Forschung: Modellierung und Simulation

UBC - Lehrstuhl für Umweltbiologie und Chemodynamik

ESA - Lehr- und Forschungsgebiet Ökosystemanalyse

 

Modellierung und Simulation spielen eine wichtige Rolle im Bemühen struktureller und funktioneller Erforschung ökologischer Systeme. In der Umweltrisikoanalyse werden bei Expositions- und Effektabschätzung sowie der Risikocharakterisierung verschiedene Arten von Modellen eingesetzt. Die Integration empirischer Beobachtungen und theoretischer Modelle ermöglicht die Entwicklung und Testung multifaktorieller Hypothesen zu den Auswirkungen von Störungen. Theoriebasierte Simulationsmodelle erlauben die Abbildung und Vorhersage konzentrationsabhängiger Effekte und deren Ausmaß auf Populations- und Ökosystemebene (prospektive Modellierung). Individuenbasierte Modelle simulieren Lebensläufe von Einzelorganismen und ermöglichen die Extrapolation von Effekten auf Populationen aus konzentrationsabhängigen Lebensdaten. Auf Ökosystemebene werden Populationen oder Gemeinschaften als Kompartimente behandelt und deren Wechselwirkungen im Zusammenspiel mit variablen Umweltbedingungen quantifiziert. Statistische Modellierungsansätze entwickeln Modellstrukturen auf induktivem Weg. Sie nutzen Beobachtungsdaten um auf kausale Verknüpfungen und allgemeingültige Natur der Prozesse im untersuchten System zu schließen (retrospektive Modellierung). In diesem Ansatz ist vor allem der Induktionsschluss als statistisches Gesetz wichtig. Zur Analyse räumlicher und zeitlicher Dynamiken werden neben mathematischen Methoden auch Ansätze aus Mustererkennung (pattern recognition) und künstlicher Intelligenz eingesetzt. Die Interpretation von Ökosystemen als nicht-lineare Netzwerke interagierender Komponenten erlaubt die Modellierung emergenter Effekte in Bezug auf das Selbstorganisationspotential der Systeme.

 

Arbeitsgruppenleitung

 

Themen

Mechanistische Simulation

Statistische Modellierung

  • Bestimmung von Indikatororganismen für definierte Standortbedingungen (Bioindikatorentwicklung)
  • Gradientenanalyse zur Determination zönosestrukturierender Faktoren (Retrospektive Analyse)
  • Visualisierung der Reaktion von Lebensgemeinschaften unter Stress (Effektanalyse)
  • Entwicklung von Klassifikationssystemen für natürliche Systeme (Classifier Design)
  • Aufdeckung versteckter und indirekter Effekte von Xenobiotika auf Lebensgemeinschaften) (Dominanzeffekte)
  • Analyse der Sukzession gestörter und renaturierter Systeme (Biodiversitätsdynamik)
  • Statistische Analyse zur Überprüfung von a priori Modellen in der mechanistisch/deduktiven Modellierung (Confirmatory Analysis)
  • Explorative Analyse zur Aufdeckung multivariater Korrelationensmuster (Hypothesengenerierung)
  • Stochastische Simulationen und Szenarionanalysen zur Vorhersage der Reaktion von Lebensgemeinschaften als komplexe dynamische Systeme (Prospektive Modellierung)

 

Projekte

COMBITOX - Umweltrisiken von PSM zwischen Prognose und Realität: Wie belastbar sind Ergebnisse der ökotoxikologischen Risikobewertung zum einzelnen Mittel vor dem Hintergrund der üblichen Anwendungspraxis (Tankmischungen, Spritzserien)?
  2015 - 2018
   
MetalFish: Untersuchungen zum Einfluss von Silber auf die Entwicklung und die Genexpression von Zebrafischembryonen 
  seit 2015
   
Statistische Auswertungstools und Modellierung (Teilprojekt im Verbundvorhaben EDAPHOBASE)
  2013 - 2017
   
MICROTOX: Transformation, Bioakkumulation und Toxizität organischer Mikroschadstoffe im Reservoir des Drei-Schluchten-Staudamms 
  2010 - 2014
   
Integrative Metaanalyse zur Kausalität beobachteter Effekte aus spezifischer Toxizität und molekularen Wirkungsmechanismen sedimentgebundener Umweltschadstoffe
   
   
Entwicklung eines Toxikokinetik-Modells von Pflanzenschutzmitteln zur Vorhersage von Expositions-Konzentrationen im Bienenstock (UBC)
  2012 - 2015
   
Exzellenzcluster TMFB – Ökotoxikologische Untersuchung von Biokraftstoffen als Grundlage für rechnergestützte modellbasierte Vorhersagen ökotoxikologischer Potenz
  2012 - 2017
   
Quantifizierung der Selbst-Organisationsfähigkeit von Buchenwäldern: Indikatoren für ein nachhaltiges Management
  seit 2012
   
Water balance of beech forests under different management conditions. Balancing ecosystem functions and services
  seit 2012
   
Entwicklung eines TK/TD Wachstumsmodells von Myriophyllum spicatum
  2011-2014
   
Entwicklung eines Algorithmus zur Datenintegration und statistischen Kausalmodellierung von Genexpressionsdaten und ökotoxikologischen Effekten in Danio rerio in Abhängigkeit sedimenttypischer Belastungsszenarien
  2011-2012
   
Simulating toxicokinetics of plant protection products within a bee hive to predict exposure concentration of bees – a feasibility study
  2011-2012
   
Non-linear dynamics in age class structured populations of Daphnia magna exposed to different stressors
  2010-2011
   
JARA-HPC: Parallelization of the GraS-Model for Detailed Spatial Prediction of Grassland Succession
  2009-2010
   
Cream: Mechanistic Effect Models for Ecological Risk Assessment of Chemicals
  2009-2013
   
Litter dwelling beetle diversity as indicator for habitat quality and development of an integrative data analysis concept for classification and ecological pattern recognition in secondary forests in the Mata Atlântica (Paraná, Brazil)
  2006 - 2010
   
Modellierung der Räuber-Beute-Beziehung Notonecta vs. Daphnia
  2007 - 2009
   
PEvEP: Prediction of effects from variable exposure scenarios to plankton communities
  2004 - 2008
   
Computergestütztes Steuerungskonzept zur Optimierung des Verbundsystems
Bioteiche - Boisdorfer See
  2005 - 2007
   
Modellierung von Landschaftsentwicklungsszenarien für die Managementzone im Nationalpark Eifel
  2004 - 2006
   
Individuenbasierte Modellierung aquatischer Dipteren (Chaoborus crystallinus) zur ökotoxikologischen Bewertung des Recovery-Potenzials in Mesokosmen
  seit 2002
   
Mathematische Simulationsmodelle für Weiher und Flachseen
  seit 1997