Lars Kaiser

Lars Kaiser belegte von 2016 bis 2024 den Studiengang "Simulation Technology". Seine herausragende Masterarbeit mit dem Titel "A Mixed-Dimensional Model for Evapotranspiration from Leaves" wurde von Timo Koch (Department of Mathematics, University of Oslo) und von Martin Schneider (Institut für Wasser- und Umwelsystemmodellierung, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung) betreut.

Im Zentrum dieser herausragenden Arbeit steht die Modellierung von Verdunstungsprozessen auf Blattoberflächen, ein elementarer Prozess im globalen Wasserkreislauf. Die Transpiration durch Pflanzen trägt wesentlich zur Rückführung von Wasser aus dem Boden in die Atmosphäre bei und beeinflusst somit die Energie- und Wasserbilanzen ganzer Ökosysteme. Es wird (erstmals) ein vollständig gekoppeltes 1D-3D-Modell vorgestellt, das Wassertransport in Blattadern (Xylem) und diffusive Dampfbewegung in diesem Gewebe gleichzeitig abbildet. Klimaanpassung in Städten erfordert verlässliche Abschätzungen der kühlenden Blattverdunstung; das Thema ist hochrelevant.

We introduce the first fully-coupled mixed-dimensional model for whole-leaf evapotranspiration with explicit representation of water pathways in the xylem network and the non-vascular tissue. The model represents the veins as 1D network of tube segments, and the non-vascular leaf tissue as a porous medium in 3d, and couples the two compartments using a meniscus model based on a local chemical equilibrium. We incorporate external environment variables into the boundary conditions of the simulation. We present a consistent numerical discretization scheme and implement the discrete model equations in the open-source multi-physics framework DuMux. Our findings highlight the model’s ability to simulate evapotranspiration from a whole leaf, considering a large number of vein parameters, tissue parameters, and environmental factors while maintaining computational feasibility. We investigated the behavior of the meniscus model and its relationship to the established capillary pressure models from Van Genuchten and Brooks-Corey. Our work lays the groundwork for advanced leaf models incorporating more processes and parameter models, like liquid water transport in the non-vascular tissue, variable vein permeabilities, and surrounding air dynamics.