana* (Germany)
[325] Salix glauca (Greenland)
[326] Salix viminalis* (Germany)
[331] Sambucus nigra* (Germany)
Summe
Meldungen
146
45
43
42
41
36
42
156
104
113
110
138
50
223
210
40
205
214
175
173
189
165
198
155
173
218
3404
Anomalien der Jahresmitteltemperatur Zürich-Birmensdorf, 1961-2012
Anomalien der Lufttemperatur T24 Zürich-Birmensdorf 1961-2012
Blattentfaltung der Birke (Betula pubescens) in Birmensdorf
1963-2014 (n=52): 18.04., s=8.4 d
UL(1963-1988): 20.04.
UL(1989-2014): 17.04.
Blattverfärbung der Birke (Betula pubescens) in Birmensdorf
1963-2014 (n=52): 14.10., s=7.5 d
UL(1963-1988): 17.10.
UL(1989-2014): 11.10.
Blattfall der Birke (Betula pubescens) in Birmensdorf
1963-2014 (n=52): 30.10., s=7.0 d
UL(1963-1988): 02.11.
UL(1989-2014): 27.10.
Anomalien der Lufttemperatur und Blattentfaltung der Birke, 1963-2012
Abb.: Blattentfaltung der Birke (Betula pubescens) am IPG 46 und Temperaturanomalien ∆T24, 1963-2012
Phänologische Plastizität der Birke
Abb.: Mittlere Blattentfaltung der Birke (Betula pubescens) an 26 IPGs, Gesamtmittel UL=111.5 DOY (22. April)
Beginn (B) und Ende (E) der Vegetationsperiode in Europa, 1961-2000
B: 23.04. (113 DOY)
E: 28.10. (301 DOY)
ax = 0.5 d/100 km (W-E)
ay = 2.3 d/100 km (S-N)
az = 3.1 d/100 m
ax = -0.2 d/100 km (W-E)
ay = -0.1 d/100 km (N-S)
az = -1.0 d/100 m
B: Blattentfaltung, E: Blattfall von Betula pubescens, Prunus avium, Sorbus aucuparia und Ribes alpinum
Daten: IPG Stationen
Rötzer & Chmielewski 2001
Dauer der Vegetationsperiode (L) in Europa, 1961-2000
L: 188 Tage
ax = -0.7 d/100 km (W-E)
ay = -2.4 d/100 km (S-N)
az = -4.1 d/100 m
Validierung der Ergebnisse für Frankreich:
Lebourgeois et al. 2010
L(E-Frankreich): 180-190 d
L(W-, SW-Frankreich): >210 d
Rötzer & Chmielewski 2001
Jahresmitteltemperatur in Europa, 1951-2010
Anomalien (∆Ta) zur Periode 1961-1990
Abb.: Jahresmittel der Lufttemperatur 1951-2010, E-OBS Daten, 70°N - 40°N, 10°W - 25°E
BB
Lufttemperatur (T24) und Beginn (BGS) der Vegetationsperiode in Europa
1969-2010
BGS: Blattentfaltung von Betula pubescens, Prunus avium, Sorbus aucuparia und Ribes alpinum
Daten: IPG Stationen, T24: E-OBS Daten, 70°N - 40°N, 10°W - 25°E
erweitert nach Chmielewski & Rötzer 2001, Rödiger 2012
Lufttemperatur (T02-04,T09-10): Beginn und Ende der Vegetationsperiode in Europa
1969-2010
BGS: Blattentfaltung, EGS: Blattfall von Betula pubescens, Prunus avium, Sorbus aucuparia und Ribes alpinum
Daten: IPG Stationen, T02-04, T09-10: E-OBS Daten, 70°N - 40°N, 10°W - 25°E
erweitert nach Chmielewski & Rötzer 2001, Rödiger 2012
Global Phenological Monitoring Programe (GPM)
http://gpm.hu-berlin.de
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
1993
Initiative der ISB Phenology Group, 13. ISB Kongress in Alberta, Canada
1995
Treffen beim DWD in Offenbach
- Zeitplan und erste Gedanken zu einem weltweiten Beobachtungsnetz wurden entwickelt
- Beobachtungen sollten an ökonomisch relevanten Gehölzen vorgenommen werden
- Pflanzen sollten eine weite geographische Verbreitung haben
- in erster Linie sollte der Einfluss der Lufttemperatur auf die Pflanzenentwicklung
nachgewiesen werden (Bewässerung erlaubt)
- Standardprogramm (Obstgehölze), Erweitertes Programm (Blühpflanzen)
1996
Beschluss zur Einrichtung des GPM auf dem 14. ISB Kongress in Ljubljana, Slovenien
1998-1999 3 Gärten wurden in Deutschland eingerichtet (Deuselbach, Blumberg, Tharandt)
2000
Erste Beobachtungsergebnisse
2002
Erste internationale Gärten wurden eingerichtet (Peking/China, Milwauee/USA)
2004-2008 Weiter Stationen folgen in Tschechien, Estland, Slowakei, Italien und Deutschland
2014
Garten in der Türkei
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
2010-heute
Zunahme von Stationen, vor allem mit Schwerpunkt in Deutschland
Jahr
Koordination der IPG
2000-
Professur für Agrarklimatologie der Humboldt-Universität zu Berlin (F.-M. Chmielewski,
S. Moryson)
GPM Netz heute
Jahr
Standorte
2015
38 Stationen in 7 Ländern Europas, USA, Türkei
Historische Entwicklung
Programm
Beobachtungsobjekte
Standard Programm
8 Obstgehölze
Blühpflanzen Programm
8 Blühpflanzen (Programm für Schulen)
SL
UL
BB
BF
FF
EF
RF
RP
CL
FL
- Austrieb der Blattknospen
- Beginn der Blattentfaltung
- Aufbrechen der Blütenknospen
- Beginn der Blüte
- Vollblüte
- Ende der Blüte
- Erste reife Früchte
- Pflückreife
- Herbstliche Blattverfärbung
- Blattfall
SL
UL
BB
BF
FF
EF
- Austrieb der Blattknospen
- Beginn der Blattentfaltung
- Aufbrechen der Blütenknospen
- Beginn der Blüte
- Vollblüte
- Ende der Blüte
GPM Blühphasen Programm
Zaubernuss
Falscher Jasmin
Schneeglöckchen
Forsythie
Besenheide
Flieder
Zaubernuss
Historische Entwicklung
Jahr
Maßnahmen
2010
Entwicklung einer GPM Homepage mit Schnittstelle zur GPM Datenbank
- allgemeine Informationen zum Beobachtungsnetz (Stationskarte, Stationsliste, Pflanzen,
Phasen) und zu einzelnen Stationen (Klimadaten, langjährige Beobachtungswerte)
- Definition der phänologischen Phasen (BBCH-code)
- Visualisierung der jährlichen Beobachtungen aktuell und rückwirkend
Anwendungen
Mittlere regionale Unterschiede in der Kirschblüte
Region
Italien / Bologna
Jahresmitteltemperatur
Blühbeginn der
Sauerkirsche
(Vladimirskaja)
12.9 °C
12. April
Deutschland
9.2 °C
24. April
USA / Milwaukee
7.8 °C
10. Mai
Estland / Jõgeva
5.1 °C
23. Mai
Differenz: 41 d
Anwendungen
Anwendungen
Beispiele
Modellvalidierung
Matzneller et al. (2014)
Phänologische Gärten
Vorteile:
Standardisierte Beobachtungen in wissenschaftlichen phänologischen Netzen erlauben:
•
•
•
•
vergleichende Untersuchungen zur Pflanzenentwicklung unter verschiedenen klimatischen Bedingungen
anschauliche Darstellung der phänologischen Plastizität
Untersuchungen entlang von Höhen- und Klimagradienten
die Entwicklung und exakte Validierung phänologischer Modelle
Sie können nicht durch "Cross-National Datasets" ersetzt werden!
Einschränkungen:
•
•
•
•
•
•
zu wenige Stationen in den warmen Regionen Europas (Modellierung)
teilweise größere Lücken in den Datenreihen
einige Stationen nur mit wenigen Beobachtungsjahren
meteorologische Beobachtungen nur für wenige Stationen verfügbar
Versand von Pflanzen in Länder außerhalb der EU (GPM)
keine finanzielle Unterstützung der Beobachtungsnetze (Vermehrung, Pflanzenversand, Personal)
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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