Bei CHANGE versuchen wir, das derzeitige Verständnis und die Vorhersagefähigkeiten von Landoberflächenprozessen in natürlichen und bewirtschafteten Ökosystemen zu verbessern. Unser oberstes Ziel ist die Festlegung von Anpassungsstrategien, um die Boden- und Wasserressourcen angesichts der zunehmenden anthropogenen und klimatischen Belastungen zukunftssicher zu machen.
Forschungsthemen
1
Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffdynamik in Einzugsgebieten. Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen Boden-Pflanzen-Dynamik, Klimaschwankungen und Bodenerosion in natürlichen und bewirtschafteten Ökosystemen, wobei die Anwendungen von der Forstwirtschaft über die Landwirtschaft bis zum Klima reichen.
2
Ökohydrologie von Agrarökosystemen. Wir nutzen und entwickeln mathematische Rahmenwerke, um die miteinander verknüpften Herausforderungen der Ernährungssicherheit, der Anpassung an den Klimawandel und seiner Abschwächung sowie der ökologischen Nachhaltigkeit in Agrarökosystemen anzugehen.
3
Landschaftsentwicklung und Bodenerosion. Wir möchten verstehen, wie sich Landschaften durch verschiedene Erosions- und Ablagerungsprozesse entwickeln und wie sich diese letztlich auf die Vegetation und die Bodenkarbondynamik auswirken (und von diesen beeinflusst werden).
Unsere Schlüsselprojekte
SOCscape
Wir kombinieren neu konzipierte Überwachungskampagnen in alpinen Einzugsgebieten mit hochmodernen detaillierten numerischen Modellen, um die Dynamik der Umverteilung, der Flüsse und der Vorräte von Bodenkohlenstoff in topografisch komplexen Landschaften zu bewerten. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/assessing-soil-carbon-dynamics-in-landscapes-of-complex-topography-socscape/ .
'ETH Zürich, WSL, UNIL
SMART-AGRI
Durch den Einsatz detaillierter numerischer Modelle der Boden-Pflanzen-Dynamik quantifizieren wir die Vorteile verschiedener klimafreundlicher landwirtschaftlicher Praktiken und ermitteln die Kombinationen von Praktiken, die gleichzeitig die Pflanzenproduktion, den Klimaschutz und die Erhaltung der Umweltressourcen in verschiedenen Böden und Ökoregionen optimieren. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/global-quantification-of-the-benefits-of-climate-smart-agriculture-under-future-climates-smart-agri/
Imperial College London, Universität von Zypern
Kohlenstoffabbau bei der Wiederherstellung von Feuchtgebieten
Wir entwickeln einen prozessbasierten Rahmen, der hydrologische und vegetationsbedingte Faktoren mit der Mikromorphologie von Feuchtgebieten verknüpft, um ihre Rolle im Netto-Kohlenstoffaustausch des Ökosystems zu bewerten und so ein Instrument zur Quantifizierung der Kohlenstoffflüsse in Feuchtgebieten bereitzustellen. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/carbon-removal-in-wetland-restoration/
Ernährungssicherheit, Anpassung an den Klimawandel und dessen Abschwächung, nachhaltige Nutzung von Boden- und Wasserressourcen
2
Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf alpine Ökosysteme. Anpassung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsmethoden an den Klimawandel.
3
Unterstützung bei der Entwicklung von Entscheidungshilfesystemen, Information über MRV-Protokolle, Analyse von Managementszenarien
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Verstehen, wie die Bewirtschaftung von Ökosystemen klimatische Veränderungen beeinflusst und von ihnen beeinflusst wird
Priorität 2
Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Instrumenten zur quantitativen Bewertung der Reaktionen von Ökosystemen auf klimatische und anthropogene Einflüsse
Komplexe Ökosysteme
Ökosysteme sind hochkomplexe Systeme, die durch komplexe Wechselwirkungen zwischen zahlreichen biotischen und abiotischen Prozessen gekennzeichnet sind
Ausgleich von Schlüsselvariablen
Hohe räumliche und zeitliche Variabilität vieler Schlüsselgrößen – Notwendigkeit, bei der Ausarbeitung optimaler Bewirtschaftungsstrategien mehrere gesellschaftliche Bedürfnisse miteinander in Einklang zu bringen
Environmental Computational Science and Earth Observation Laboratory (ECEO)
Prof. Devis Tuia
Environmental Computational Science and Earth Observation (ECEO)
Bei ECEO entwickeln wir Technologien zur Überwachung der Erde mit digitalen Daten. Wir nutzen Daten aus verschiedenen Quellen (vom Smartphone bis zum Satelliten) und entwickeln Algorithmen, die eine raum-zeitliche Überwachung unserer sich verändernden Erde ermöglichen. Wir untersuchen Landprozesse, Unterwasser-Ökosysteme und die Dynamik von Ökosystemen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Tierschutz und Waldüberwachung.
Forschungsthemen
1
Entwicklung von KI-Algorithmen, um digitale Daten über die Erde sinnvoll zu nutzen
2
Überwachung gefährdeter Ökosysteme wie Korallenriffe oder tropische Wälder
3
Kartierung der Verteilung von Arten (Tiere und Pflanzen) und ihrer räumlichen und zeitlichen Ausbreitung, insbesondere unter dem Einfluss des Klimawandels
Unsere Schlüsselprojekte
DeepSDM
In Zusammenarbeit mit der ETH, dem MILa und dem MIT (u.a.) entwickeln wir eine KI-Technologie zur räumlichen und zeitlichen Kartierung der Verbreitung von (gefährdeten) Arten
ETH MIT MILA Ohio State University
Überwachung von Korallenriffen im Roten Meer
Wir entwickeln Technologien für maschinelles Lernen, um Korallenriffe mit Hilfe von Naherkundung zu kartieren, unterstützen lokale Überwachungsprogramme und bauen mit speziellen Workshops Kapazitäten in den Ländern des Roten Meeres auf
Transnationales Zentrum Rotes Meer (EPFL) Universität von Dschibuti Universität Rotes Meer
Überwachung der Baumgrenze
Überwachung der alpinen Wälder in der Schweiz mit Luftaufnahmen aus 80 Jahren. Wir entwickeln KI-Tools, um die Ausdehnung der Obergrenze der Schweizer Wälder zu kartieren und zu überwachen und Veränderungen der Walddynamik aufgrund des Klimawandels zu untersuchen
IDIAP Institut Swisstopo UNIL /Jardin des Plantes
Highlights
1
Durchführung einer Korallenüberwachungsmission in Dschibuti (2023) und Erirea (2024), einschließlich Schulungsworkshops für einheimische Wissenschaftler. Veröffentlichung unserer globalen Karte der Antarktis für blaues Eis
2
D. Tuia, Ernennung zum IEEE Fellow
3
European Space Agency, Toward a Foundation Model for Multi-Sensor Earth Observation Data with Language Semantics, Open Space Innovation Program Marie Curie European Doctoral Network WildDrone
Team & talents
Größe des Laborteams
18 Personen
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Algorithmen des maschinellen Lernens zum Verständnis von Umweltprozessen Kostengünstige Überwachungssysteme auf der Grundlage von Kamerafallen (Mammalps-Projekt mit dem Schweizerischen Nationalpark), GoPro-Kameras (Überwachung von Korallenriffen) und Starrflügler-Drohnen (WildDrone-Projekt, das 2025 in Kenia und Namibia getestet wird)
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Wir liefern reproduzierbare Algorithmen und wissenschaftliche Beweise in großem Maßstab für die Entwicklung mehrerer kritischer Ökosysteme der Erde
2
Wir arbeiten mit verschiedenen Dienststellen des Kantons (Géoinformation, Forêts, Landwirtschaft) zusammen, um sie bei ihren Überwachungsmaßnahmen zu unterstützen, insbesondere um sie zu erweitern und zu automatisieren
3
Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie (Swisstopo, AXA) entwickeln wir Technologien, die entscheidend sind, um ihre Datenanalyse-Routinen effizienter und genauer zu machen
4
Wir bilden die nächste Generation von Umweltingenieuren in Datenkompetenz aus und bereiten sie auf die zukünftigen Herausforderungen der Prozessüberwachung vor, die stark von Big-Data-Problemen und komplexen, multimodalen Stereotypen geprägt sind
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
Die Demokratisierung der KI ist eine grosse Chance, unsere Technologie weiter zu verbreiten Das grosse Interesse im Wallis an der KI-Technologie hilft uns, mit verschiedenen regionalen Schlüsselakteuren in Kontakt zu treten
Zukünftige Partnerschaften
Ausweitung unserer Korallentechnologie auf andere Riffe der Welt im Hinblick auf ein von den Bürgern betriebenes Überwachungssystem Ausweitung unserer Technologie zur Kartierung des blauen Eises auf andere Probleme im Zusammenhang mit der polaren Dynamik
CRYOS erforscht die Prozesse, die den Schnee und die Atmosphäre in Berg- und Polarregionen formen, und ihre Rolle in einem sich verändernden Klima. CRYOS arbeitet auch am Risikomanagement und an der Optimierung der Erzeugung erneuerbarer Energien in alpinem Gelände, basierend auf seinem Fachwissen über Wind-, Wasser- und Strahlungsprozesse.
Forschungsthemen
1
Wir untersuchen die Prozesse an der Schnittstelle von Schnee und Eis mit der Atmosphäre, um die Energie- und Massenbilanz zu verstehen und zu quantifizieren, die sich in einem sich erwärmenden Klima verändern. Die Ergebnisse werden bei der Vorhersage und Anpassung an den Klimawandel in den Bereichen Naturgefahren, alpiner Tourismus, Landwirtschaft und erneuerbare Energieerzeugung helfen.
2
Das Labor untersucht das Potenzial von Wind- und Solarressourcen für die Erzeugung erneuerbarer Energie in Bergregionen, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung liegt, d. h. auf dem besseren Ausgleich zwischen Sommer- und Winterproduktion und der Steigerung der Energieproduktion im Winter, um das saisonale Produktionsdefizit zu verringern.
3
CRYOS entwickelt und verwendet physikalisch basierte numerische Modelle für Schnee, Permafrost und die untere Atmosphäre, die in der theoretischen und angewandten Forschung eingesetzt werden. Solche Modelle ermöglichen Vorhersagen und die Simulation von Szenarien für Ereignisse und mögliche Veränderungen in alpinen und polaren Regionen.
Unsere Schlüsselprojekte
SWEET EDGE
Als Teil des Programms "SWiss Energy research for the Energy Transition" will EDGE wissenschaftliche Erkenntnisse liefern, um den Ausbau dezentraler erneuerbarer Energien in der Schweiz zu beschleunigen und die Ziele für erneuerbare Energien in den Jahren 2035 und 2050 zu erreichen.
Bundesamt für Energie (BFE) - Universitäten Genf, Bern, ETH Zürich, HSLU Luzern, ZHAW (Projektleitung)
MatterHEX
Eine Zusammenarbeit zwischen der Schweiz, Deutschland und den USA mit experimenteller Feldarbeit in Zermatt, Wallis. Das Projekt untersuchte die komplexen Prozesse der Strömung und Wolkenbildung um das Matterhorn und integrierte die Erkenntnisse in numerische Modelle, um die alpinen Wettervorhersagen weiter zu verbessern.
Gemeinde Zermatt, Air Zermatt, Universität Mainz (DE), Universität von Utah, Salt Lake City (US)
Schnee in der Antarktis
CRYOS misst und modelliert die Energie- und Massenbilanz der Oberfläche des ostantarktischen Eisschildes (Station Princess Elisabeth) und im Hochgebirge. Im Jahr 2024 wurden die Anlagen durch ein Wind-Lidar und eine Reihe von Anemometern ergänzt. Die Studie führte zur Entwicklung eines antarktischen Windatlasses.
SNF (CH); Internationale Polarstiftung (BE); Alfred-Wegener-Institut (DE)
Highlights
1
Es wird aufgezeigt, wie viel Stromimport vermieden und wie viel zusätzliche Einnahmen erzielt werden können, wenn die Wasserkraftressourcen in einem künftigen, stärker auf erneuerbare Energien ausgerichteten Energiemix optimal genutzt werden.
2
ERC-Synergy-Förderung SnowShifts zum künftigen Schneeklima
3
Projekte der gemeinsamen Initiative UrbanTwin & Speed2Zero
4
Sunwell Spin-Off
Team & talents
Größe des Laborteams
Derzeitiges Team: 16 (1 Professor, 7 leitende Wissenschaftler (Post-Doc und wissenschaftliche Mitarbeiter), 7 Doktoranden, 1 Verwaltungsmitarbeiter)
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Yael Frischholz ist Doktorand im letzten Jahr seiner Promotion. Seine Forschung schlägt eine perfekte Brücke zwischen den Kryosphärenwissenschaften und der Optimierung der erneuerbaren Energieerzeugung im Labor. Yael’s innovative Ansätze, technische und numerische Weiterentwicklungen verbessern die Sonneneinstrahlungskarten für alpines Gelände und tragen zum Ziel der langfristigen Schweizer Energiewende bei.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Die CRYOS-Mitglieder arbeiten unter gezielter wissenschaftlicher Anleitung sehr selbstständig. Sie entwickeln Fachwissen in den Bereichen Umweltwissenschaft und -technik, Feldarbeit und Instrumenteneinsatz, numerische Modellierung einschließlich Machine Learning Wissenschaftskommunikation und Öffentlichkeitsarbeit.
Andere
Marie-Curie-Preisträger Brandon van Schaik: Verbesserte Bewertung der Windenergie in der Schweiz und der Antarktis
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Fakten und Informationen über die lokalen Folgen des Klimawandels. Vorschläge zur Abschwächung der Folgen des Klimawandels und Lösungen für eine bessere Anpassung an diese Folgen.
2
Beitrag zum Management der lokalen Wasserressourcen und Naturgefahren. Bewertung und Potenzial von erneuerbaren Energiequellen in alpinen Regionen.
3
Daten und Szenariosimulationen für Skigebiete und Bergtourismus im Allgemeinen. Wissen, Daten und Simulationen für den Wasserkraftsektor. Unterstützung bei der Entwicklung von hochalpinen PV- und Windressourcen.
4
Besseres Stadtklima in Sitten.
Perspektiven und Herausforderungen
Wichtigste Prioritäten
Lösung der dringenden Probleme der Energiewende in der Schweiz und Erleichterung des Beitrags der Berggebiete
Verbesserung der Schnee- und Niederschlagsschätzungen in extremen Umgebungen und Vorhersage nichtlinearer Veränderungen des Schneeklimas
Beitrag zum Management von Naturgefahren im Kanton Wallis, z.B. bei Regen-Schnee-Ereignissen.
Wichtigste Herausforderungen
Die meisten Lehrveranstaltungen finden auf dem Campus der EPFL in Lausanne statt, was für die Studierenden, die Lehrbeauftragten und die Dozierenden schwierig ist. Projektbasierter Unterricht und Blockkurse könnten in Sitten angeboten werden. Die kurzfristige Unterbringung von Studierenden und Lehrkräften könnte eine Teillösung sein.
Zukünftige Partnerschaften
Kanton VS, Ville de Sion und lokale Unternehmen für Diplomarbeiten oder Forschungsarbeiten.
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