ATP - Automatisierte intra-annuelle Jahrringanalyse für Dendroökologische Forschung

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Backofen; Professor Dr. Heinrich Spiecker
• Fachliche Zuordnung: Forstwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269191667

Jahrringe archivieren datierbare Unweltinformationen über die Wachstumsbedingungen der Bäume zum Zeitpunkt ihrer Bildung. Die Dendrochronologie baut auf dem Prinzip des Cross-Datings auf, d.h. auf der Identifikation und Synchronisierung zeitspezifischer Muster zwischen mehreren Jahrringsequenzen. Zusammen mit den Ergebnissen der statistischen Analyse von Jahrringdaten liefert die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Umweltfaktoren und dem Baumwachstum die Grundlage für die Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen. Damit tragen jahrringbasierte Untersuchungen u.a. zur Klimarekonstruktion, zur archäologischen Forschung sowie zur Aufklärung vielfältiger ökologischer Forschungsfragestellungen bei.In diesem interdisziplinären Forschungsvorhaben zielen wir darauf ab, Methoden der Mustererkennung für die Analyse intra-annueller Jahrringdichteprofile für dendrochronologische und -ökologische Forschungsfragestellungen verfügbar zu machen und anzuwenden. In dem Vorhaben wird die Expertise der Dendroökologischen Arbeitsgruppe (Prof. Spiecker et al.) im Bereich der jahrringbasierten Umweltforschung mit dem Expertenwissen der Bioinformatikgruppe (Prof. Backofen et al.) im Bereich der Entwicklung von Alignment- und Clustermethoden für Anwendungen in der Bioinformatik zielgerichtet miteinander verknüpft. Unsere Forschungsaktivitäten sind darauf ausgerichtet verbesserte Methoden zu entwickeln um (1) die Umweltsignale bei der Aggregation intra-annueller Dichteprofile zu verstärken, (2) für intra-annuelle Jahrringpositionen hochaufgelöste zeitliche Annotationen zu generieren, und (3) auf dieser Grundlage intra-annuelle Jahrringsequenzen zu datieren und Chronologien aufzubauen.Zu diesem Zweck wollen wir den von uns bereits entwickelten MICA-Ansatz (Multiple Interval-based Curve Alignment), der aufbauend auf etablierten Sequenzalignment-Techniken signalverstärkte Konsensusprofile erzeugt, erweitern und verbessern. Die Anwendung auf die vorhandenen umfangreichen Daten zu intra-annuellen Jahrringdichteprofilen zielt darauf ab, räumliche Konsensusprofil-Chronologien für verschiedene Baumarten zu entwickeln. Darüberhinaus sollen die vorhandenen Punktdendrometerdaten unter Anwendung des MICA-Ansatzes zur Erzeugung zeitlich annotierter Konsensusprofil-Chronologien verwendet werden. Beide Typen von Chronologien werden für die Entwicklung neuer Datierungstechniken verwendet. Auf diese Weise wird eine höhere Informationsdichte für die Datierung nutzbar gemacht, als bei der ausschließlichen Verwendung der Jahrringbreite. Deshalb wird es mit diesen neuen Methoden möglich sein, kürzere Sequenzen zu datieren und eine höhere Datierungsgenauigkeit zu erreichen als bei den konventionellen Methoden. Schließlich wollen wir testen, ob Holzproben deren Herkunft nicht bekannt ist über diese Verfahren einem bestimmten Standort oder Standorttyp zugeordnet werden können. Alle entwickelten Methoden werden ausführlich dokumentiert und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen