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/ .
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/
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)
ECEO entwickelt 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 und 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
WildAI
Wir untersuchen das Verhalten alpiner Wildtiere im Schweizer Nationalpark mittels Kamerafallen, die bei Bewegung vorbeilaufender Tiere automatisch Videos aufzeichnen.
Kartierung und Monitoring von Korallenriffen im Roten Meer
Wir entwickeln KI-Methoden zur Kartierung und zum Monitoring von Korallenriffen im Roten Meer. Dabei unterstützen wir lokale Überwachungsprogramme und bauen mit dedizierten Workshops Kapazitäten in Anrainerländern auf.
Transnationales Zentrum Rotes Meer (EPFL)
Universität von Dschibuti Universität Rotes Meer
DVPS
Mit einem internationalen Konsortium erforschen wir neue Wege zur Entwicklung von "foundation models", d.h. genereller KI-Modelle, die Probleme verschiedenster Natur auf einmal lösen können.
Wettbewerb für KI-gestützte Korallenkartierung mittels standardisiertem Datensatz in Makassar, Indonesien (2025). Veröffentlichung einer landesweiten Karte der oberen Baumgrenze
2
D. Tuia, hoch zitierter Clarivate-Forscher 2025
3
DVPS, Horizont Europa
Team & talents
Grösse des Laborteams
17 Personen
Fähigkeiten und Know-How des Forschungsteams
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 Drohnen (WildDrone-Projekt in Kenia und Namibia)
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Wir liefern reproduzierbare Algorithmen und wissenschaftliche Resultate in grossem Massstab über den Status und die Entwicklung diverser kritischer Ökosysteme der Erde
2
Wir arbeiten mit verschiedenen Dienststellen des Kantons (Geoinformation, Wald und Landwirtschaft) zusammen im Rahmen der Entwicklung zukunftsweisender Technologien zur automatischen Kartierung räumlicher Phänomene.
3
Zusammen mit operationellen (Swisstopo) und/oder industriellen (AXA) Partnern entwickeln wir neue Methoden zur effizienteren und umfänglicheren Auswertung von Geodaten.
4
Wir bilden die nächste Generation von Umweltingenieuren mit Data Science-Fachwissen aus und bereiten sie auf zukünftige Forschungs- und Datenanalyseprojekte vor, insbesondere mit Schwerpunkt auf den Umgang mit Big Data und multimodaler Daten.
Perspektiven und Herausforderungen
Zukunftsweisende Entwicklungen
Die Demokratisierung von KI ist eine grosse Chance, unsere Forschungsprojekte umfänglicher auszubauen
Das grosse Interesse an der KI-Technologie im Wallis hilft uns, mit verschiedenen regionalen Schlüsselakteuren in Kontakt zu treten
Zukünftige Partnerschaften
Ausweitung unserer Korallentechnologie auf andere Riffe der Welt im Hinblick auf ein ziviles Überwachungssystem
Weiterentwicklung unserer Methode zur Kartierung von blauem Eis für weitere relevante Phänomene in der Polarregion
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 nützlich sein.
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
Im Rahmen 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 so die Ziele für erneuerbare Energien in den Jahren 2035 und 2050 zu erreichen.
Im Projekt UrbanTwin, einer gemeinsamen Initiative des ETH-Bereichs, untersuchen wir das städtische Mikroklima und seine Auswirkungen auf die Produktion erneuerbarer Energie. Es werden die Eigenschaften der städtischen Wärmeinsel und mögliche Maßnahmen zur Eindämmung modelliert und Szenarien für die Zukunft entwickelt
Mehrere Gruppen an der EPFL und der ETHZ über Schulen und Disziplinen hinweg
In dem vom SNF geförderten Projekt "SmallScaleSnow@Large" untersuchen wir den Austausch zwischen Schnee und Atmosphäre in extremen Umgebungen, insbesondere die grossräumigen Auswirkungen von Schneedrift und Transport durch Wind. Erste Ergebnisse zeigen nicht nur den Einfluss auf die lokale Massenbilanz, sondern auch auf Wolkenbildung und Niederschlag.
Swiss Polar Institute
WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
International Polar Foundation (IPF)
Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO)
Abschluss einer vollständigen Bewertung der Schneeverteilung und des Stromertrags für eine geplante Photovoltaik-Anlage auf Prafleuri zusammen mit dem Spin-Off-Unternehmen SUNWELL
2
Herausragende mündliche Präsentation von Dr. Hendrik Huwald, 30. Internationales Symposium für Polarwissenschaften (ISPS) – verliehen vom Minister für Ozean und Fischerei, Republik Korea
3
Aktuelle und künftige Verschiebungen von Schneeregimen in extremen Umgebungen (SNOWSHIFTS) 2026-2032, finanziert vom Europäischen Forschungsrat (ERC)
Dynamische Veränderungen in den Wechselwirkungen zwischen Luft, Schnee, Eis und Ozean im Zuge der globalen Erwärmung: Ein Beobachtungsprogramm in der Antarktis und im Südlichen Ozean, unterstützt durch Multiskalenmodellierung (DOMINO) 2026-2030, finanziert durch das Swiss Polar Institute (SPI)
4
Der „Antarctic Wind Atlas“ ist ein hochauflösender Datensatz, der die Windverhältnisse in der Antarktis kartiert und mit einer Kombination aus atmosphärischen Modellen, Beobachtungen und maschinellem Lernen entwickelt wurde. Er liefert detaillierte Informationen über die Windgeschwindigkeit und das Energiepotenzial, selbst in abgelegenen und bisher nicht gemessenen Regionen. Dieses Produkt hilft Wissenschaftlern und Interessengruppen, das antarktische Klima besser zu verstehen und unterstützt die Planung nachhaltiger Energie- und Forschungsinfrastrukturen.
Team & talents
Größe des Laborteams
Derzeitiges Team: 16 (1 Professor, 7 leitende Wissenschaftler (Post-Doc und wissenschaftliche Mitarbeiter), 7 Doktoranden, 1 Verwaltungsmitarbeiter)
Bestimmtes Teammitglied
Rainette Engbers ist eine Doktorandin im ersten Jahr. Ihre Arbeit fügt sich gut in die Kryosphärenforschung der Gruppe ein, die Schneeverwehung durch Modellierung und Datenanalyse untersucht. In diesem Rahmen hat sie während ihrer Feldexpedition in die Antarktis Sensoren aufgestellt. Kurz nach ihrer Rückkehr aus der Antarktis hatte sie eine sehr gute Kandidaturprüfung.
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 und maschinelles Lernen sowie Wissenschaftskommunikation und Öffentlichkeitsarbeit.
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 Photovoltaik- und Windressourcen.
4
Besseres Stadtklima in Sitten.
Perspektiven und Herausforderungen
Wichtigste Prioritäten
Erfolgreicher und koordinierter Start der Projekte SnowShifts und DOMINO
Entwicklung eines neuen Forschungsantrags zum Thema Schnee (SNF)
Wichtigste Herausforderungen
Fortsetzung der Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien nach Abschluss des EDGE-Projekts
Zukünftige Partnerschaften
CESBIO Toulouse
GFZ Potsdam
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