{"id":15554,"date":"2026-05-21T16:39:14","date_gmt":"2026-05-21T14:39:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/?p=15554"},"modified":"2026-05-21T16:39:49","modified_gmt":"2026-05-21T14:39:49","slug":"digitaler-zwilling-wald-baumstress-foresttwin","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/digitaler-zwilling-wald-baumstress-foresttwin\/","title":{"rendered":"Digitaler Zwilling gegen Baumstress: Wie ForestTwin X W\u00e4lder und St\u00e4dte resilient macht"},"content":{"rendered":"

Hitze und ausbleibender Niederschlag setzen W\u00e4lder und st\u00e4dtische Gr\u00fcnfl\u00e4chen zunehmend unter Stress. In Forst\u00f6kosystemen f\u00fchren sie zu Trockenheit, Strukturzerfall und mikrobieller Inaktivit\u00e4t \u2013 langfristig leiden das Wachstum und die Vitalit\u00e4t der B\u00e4ume. Stadtb\u00e4ume sind zus\u00e4tzlich durch versiegelte Fl\u00e4chen, h\u00f6here Temperaturen und eingeschr\u00e4nkte Wasserverf\u00fcgbarkeit belastet, ein Effekt, der als Urban-Heat-Island bekannt ist. Auf solche Effekte kann ein Digitaler Zwilling Wald nicht nur fr\u00fchzeitig hinweisen, sondern auch gezielte L\u00f6sungswege aufzeigen.<\/p>\n

Wie ein solches digitales Abbild der Natur in der Praxis funktioniert, welche massiven Auswirkungen der Klimawandel auf unsere \u00d6kosysteme hat und wie unser Prototyp ForestTwin X<\/i> datenbasierte Entscheidungen f\u00fcr resilientere W\u00e4lder und lebenswertere St\u00e4dte erm\u00f6glicht, erfahren Sie im folgenden Artikel.<\/p>\n

Ein digitaler Zwilling<\/a> des Waldes ist ein digitales Abbild realer B\u00e4ume, B\u00f6den und Umweltbedingungen, das kontinuierlich mit Mess- und Umweltdaten gespeist wird. Er macht sichtbar, wie sich Standortbedingungen, Wetter und Klima auf Wasserhaushalt, Baumstress und Wachstum auswirken \u2013 nicht nur r\u00fcckblickend, sondern auch vorausschauend. Methoden des Machine-Learning erm\u00f6glichen hier kurzfristige, zuverl\u00e4ssige Prognosen. Der gro\u00dfe Mehrwert liegt darin, Zusammenh\u00e4nge verst\u00e4ndlich zu machen und Szenarien durchzuspielen: Welche Auswirkungen hat eine l\u00e4ngere Trockenperiode? Wie reagieren unterschiedliche Baumarten? Und welche Ma\u00dfnahmen wirken tats\u00e4chlich? So k\u00f6nnen Entscheidungen zur Baumartenwahl, Aufforstung, Bew\u00e4sserung, Entsiegelung oder Biodiversit\u00e4tsf\u00f6rderung nicht nur intuitiv, sondern datenbasiert und fr\u00fchzeitig getroffen werden \u2013 f\u00fcr resilientere W\u00e4lder, ges\u00fcndere Umwelt und lebenswertere St\u00e4dte.<\/p>\n

Use Case: Digitaler Zwilling zur Simulation von Baumstress<\/h2>\n

In unserem Ansatz haben wir einen ersten Prototypen eines digitalen Zwillings entwickelt, den ForestTwin X<\/strong>. Unser Wald-Zwilling nutzt tagesaktuelle Standort-, Boden- und meteorologische Daten und simuliert Baumstress. Im Projekt haben wir gemeinsam mit der FAWF Trippstadt<\/a> gearbeitet und ihre inhaltliche Expertise sowie Daten von einer Dauerbeobachtungsfl\u00e4che in Rheinland-Pfalz genutzt. So konnten wir ein besonders realit\u00e4tsnahes Abbild von Baum- und Bodenzust\u00e4nden entwickeln, in Abh\u00e4ngigkeit vom aktuellen Klima.<\/p>\n

Auswirkungen auf das \u00d6kosystem Wald<\/h3>\n

In unseren W\u00e4ldern sp\u00fcren wir die Folgen des Klimawandels schon heute: Hitze, lange Trockenperioden und extreme Wetterereignisse setzen B\u00e4umen und B\u00f6den stark zu. Wie genau sich das \u00e4u\u00dfert, ist oft komplex \u2013 von vertrocknenden B\u00f6den bis zu gestressten oder abgestorbenen B\u00e4umen.<\/p>\n

Die folgende Tabelle gibt einen klaren \u00dcberblick \u00fcber typische Auswirkungen<\/strong> und zeigt, welche Herausforderungen W\u00e4lder und st\u00e4dtische Gr\u00fcnfl\u00e4chen aktuell und in Zukunft erwarten.<\/p>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t
Kategorie<\/th>Unterkategorie<\/th>Auswirkungen \/ Beschreibung<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Boden<\/td>Verringerte Bodenfeuchte und Wasserspeicherf\u00e4higkeit<\/td>Hohe Temperaturen erh\u00f6hen die Evaporation. Fehlender Niederschlag trocknet oberste Bodenschichten aus, bei l\u00e4ngerer D\u00fcrre auch tiefere Horizonte. Tonreiche B\u00f6den schrumpfen, Sandb\u00f6den verlieren schnell Restfeuchte. Versiegelte Fl\u00e4chen in St\u00e4dten verst\u00e4rken die Austrocknung.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>Beeintr\u00e4chtigung der Bodenbiologie<\/td>Mikroorganismen und Bodenfauna (z.\u202fB. Regenw\u00fcrmer) reagieren empfindlich auf Wasser- und Sauerstoffmangel. Mikrobielle Aktivit\u00e4t und Humusabbau nehmen ab, N\u00e4hrstofffreisetzung sinkt. Bei extremer Austrocknung sterben Bodenorganismen ab \u2192 Verlust biologischer Bodenfruchtbarkeit.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>Bodendegradation und Strukturverlust<\/td>Wiederholte Austrocknungs- und Befeuchtungszyklen zerst\u00f6ren Bodenaggregate \u2192 Staubbildung, erh\u00f6hte Erosionsanf\u00e4lligkeit. Starke Sonneneinstrahlung kann Oberfl\u00e4chen versiegeln (\u201eVerschl\u00e4mmung\u201c) \u2192 erschwerte Wasseraufnahme nach Regen.<\/td>\n<\/tr>\n
B\u00e4ume<\/td>Trockenstress und physiologische Reaktionen<\/td>Bodenwassermangel senkt Wasserpotenzial in Leitgeweben. Stomataschluss reduziert Photosynthese und Wachstum. Langanhaltender Stress kann zu hydraulischem Versagen f\u00fchren \u2192 dauerhafte Unterbrechung des Wassertransports.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>Sekund\u00e4reffekte und Sch\u00e4dlingsbefall<\/td>Geschw\u00e4chte B\u00e4ume werden anf\u00e4lliger f\u00fcr Insektenbefall (z.\u202fB. Borkenk\u00e4fer) und pathogene Pilze. Hitze erh\u00f6ht Reproduktionsraten vieler Sch\u00e4dlinge \u2192 m\u00f6gliche epidemieartige Ausbr\u00fcche.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>Sch\u00e4digung des Kronenraums und Vitalit\u00e4tsverlust<\/td>Hitzestress f\u00fchrt zu Blattsch\u00e4den, vorzeitiger Vergilbung und Blattverlust. Langfristig sinken Biomasse, Jahrringbreite und Vitalit\u00e4t. Flachwurzelnde Arten (Birke, Fichte) sterben fr\u00fcher ab. Stadtb\u00e4ume sind besonders betroffen durch urbane Hitze und eingeschr\u00e4nkte Wasseraufnahme.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n

W\u00e4lder und st\u00e4dtische Gr\u00fcnfl\u00e4chen reagieren oft mit Wachstumshemmung und reduziertem Ertrag bis hin zu Baumsterben. Gleichzeitig verschiebt sich die Artenzusammensetzung \u2013 trockenresistente Pflanzen und B\u00e4ume gewinnen an Bedeutung, w\u00e4hrend empfindlichere Arten zur\u00fcckgehen. Auch die \u00d6kosystemleistungen leiden: Die K\u00fchlwirkung durch Verdunstung sinkt, die Emissionsfilterung und Kohlenstoffbindung nimmt ab, und die Erholungsfunktion sowie die \u00f6kologische Qualit\u00e4t urbaner Gr\u00fcnr\u00e4ume verschlechtert sich. Hinzu kommen R\u00fcckkopplungen, die die Effekte verst\u00e4rken: Trockene B\u00f6den speichern weniger Wasser, heizen sich st\u00e4rker auf und steigern die Verdunstung. Vegetationsverluste reduzieren Beschattung und K\u00fchlung, wodurch lokale Temperaturen weiter steigen. Langfristig kann dies zu Bodenversalzung, eingeschr\u00e4nkter Wiederbewaldungsf\u00e4higkeit und einem Verlust der \u00f6kologischen Resilienz f\u00fchren. Die Tabelle zeigt somit nur einen Ausschnitt der direkten Folgen \u2013 die langfristigen Ver\u00e4nderungen<\/strong> auf W\u00e4lder und urbane Gr\u00fcnr\u00e4ume k\u00f6nnen noch viel umfassender sein.<\/p>\n

\n

Viele der beschriebenen Stressmechanismen aus dem Wald wirken in \u00e4hnlicher Weise auch in St\u00e4dten \u2013 dort jedoch unter nochmals versch\u00e4rften Bedingungen. Versiegelte B\u00f6den, eingeschr\u00e4nkte Wurzelr\u00e4ume und der Urban-Heat-Island-Effekt verst\u00e4rken Trocken- und Hitzestress deutlich. Gleichzeitig sind urbane Gr\u00fcnfl\u00e4chen essenziell f\u00fcr K\u00fchlung, Luftqualit\u00e4t und Lebensqualit\u00e4t.<\/p>\n

Digitale Zwillinge wie der ForestTwin X<\/strong> bieten daher nicht nur Mehrwert f\u00fcr die Forstwirtschaft, sondern auch ein \u00fcbertragbares Konzept f\u00fcr klimaresiliente St\u00e4dte! Modelle, Methoden und Datenfl\u00fcsse aus dem forstlichen Kontext lassen sich gezielt auf urbane Gr\u00fcninfrastrukturen und \u00d6kosysteme anwenden \u2013 angepasst an die h\u00f6here Heterogenit\u00e4t und Dynamik des st\u00e4dtischen Raums.<\/p>\n<\/div>\n

Umsetzung: So funktioniert der Digitale Zwilling im Wald<\/h3>\n

Mit dem ForestTwin X<\/strong> haben wir einen ersten Piloten entwickelt, um Baumstress unter verschiedenen Klimabedingungen zu analysieren und dessen Auswirkungen auf Wachstum und Vitalit\u00e4t besser zu verstehen. Grundlage bildet die Auswertung historischer Daten sowie die Berechnung der standortspezifischen Wasserbilanz. Darauf aufbauend simuliert der digitale Zwilling Baumstress unter aktuellen und prognostizierten Klimabedingungen \u2013 insbesondere in Abh\u00e4ngigkeit von Trockenheit, Hitze und Niederschlag. Erg\u00e4nzend kommen Machine-Learning-Methoden (Regression) zum Einsatz, um Baumstress vorherzusagen und potenzielle Risiken fr\u00fchzeitig zu identifizieren.<\/p>\n

Eingangsdaten des Simulationsmodells<\/h4>\n