Artenverbreitungsmodellierung

Die Artenverbreitungsmodellierung (Species Distribution Modeling, SDM) ist ein quantitativer Ansatz, der die Beziehung zwischen beobachteten Vorkommen von Arten und Umweltbedingungen nutzt, um die geografische Verbreitung von Arten in Landschaften, Regionen oder weltweit vorherzusagen. SDMs zählen zu den am weitesten verbreiteten Werkzeugen in der Ökologie und Naturschutzbiologie. Sie liefern räumlich explizite Vorhersagen darüber, wo Umweltbedingungen für eine Art geeignet sind, selbst in Gebieten, die noch nie erfasst wurden.

SDMs setzen georeferenzierte Vorkommensdaten von Arten mit Umweltprädiktoren in Beziehung, die die ökologische Nische der Art repräsentieren. Übliche Prädiktoren sind bioklimatische Variablen aus Temperatur und Niederschlagsdaten, Geländevariablen aus digitalen Höhenmodellen, Landbedeckungsklassifikationen aus Satellitenbildern, Bodeneigenschaften sowie die Nähe zu Gewässern. Methoden, die nur Präsenzdaten nutzen, wie MaxEnt, modellieren die Umweltbedingungen an bekannten Vorkommensorten im Verhältnis zur Hintergrundumgebung. Präsenz-Absenz-Methoden wie generalisierte lineare Modelle und Random Forests nutzen sowohl Präsenz- als auch bestätigte Absenzdaten, um die Habitateignung zu modellieren. Ensemble-Modellierung kombiniert Vorhersagen mehrerer Algorithmen, um modellspezifische Unsicherheiten zu verringern und robustere Verbreitungsschätzungen zu erzeugen.

Die Verbreitungskartierung erstellt umfassende Verbreitungskarten für Arten, die bislang nur teilweise erfasst wurden, und schließt so Wissenslücken für die Naturschutzbewertung. Die Prognose der Klimawandelauswirkungen modelliert, wie sich Verbreitungsgebiete von Arten mit veränderten Temperaturen und Niederschlagsmustern verschieben, und identifiziert mögliche Rückzugsgebiete (Refugien) sowie Flächen mit künftigem Verbreitungsverlust. Die Schutzgebiets-Lückenanalyse vergleicht prognostizierte Artenverbreitungen mit bestehenden Schutzgebietsnetzwerken, um Lücken im Schutz zu identifizieren. Das Biosicherheits-Screening sagt vorher, wo invasive Arten sich etablieren könnten, wenn sie in neue Regionen eingeführt werden. Zu den zentralen Herausforderungen zählen die räumliche Verzerrung von Vorkommensdaten zugunsten gut zugänglicher und intensiv untersuchter Gebiete, die Schwierigkeit, biotische Wechselwirkungen wie Konkurrenz und Prädation zu berücksichtigen, die Annahme, dass Arten im Gleichgewicht mit den aktuellen Umweltbedingungen stehen, sowie die Übertragung von Modellen auf neuartige Umweltbedingungen, die Arten noch nicht erlebt haben.