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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 16 Elektrotechnik / Informatik  → Umweltsystemtechnik  → Dissertationen 

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2010010831622

Titel: A Modeling Analysis of Changing Global Land Use as affected by Changing Demands for Wood Products
Autor(en): Gupta, Shalini
Schlagworte (SWD): LandnutzungForstwirtschaftHolz
Klassifikation (DDC): 004 - Informatik (Data processing Computer science)500 - Naturwissenschaften (Natural sciences and mathematics)550 - Geowissenschaften (Earth sciences)
Erscheinungsdatum: 8-Jan-2010
Zusammenfassung: The 21st century has brought new challenges for forest management at a time when globalization in world trade is increasing and global climate change is becoming increasingly apparent. In addition to various goods and services like food, feed, timber or biofuels being provided to humans, forest ecosystems are a large store of terrestrial carbon and account for a major part of the carbon exchange between the atmosphere and the land surface. Depending on the stage of the ecosystems and/or management regimes, forests can be either sinks, or sources of carbon. At the global scale, rapid economic development and a growing world population have raised much concern over the use of natural resources, especially forest resources. The challenging question is how can the global demands for forest commodities be satisfied in an increasingly globalised economy, and where could they potentially be produced? For this purpose, wood demand estimates need to be integrated in a framework, which is able to adequately handle the competition for land between major land-use options such as residential land or agricultural land. This thesis is organised in accordance with the requirements to integrate the simulation of forest changes based on wood extraction in an existing framework for global land-use modelling called LandSHIFT. Accordingly, the following neuralgic points for research have been identified: (1) a review of existing global-scale economic forest sector models (2) simulation of global wood production under selected scenarios (3) simulation of global vegetation carbon yields and (4) the implementation of a land-use allocation procedure to simulate the impact of wood extraction on forest land-cover. Modelling the spatial dynamics of forests on the global scale requires two important inputs: (1) simulated long-term wood demand data to determine future roundwood harvests in each country and (2) the changes in the spatial distribution of woody biomass stocks to determine how much of the resource is available to satisfy the simulated wood demands. First, three global timber market models are reviewed and compared in order to select a suitable economic model to generate wood demand scenario data for the forest sector in LandSHIFT. The comparison indicates that the ‘Global Forest Products Model’ (GFPM) is most suitable for obtaining projections on future roundwood harvests for further study with the LandSHIFT forest sector. Accordingly, the GFPM is adapted and applied to simulate wood demands for the global forestry sector conditional on selected scenarios from the Millennium Ecosystem Assessment and the Global Environmental Outlook until 2050. Secondly, the Lund-Potsdam-Jena (LPJ) dynamic global vegetation model is utilized to simulate the change in potential vegetation carbon stocks for the forested locations in LandSHIFT. The LPJ data is used in collaboration with spatially explicit forest inventory data on aboveground biomass to allocate the demands for raw forest products and identify locations of deforestation. Using the previous results as an input, a methodology to simulate the spatial dynamics of forests based on wood extraction is developed within the LandSHIFT framework. The land-use allocation procedure specified in the module translates the country level demands for forest products into woody biomass requirements for forest areas, and allocates these on a five arc minute grid. In a first version, the model assumes only actual conditions through the entire study period and does not explicitly address forest age structure. Although the module is in a very preliminary stage of development, it already captures the effects of important drivers of land-use change like cropland and urban expansion. As a first plausibility test, the module performance is tested under three forest management scenarios. The module succeeds in responding to changing inputs in an expected and consistent manner. The entire methodology is applied in an exemplary scenario analysis for India. A couple of future research priorities need to be addressed, particularly the incorporation of plantation establishments; issue of age structure dynamics; as well as the implementation of a new technology change factor in the GFPM which can allow the specification of substituting raw wood products (especially fuelwood) by other non-wood products.Das 21ste Jahrhundert ist geprägt durch eine zunehmende Globalisierung des Welthandels und durch die immer deutlicher werdenden Auswirkungen des Klimawandels. Daraus ergeben sich auch für das Forstmanagement neue Herausforderungen. Zusätzlich zu ihrer Funktion in der Bereitstellung von Nahrung, Futter, Biobrennstoffen usw. hat das Ökosystem Wald eine zentrale Bedeutung als Kohlenstoffspeicher und für den Austausch von Kohlendioxid zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. In Abhängigkeit vom Zustand des Ökosystems und seines Managements können Wälder sowohl Kohlenstoffquellen als auch -senken darstellen. Die rasante weltweite ökonomische Entwicklung sowie der dramatische Anstieg der Weltbevölkerung geben zunehmend Anlass zur Besorgnis um die nachhaltige Nutzung von natürlichen Ressourcen im Allgemeinen und der Ressource Wald/Holz im Besonderen. Eine große Herausforderung ist dabei die Frage wie der steigende Bedarf der globalen Weltwirtschaft an Forstprodukten befriedigt werden kann und wo diese Produktion stattfinden wird. Zu diesem Zweck müssen Annahmen über die künftige Holznachfrage im Wettbewerbskontext zu anderen Landnutzungen wie etwa Landwirtschaft und Urbanisierung gesehen werden. Die Struktur dieser Arbeit orientiert sich an der Aufgabenstellung, die Simulation der Veränderung von Waldflächen durch Holzentnahme in ein bestehendes Framework zur Modellierung globaler Landnutzung (LandSHIFT) zu integrieren. Die Arbeit umfasst vier Forschungsschwerpunkte: (1) Eine Literaturanalyse über existierende globale ökonomische Forstmodelle, (2) Simulation der globalen Holzproduktion für ausgewählte Szenarien, (3) Simulation des globalen „Kohlenstoffertrags“ von Wäldern, (4) Die Implementierung eines Algorithmus zur Simulation des Einflusses der Holznutzung auf die räumliche Verteilung der Waldbedeckung. Die Modellierung der räumlichen Dynamik der Waldfläche im globalen Maßstab erfordert zwei wichtige Komponenten: 1. Simulation von Langzeitdaten über die Holznachfrage, um auf Staatenebene Vorhersagen über den zukünftigen Holzbedarf und Holzernte machen zu können, 2. Angaben über Veränderungen der räumlichen Verteilung von Holzbiomasse, um zu bestimmen wie viel von dieser Ressource an welchem Ort zur Deckung des simulierten Bedarfs zur Verfügung steht. Zunächst erfolgte die Auswahl eines geeigneten Models zur Erzeugung von Daten über den zukünftigen Holzbedarf in LandSHIFT. Hierzu wurden drei ökonomische Modelle die globale Holzmärkte abbilden miteinander verglichen. Auf Basis dieser Analyse wurde das ‘Global Forest Products Model’ (GFPM) zur Berechnung von Projektionen des zukünftigen Holzbedarfs für den Forstsektor in LandSHIFT ausgewählt. Entsprechend wurde GFPM adaptiert und angewendet, um den globalen Holzbedarf für ausgewählte Szenarien aus dem „Millennium Ecosystem Assessment“ und dem „Global Enviromental Outlook 4“ bis 2050 zu simulieren. Zweitens wurde das globale dynamische Vegetationsmodell LPJ (Lund-Potsdam-Jena Modell) dazu genutzt, um Veränderungen im Kohlenstoffvorrat von Wäldern in LandSHIFT abzubilden. Die LPJ Simulationsergebnisse wurden zusammen mit regionalisierten Waldinventurdaten zur oberirdischen Biomasse kombiniert, um den forstliche Produktion räumlich zuzuordnen und von Entwaldung betroffene Gebiete zu lokalisieren. Weiterhin wurde eine Methode zur Simulation der räumlichen Dynamik der Forstnutzung innerhalb von LandSHIFT entwickelt, welche die oben genannten Informationen als Eingabegrößen nutzt. Der neu entwickelte Allokationsalgorithmus des Forstmoduls übersetzt zunächst den Bedarf nach Forstprodukten auf Länderebene in die benötigte Menge an Holzbiomasse und berechnet dann auf Ebene von Rasterzellen (Auflösung 5 Bogenminuten) die Holzentnahme für verschiedne Managementoptionen. Die aktuelle Implementierung betrachtet dabei weder die Alterstruktur von Wäldern noch mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf das Waldwachstum. Obwohl sich das Modell in einem noch frühen Entwicklungsstadium befindet, erfasst es bereits wichtige Wechselwirkungen zwischen der Forstnutzung und anderen Landnutzungsaktivitäten wie etwa Landwirtschaft und Siedlungsentwicklung. In einem ersten Test wurde die Funktionsweise des neuen Moduls für drei Arten des Forstmanagements getestet. Das Modul lieferte in diesen Tests plausible auf konsistente Ergebnisse. Die neu entwickelte Methode wurde dann exemplarisch für eine Szenarienanalyse für Indien angewendet. Abschließend identifiziert die Arbeit eine Reihe zukünftiger Forschungsfragen zu dem bearbeiteten Themenkomplex. Diese umfassen (1) die Berücksichtigung von Plantagenwirtschaft, (2) die Modellierung der Alterstruktur gemanagter Wälder sowie (3) die Einbeziehung der Entwicklung neuer Technologien und der damit verbundenen Substitution von des Rohstoffs Holz (insbesondere Feuerholz) durch andere Nicht-Holz Produkte.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2010010831622
Sammlung(en):Dissertationen
Dissertationen (aus den beteiligten Instituten)

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