Meteorologische Einflüsse auf Pollenemission -& ausbreitung

Emission und Ausbreitung von Pollen heimischer Baumarten sind bedeutende Prozesse, denn einerseits gehören Baumpollen zu den wichtigsten im Frühjahr aktiven Allergenen des Menschen, und andererseits ist die Pollenausbreitung ein entscheidender Prozess im Lebenszyklus der vorwiegend windbestäubten Bäume gemäßigter Breiten. So ist die Pollenausbreitung unverzichtbar für Bestäubung, Reproduktion und natürliche Regeneration und darüber hinaus für den Genfluss und die genetische Vielfalt innerhalb und zwischen Waldbaumpopulationen. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Analyse derjenigen meteorologischen Faktoren, welche die lokale Freisetzung und Ausbreitung von Baumpollen in einem typischen mitteleuropäischen Mischwald beeinflussen und die Entwicklung eines funktionellen Modells zur Pollenemission. Hierzu werden Messungen der Pollenkonzentration und meteorologischer Faktoren in einer hohen zeitlichen Auflösung auf drei Höhenstufen eines 30 m hohen Messturmes im "Lehrforst Rosalia" in Ostösterreich durchgeführt. Der Pollenkollektor besteht aus drei speziell für diese Fragestellung entwickelten aktiven Probenahmeeinheiten, die eine gleichmäßige Pollensammlung aus allen Richtungen und eine hohe zeitliche Auflösung ermöglichen. Die meteorologische Ausstattung besteht aus drei Ultraschall Anemometern und konventionellen Temperatur-, Strahlungs-, und Feuchtesensoren, welche die meteorologischen Daten in denselben Höhen aufnehmen wie die Pollenkonzentrationen (über dem Kronendach, im Kronenbereich und am Waldboden). Zusätzlich zur Messkampagne soll der Pollentransport mit einem Lagrange- Partikel Modell simuliert werden. Die dafür erforderlichen Trajektoren werden mit einem diagnostischen Windfeldmodell auf Grundlage umliegenden synoptischer Messstationen erzeugt. Die zu erwartenden umfangreichen Daten werden signifikant beitragen: a) zu einem besseren Verständnis der Pollenemission verschiedener mitteleuropäischer Baumarten, b) zu einem funktionellen Verständnis der tageszeitlichen Variation der Pollenfreisetzung in Abhängigkeit von den meteorologischen Parametern, c) zu unserem Wissen über den horizontalen und vertikalen Pollentransports innerhalb und über der Bestandesschicht, und d) zur Möglichkeit Pollenkonzentrationen mit einem Lagrange-Partikel Modell zu simulieren. Die Ergebnisse des Projekts sind die Grundlage für eine neue Generation von Modellen zur Simulation der Pollenausbreitung. Derartige Modelle sind wichtige Werkzeuge für forstwissenschaftliche Fragestellungen und im Landschaftsmanagement, zur Vorhersage und zum Monitoring von allergieauslösenden Pollen und für Risikoanalysen zum Einsatz genetisch modifizierter Bäume.

Die Freisetzung und Verbreitung von Pollen windbestäubter Waldbäume ist ein wichtiger Prozess in vielerlei Hinsicht: einerseits gehören im Frühjahr blühende Bäume zu den wichtigsten Auslösern von Pollenallergien, andererseits ist Pollenausbreitung eine bedeutsame Phase im Lebenszyklus der Bäume, den nur eine erfolgreiche Pollenausbreitung sichert Reproduktion, Fruktifikation und eine natürliche Regeneration von Wäldern. Das vorliegende Projekt hatte das Ziel, die meteorologischen Bedingungen der Pollenausschüttung und -ausbreitung besser zu charakterisieren und ein funktionelles Modell der Pollenausschüttung zu entwickeln. Die wichtigsten Ergebnisse in Kürze: Für die Analyse von Pollenkonzentration in hoher zeitlicher Auflösung und unter turbulenten Bedingungen wie sie innerhalb von Waldbeständen häufig auftreten, wurde ein neuer, aktiver Pollensammler entwickelt und im Projekt erstmalig getestet. Der PMO Pollenmonitor erlaubt eine effizientere Pollensammlung unter turbulenten Bedingungen als herkömmliche Pollenkollektoren. Die zeitliche Auflösung des Sammlers kann bis auf wenigen Minuten hinunter skaliert werden. Für die Baumarten Traubeneiche, Fichte und Weißkiefer wurden die meteorologischen Bedingungen während der Pollenfreisetzung an 15, 10, und 21 Tagen des Blühzeitraumes 2009 untersucht. Als wichtigster Parameter erwies sich die Standardabweichung der vertikalen Windgeschwindigkeit - ein Maß für den vertikalen Austausch. Alle drei Baumarten zeigten positive Korrelationen mit diesem Parameter. Daneben waren das Wasserdampfsättingungs- defizit und die relative Luftfeuchte wichtige Parameter für die Freisetzung von Pollen. Im Vergleich verschiedener Tage des gesamten Blühzeitraumes und der verschiedenen Baumarten zeigte sich allerdings, dass die Bedeutung einzelner Faktoren stark schwankt und deshalb keine allgemeine Funktion der Pollenemission in Abhängigkeit der meteorologischen Größen erstellt werden kann. Die zeitlich hochauflösenden Messungen der Pollenkonzentration ermöglichten die Analyse von episodischen Ereignissen von Buchenpollenanflug in das Untersuchungsgebiet durch die Berechnung von Rückwärtstrajektoren. Die Ergebnisse zeigen, dass Pollenfernverbreitung signifikant zu den gemessenen Pollenkonzentrationen beitragen. Zur Abschätzung des lokalen Pollentransports in der Region um das Untersuchungsgebiet wurde das Lagrange Partikel Ausbreitungsmodell LASAT verwendet. Die zur Modellierung verwendeten Emissionen wurden aus den gemessenen Pollenkonzentrationen mit dem "inversen Dispersions Verfahren" berechnet. Über die bereits weiterentwickelten Modelle hinaus, werden die Ergebnisse des Projekts für die Entwicklung von verbesserten Modellen zur Pollenemission und -ausbreitung eingesetzt werden. Der neue PMO Pollenmonitor ist ein wichtiges aerobiologisches Werkzeug, welches nicht nur in der Allergiemonitoring einen Einsatz finden wird, sondern sich im Besonderen auch für Analysen und Monitoring von genetisch modifizierten Pflanzen eignen kann, für die genauere Messgeräte dringend benötigt werden.