Landoberflächenmodelle

Landoberflächenmodelle (LSM) sind numerische Modelle, die die Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre simulieren. Sie erfassen Boden, Vegetation, Schnee und Oberflächeneigenschaften und liefern Größen wie Oberflächenenergiefluss, Wasserhaushalt und Bodentemperatur. LSMs sind zentrale Bausteine vieler Erdsystem- und Wettervorhersagemodelle.

Zu den wichtigsten Prozessen gehören der Energie- und Wasserhaushalt, Verdunstung, Transpiration, Oberflächenalbedo, Bodenfeuchte und Temperaturverläufe. Parameter wie Bodenprofile, Wasserhaltevermögen und Vegetationsmerkmale werden modellseitig festgelegt. Viele LSMs nutzen mehrschichtige Bodenschemata, Schneekonzepte und, in fortgeschrittenen Varianten, Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe oder gekoppelte Vegetationsmodelle.

Struktur: LSMs arbeiten typischerweise räumlich in Gitterzellen und liefern Flüsse wie sensible Wärme (H) und Latente Wärme (LE) sowie Oberflächenzustände. Sie sind modular aufgebaut, sodass Boden-, Pflanzen- und Schnee-Module austauschbar bleiben. In regionalen Klimasimulationen lassen sich LSMs mit Atmosphären- oder Hydrologie-Modulen koppeln.

Anwendungen umfassen Wettervorhersage, Klimaprojektionen, Wasserhaushalts- und Dürreanalysen, Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Ökosystemforschung. Validierung erfolgt mit Messnetzwerken wie Flux-Tower-Daten, Bodenfeuchtebeobachtungen und Fernerkundung.

Herausforderungen umfassen Parameterunsicherheit, Skalierungsprobleme bei Subgrid-Heterogenität, unvollständige Bodendaten und Veränderungen durch Landnutzung. Zukünftige Entwicklungen zielen auf höhere Auflösung, bessere Kopplungen mit Kohlenstoffkreisläufen, Datenassimilation und Einsatz von maschinellem Lernen.