Forschung

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Aktuell

Seit Januar 2000 bin ich als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Geoinformtik, Hydrologie und Modellierung an der Friedrich-Schiller-Universität Jena angestellt. Im Rahmen dieser Anstellung bin ich in zahlreiche Aktivitäten im Bereich Forschung und Lehre am Lehrstuhl eingebunden.

Mein Hauptaufgabenbereich liegt in der Einwerbung, dem Management und der Durchführung von Forschungsprojekten sowie der Ausbildung von Studenten verschiedener Curricula. In diesem Zusammenhang zeichne mich ich verantwortlich für die:

Jörg at work.

• Analyse multisensoraler Fernerkundungsdaten unter Verwendung verschiedener Methoden und Techniken,
• physikalisch-basierte, distributive Modellierung hydrologischer Prozesse einschliesslich der Zeitreihenprozessierung und statistischen Analyse
• Prozessierung, Verwaltung, Analyse, Interpretation und Visualisierung von Geo-Daten mittels DBMS und GIS für hydrologische Anwendungen,
• Veröffentlichung von Projektergebnissen und Wissenstransfer,
• Mitwirkung in der Lehre und Betreuung von Studenten (Promotions-, Diplom-, Bachelor, Master- und Projektarbeiten etc.),
• Einbindung in die Drittmitteleinwerbung (u.a. DFG, BMBF, EU, VW-Stiftung).

Während der vergangenen 7 Jahre arbeitete ich vorrangig mit verschiedenen Fernerkundungsdaten und -methoden zur Ableitung von Oberflächenparametern (wie z.B. Landnutzung, LAI, Biomasse, Höheninformation etc.)und deren Anwendung in physikalisch-basierten, hydrologischen Modellen. Durch die Mitarbeit in verschiedenen Projekten sammelte ich Erfahrung in den Bereichen Datenbank Management Systeme (DBMS), Geographische Informationssysteme (GIS), Forsthydrologie, Pflanzenphysiologie, Landschaftsökologie, Bewässerungslandwirtschaft, Bodenversalzung und Feuchtgebietshydrologie.

Im Rahmen meiner Anstellung war ich zu Forschungsaufenthalten in Südafrika, Swaziland, den USA, Kanada, Australien, Großbritannien, Sri Lanka, Polen, Frankreich, den Niederlanden, Östereich, der Türkei und Deutschland tätig. Im Rahmen dieser Forschungsreisen war es mir möglich zahlreiche nationale und internationale Kontakte zu Wissenschaftlern unterschiedlichster Wissenschaftsdisziplinen zu knüpfen.

Neben meinen Verantwortlichkeiten im Bereich Forschung und Lehre nehme ich als Mittelbauvertreter im Institutsrat sowie in den Prüfungsausschüssen Diplom, Lehramt und Bachelor Aufgaben im administrativen Bereich wahr.

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Projekte

"Climate Change, Water and Productivity in the Mediterranean: Capacity Building for Geospatial Modelling"

Koordinator: Prof. Dr. Suha Berberoglu (Cukurova Universität, Adana, Türkei)
Projektförderer: EU (FP7-PEOPLE-IRSES-2008)
Mitarbeiter: Dr. Jörg Helmschrot (FSU Jena), Res.-Ass. Cenk Donmez (Cukurova Universität, Adana, Türkei)Dr. Peter Krause (FSU Jena), Dr. Greg Husak (UCSB, USA), Ass.Prof. Sorin Popescu (A&M Texas, USA)

Summary: The semi-arid Eastern Mediterranean in the forthcoming decades is likely to be particularly vulnerable in respect to climate change. The Eastern Mediterranean coast of Turkey was selected for this study is representative for this situation as it has a very high local environmental quality and sensitivity in respect to water resources. The basin has a typical semi-arid Mediterranean climate, and is characterised partly by severe land degradation due to soil erosion and salinity. At present the area is undergoing a rapid development with consequent impacts including erosion, seepage of waste water and irrigation return flow, land reclamation, degradation and loss of forest by accelerated erosion and fire, salinization of freshwater resources and soil, pesticides, and related industrial activities, exploitation for tourism and recreation. As a result of these impacts the water quality of the rivers are receding, but has not yet reached a level at which mitigating actions would be ineffective. The proposed exchange programme can be considered as a chance of connecting the hydrology and the remote sensing communities from Europe and US to develop tools for understanding of climate change consequences using geospatial technologies. The project contributes substantially to strengthen the research capacity and extends its established contacts into the Mediterranean area. The requested EU exchange project pursues a clear application and enables to transfer expertise from science into practice and on the other hand the mutual exchange of experiences and knowledge between researches groups from Turkey, Germany and US.

"Integrated system analysis to understand the implications of the Asian Mosoon system on the Tibetan hydrology with focus on the Nam Co basin"

Koordinatoren: Prof. W.-A. Flügel, J. Helmschrot, P. Krause, V. Hochschild
Projektförderer: DFG im Schwerpunktprogramm SPP 1372: TiP
Mitarbeiter: Christin Michel

Summary: The Tibetan Plateau has an outstanding relevance for the global climate dynamics through its impact on the Asian monsoon system, which in turn causes feedbacks to the vulnerable Tibetan ecosystem. Considering global climate change, little knowledge is given on the impact of the monsoon dynamics on the eco-hydrological system, but evidence of melting glaciers and permafrost as well as increasing evapotranspiration rates indicate significant system changes regarding water availability. The main objective of this research study is the development of an integrated system analysis approach in order to understand the hydrological implications of the Asian monsoon system on the Nam Co Basin, linking lake level fluctuations with water balance modelling of its tributaries. Integrated field studies, geostatistics, remote sensing and GIS techniques will provide the spatiotemporal data, parameter and information required for distributed, process-oriented hydrological modelling, utilizing the J2000 model. This will result in a prognostic assessment of the impact of climate change affected monsoon dynamics on the water balance of Tibetan basins. The received information and model results will be incorporated into ITIS, the Integrated Tibet Information System, which will be developed and implemented as the central Priority Programme data facility.

2006-2009

"GIS supported Integrated Water Resources Management System (IWRMS) for the Eastern Mediterranean: A regional clean water action plan for the Seyhan River (GIRMASEM)"

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, Institut für Geographie, FSU Jena
Projektförderer: TÜBÍTAK (Türkei)und Internationales Büro, FZ Jülich
Mitarbeiter: Dr. P. Krause (FSU Jena), Dr. S. Kralisch (FSU Jena), Dr. Berberoglu (Cukurova Universität), Prof. M. Cetin (Cukurova Universität), Prof. Gültekin (Cukurova Universität)

Kurzfassung: Das Ziel von GIRMASEM besteht in der Entwicklung und Implementierung von Modellwerkzeugen, die von beiden Projektpartnern entwickelt werden und einen innovativen Beitrag für ein Integriertes Wasserresourcen Management (IWRM) darstellen, welches auf die in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie Anforderungen an Wasserqualitäten berücksichtigt. Somit addressiert das Projekt Forshcungsbedarf im Bereich IWRM der von den beteiligten Projektpartnern identifiziert wurde. DIE IWRM Werkzeugpalette wird das web-basierte Adaptive Integrated Data Information System (AIDIS) mit eingebundenen GIS und statistischen Analysefunktionen sowie eine Adaption des in Jena entwickelten hydrologischen Modells JAMS/J2000 umfassen. AIDIS wird Entscheidungsträger hinsichtlich der Bewertung und Implementierung adaptiver IWRM Strategien zur Verbesserung der Wasserqualität im östlichen Mittelmeeraum der Türkei sowie der Anrainersstaaten unterstützen. Hierzu liefert das Projekt Informationen zum gegenwärtigen Status der natürlichen und sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen im Seyhan-Einzugsgebiet und wird auf der Grundlage von 'what if' Szenarien umwelt- und sozio-ökonomisch relevante Auswirkungen auf die aktuellen Wasserresourcen bewerten.

Weitere Details finden Sie unter der Projekt-Homepage.

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"Integrierte Untersuchung eines Feuchtgebiets im "Wipfragrund", Thüringer Wald

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, Institut für Geographie, FSU Jena
Projektförderer: Haushalt Geoinformatik, Stadt Ilmenau
Mitarbeiter: cand.geogr. Hannes Müller Schmied; Manfred Vogt

Kurzfassung: Feuchtgebieten wird aufgrund ihrer öko-hydrologischen Funktionen eine integrale Rolle in der Landschaft beigemessen. In den nördlichen Ausläufern des Thüringer Waldes sind typische kaskadierende Teichsysteme zu finden, die im Mittelalter zur Fischzucht angelegt wurden. Als Folge der unterschiedlichen Bewirtschaftung dieser Teiche haben sich komplexe Feuchtgebietssysteme entwickelt, die durch verschiedene Suksessionsstadien gekennzeichnet sind. Während ökologische Studien der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG) aus den 90er Jahren die Existenz gefährdeter Pflanzen und Tierarten in diesen Gebieten belegen, ist über die Funktion, die hydrologische Dynamik, Vegetations- und Bodenverteilung jedoch nur geringe Kenntnis vorhanden. Vor diesem Hintergrund wurde eine integrierte Studie initiiert, deren Ziel es ist, die Feuchtgebietsdynamik mit Hilfe eines öko-hydrologischem Monitoring kombiniert mit Boden- und Vegetationsbeschreibungen am Beispiel des Testgebiets "Paulinzella" im Einzugsgebiet des "Wipfragrund" zu untersuchen. Darüber hinaus werden detaillierte Studien der Pflanzen- und Tierwelt durchgeführt, die einer Validierung der vorhandenen Artenerfassung von 1995 dient und saisonale Artenaufkommen beschreibt.

Weitere Details finden Sie unter http://www.geoinf.uni-jena.de/wipfragrund.

Schematisierte Darstellung eines kaskadierenden Feuchtgebietskomplexes im nördlichen Thüringer Wald (Müller Schmied 2006)

2005-2009

"DRYSAL" - Multi-scale analyses of dryland salinity impacts and adaptive Integrated Water Resources Management (IWRM) strategies for salinity mitigation in the Berg River basin, Western Cape Province, South Africa

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, Institut für Geographie, FSU Jena
Projektförderer: BMBF, Forschungszentrum Jülich
Mitarbeiter: Prof. Dr. M. Fey (Stellenbosch, Südafrika), Prof. Dr. C. Schmullius (FSU Jena), Dr. P. Krause (FSU Jena), Dr. S. Kralisch (FSU Jena), W. DeClercq (Stellenbosch, Südafrika)

Kurzfassung: Die übergeordnete Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung eines Modells, welches die regionale Dynamik der ‚Dryland salinity', der Versalzungsursachen und der Salzspeicherung sowie die korrespondierende Dynamik der Grundwasserversalzung in der Westkap-Provinz Südafrikas. Die Arbeiten konzentrieren sich weitgehend auf das repräsentative Einzugsgebiet des Berg-River und beinhalten auch ökonomische sowie IWRM-bezogene Aspekte. Durch die Entwicklung und Auswertung alternativer Landnutzungsszenarien werden Empfehlungen zum Schutz der Land- und Wasserressourcen vor fortschreitender Degradierung erarbeitet, die den ansässigen Bauern sowie den lokalen Behörden zur Verfügung gestellt werden.

Weitere Details finden Sie unter Dryland salinity.
Lage des Untersuchungsgebiets (links) und Blick auf das Goedertrou-Testeinzugsgebiet (rechts).

"Integriertes Landschaftsmodell für Feuchtgebiete und deren Bedeutung für den Wasserhaushalt semi-arider Einzugsgebiete am Beispiel des Umzimvubu in der Ost-Kap Provinz Südafrikas"

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, Institut für Geographie, FSU Jena
Projektförderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kurzfassung: Das interdisziplinäre Projekt adressiert Forschungsbedarf zur landschaftsbezogenen Dynamik von Feuchtgebieten in Zusammenhang mit großflächigen Aufforstungen im semi-ariden Einzugsgebiet des Umzimvubu Flusses (ca. 20.000 km²) in der Ost-Kap Provinz Südafrikas. übergeordnete Zielsetzung ist die Entwicklung eines integrierten Landschaftsmodells für die Entstehung, Ausprägung und Entwicklung von Feuchtgebieten in der Region vor der "Großen Randstufe" an der Grenze zu Lesotho. In weiteren Untersuchungen wird das entwickelte Landschaftsmodell zur Abschätzung der hydrologischen und ökologischen Auswirkungen der Aufforstungen auf verschiedenen Skalen und deren Einfluss auf die regionale Wasserbilanz Verwendung finden.

Weitere Details finden Sie unter www.geogr.uni-jena.de/wetlands.
Die Bilder zeigen die LAI Verteilung für Forstplantagen für die Jahre 1995 und 1999 (links) und ein konzeptionelles Modell zur Beschreibung der hydrologischen Prozessdynamik eines Talfeuchtgebietes während des Sommers (rechts).

Jan 2003 - Aug 2003

"Ableitung der Landnutzung für das Ruhuna-Einzugsgebiet, Sri Lanka unter Verwendung eines segment-basierten Klassifikationsansatzes."

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, IWMI Sri Lanka
Projektförderer: International Water Management Institute, Sri Lanka

Kurzfassung: Schwerpunkt dieses zwischen dem IWMI, Sri Lanka und der Lehrstuhl für Geoinformatik, FSU Jena bestand in der Entwicklung einer methodischen Prozessierungskette zur Klassifikation der Landnutzung unter Verwendung des in der Ecognition-Software umgesetzten, objekt-orientierten Ansatzes und deren Anwendung und Validierung im Ruhuna Einzugsgebiet, Sri Lanka. Als Datengrundlage wurden Landsat TM Daten verwendet. Weiterhin wurde eine angepasste, mehrstufige Klassifikationshierarchie entwickelt. Als Ergebnis wurde ein umfangreicher Projektbericht einschliesslich einer detailierten Beschreibung der entwickelten Methoden und der Landnutzungsklassifikation bereitgestellt.

Die Bilder zeigen eine typische, das Ruhuna-Einzugsgebiet charakterisierende Landschaftsequenz (links) und das Klassifikationsergebnis (rechts).

Jan 2002 - Dec 2002

"Multitemporale Landnutzungklassifikation für das Saale-Einzugsgebiet mittels Landsat TM/ETM-Daten."

Projektleiter: Prof. W.-A. Flügel, Dr. P. Krause
Projektförderer: Umweltforschungszentrum

Kurzfassung: Ziel dieses Projekts war die Erfassung von Landnutzungsänderungen im Saale-Einzugsgebiet (20.000 km²) durch die Auswertung multitemporaler Landsat TM/ETM Daten aus den Jahren 1989 und 1999. Zunächst wurde auf der Grundlage umfangreicher Kartierarbeiten, die im Juni 2002 durchgeführt wurden, ein 2-stufiges Klassifikationsschema entwickelt. Im folgenden wurden die FE-Daten im Anschluss an eine umfangreiche Vorverarbeitung (Atmosphärenkorrektur, Georeferenzierung) mittels des Maximum-Likelihodd-Verfahrens für jedes Jahr klassifiziert. Die Klassifikationsergebnisse konnten durch verschiedene Nachbearbeitungsverfahren hinsichtlich ihrer Qualität verbessert werden. Als Ergebnis liegen Landnutzungsinformationen mit unterschiedlicher Klassenauflösung für die Jahre 1989 und 1999 vor. Die Untersuchungsergebnisse finden weitere Verwendung innerhalb des Verbundprojektes "Integriertes Flusseinzugsmanagement am Beispiel der Saale".

Das Bild zeigt eine Landnutzungssequenz im Bereich der Elbe mit einer teilweisen überlagerung des ETM-Ausgangsdatensatzes (4,5,3).

Mai 2003 - Juni 2003

"Fernerkundungsbasierte Ableitung von Vegetations- und Bodenparametern, Weimar, Germany"

Projektleitung: Dr. R. Bischoff
finanziert durch: Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, Jena

Kurzfassung: Aus optischen Satellitendaten (Landsat TM, IRS) wurden Vegetations- und Bodenparameter abgeleitet, die genutzt wurden, um Information über die Bodenverteilung, den Bodenzustand und dessen Potential für landwirtschaftliche Nutzung zu generieren. Als Untersuchungsgebiet wurde ein kleines Testgebiet im Süden der Stadt Weimar, Thüringen ausgewählt. Im Rahmen des Projektes wurden Landsatdaten von 5 verschiedenen Aufnahmezeiten georeferenziert und atmosphärisch korrigiert. Anschließend wurde eine umfangreiche Spektralanalyse zur Ableitung einer Vielzahl bodenphysikalischer und Vegetationsparameter und Indices (NDVI, SAVI, Soil-Water-Content-Index, Clay-Mineral-Index, Soil-Brightness-Index, Mineral-Composition-Index, etc.) durchgeführt, die mit Geländedaten und Laboranalysen verglichen und validiert wurden. Verschiedene Modelle wurden entwickelt, um entsprechende parameter operationell abzuleiten. Als Ergebnis wurden verifizierte Datenlayer vorgelegt, die die räumliche und zeitliche Verteilung der verschiedenen Parameter charakterisieren und die für weitere Untersuchungen zum Ertragspotential der verbreiteten Böden eingesetzt wurden.

Map of NDVI, SWCI and CMI for the study area, Weimar, Germany.

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Promotion

Von 2003 bis 2006 arbeitete ich an meinem Promotionsvorhaben, dass sich inhaltlich mit der Modellierung von Feuchtgebieten im semi-ariden Südafrika beschäftigte.
Das Promotionsvorhaben war sehr eng mit meinen Tätigkeiten im Rahmen des DFG-Projektes "Landschaftsmodell Feuchtgebiete" (s.o.) gebunden.

Jörg schreibt eine Dissertation.

Hauptschwerpunkte meiner Dissertation waren:

• die Analyse dominanter, die Feuchtgebietshydrologie beinflussender Prozesse auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen,
• die Modellierung der hydrologischen Feuchtgebietsdynamik unter Berücksichtigung des Einzugsgebietes mit J2K oder PRMS oder beiden,
• die Entwicklung einer verbesserten Feuchtgebietsroutine und deren Anbindung and das Verwendung findende hydrologische Modell.

For every complex problem there is a solution that is concise, clear, simple, and wrong. (H. L. Mencken)

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