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Klimaforscher müssen wetterbedingt improvisieren

Dürreforschung steht im Regen

| Redakteur: Christian Lüttmann

Starkregen statt Sonnenschein – unerwartetes Wetter zwang Forscher zu einer Anpassung ihrer Messkampagne.
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Starkregen statt Sonnenschein – unerwartetes Wetter zwang Forscher zu einer Anpassung ihrer Messkampagne. (Bild: gemeinfrei, diego_torres / Pixabay)

Wetterextreme wie Dürren sind komplexe und schwer zu modellierende Phänomene. Daher hatten Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich eine Messkampagne geplant, um Daten zu Trockenheit und deren Auswirkung auf die Vegetation zu sammeln und damit Klimamodelle zu verbessern. Doch ein Tiefdruckgebiet ließ den ursprünglichen Versuchsplan ins Wasser fallen. Warum das Projekt dennoch erfolgreich zu Ende geführt werden kann, lesen Sie in diesem Beitrag.

Jülich – Am 20. Mai startete eine Forschergruppe im Rahmen der Helmholtz-Initiative Moses eine Messkampagne in Oberbayern mit dem Ziel, die Auswirkungen von Hitzewellen und Dürre zu untersuchen. Die Forscher wollen unter anderem genauer verstehen, wie sich Trockenheit auf den Boden, die Vegetation oder die Luftqualität auswirkt. Beobachtungsdaten, wie sie das Wissenschaftlerteam anstrebte, helfen dabei, Klimamodelle weiterzuentwickeln und den Schutz der Bevölkerung zu verbessern.

Doch statt hoher Temperaturen und Wassermangel brachte Tief „Axel“ dem Team das Gegenteil: Jede Menge Regen. Innerhalb kurzer Zeit fiel in dem Untersuchungsgebiet so viel Niederschlag wie sonst in einem Monat.

Starkregen statt Sonnenschein

Die unerwartete Wettersituation verlangte dem Forscherteam vor Ort Spontanität ab. Doch durch den Starkregen konnte das Team, zu dem auch Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich gehören, gerade eine besondere Stärke seines Vorgehensmodells unter Beweis stellen. So erlaubte ein flexibles Sensor- und Einsatzkonzept, das ursprüngliche Setting kurzfristig anzupassen.

Das Messprogramm kann daher wie geplant bis Mitte Juni weitergeführt werden. Nun geht es allerdings nicht mehr um die Auswirkungen von Trockenheit, sondern wetterbedingt eben um Starkregen und die Prozesse, die vor, während und nach einem solchen Extremereignis ablaufen. Die Messkampagne umfasst eine Reihe von Sensoren, die hier erstmalig eingesetzt werden.

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Kosmische Strahlen geben Bodenfeuchte preis

Ein Aspekt der Forschungskampagne ist, die Bodenfeuchte mittels Messung von kosmischer Strahlung zu ermitteln. Über so genannte Cosmic-Ray-Sensoren werden Neutronen in der Umgebungsluft gezählt. „Die Neutronenintensität lässt Rückschlüsse auf die Bodenfeuchte zu“, sagt Dr. Heye Bogena vom Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-3) des Forschungszentrums Jülich. „Im Falle von großer Trockenheit spielen diese Daten natürlich vor allem für die Vegetation eine Rolle. Die Informationen können von Landwirten beispielsweise zur Steuerung der Bewässerung genutzt werden. Bei zu viel Regen hingegen lässt sich so besser erkennen, wann der Boden kein weiteres Wasser mehr aufnehmen kann“, erklärt Bogena weiter. Durch dieses Wissen könne die mögliche Gefahr von Hochwasser leichter eingeschätzt und entsprechende Warnungen gegeben werden.

MOSES steht für „Modular Observation Solutions for Earth Systems“. In dieser Initiative bauen neun Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft gemeinsam mobile und modular einsatzfähige Beobachtungssysteme auf, um die Auswirkungen zeitlich und räumlich begrenzter dynamischer Ereignisse, wie extremer Niederschlags- und Abflussereignisse, auf die langfristige Entwicklung von Erd- und Umweltsystemen zu untersuchen. Das Foto zeigt das Mobile Land Ecosystem Atmosphere Flux-Modul, kurz Isotopen-MoLEAF.
MOSES steht für „Modular Observation Solutions for Earth Systems“. In dieser Initiative bauen neun Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft gemeinsam mobile und modular einsatzfähige Beobachtungssysteme auf, um die Auswirkungen zeitlich und räumlich begrenzter dynamischer Ereignisse, wie extremer Niederschlags- und Abflussereignisse, auf die langfristige Entwicklung von Erd- und Umweltsystemen zu untersuchen. Das Foto zeigt das Mobile Land Ecosystem Atmosphere Flux-Modul, kurz Isotopen-MoLEAF. (Bild: KIT / Kevin Wolz)

Ein weiteres vom IBG-3 erstmals im Rahmen der Moses-Testkampagne in Oberbayern eingesetztes Messmodul ist das „Isotopen-MoLEAF“, das Mobile Land Ecosystem Atmosphere Flux-Modul. Damit können CO2- und Wasserdampfflüsse zwischen Ökosystem und Atmosphäre isotopenspezifisch erfasst werden. Die hiermit erhaltenen Daten erlauben es, diese wichtigen Gasflüsse in ihre Einzelkomponenten zu „zerlegen“. So können die Forscher die Einzelflüsse, aus denen Gase zusammengesetzt sind (Photosynthese/Atmung, Evaporation/Transpiration), getrennt quantifizieren und dadurch ermitteln, welche der Komponentenflüsse stärker auf Extremereignisse reagiert. Mit dieser Information lassen sich Modelle, die die Klimaauswirkungen auf Landökosysteme und deren Rückkopplungen auf die Atmosphäre berechnen, verbessern.

Drohne musste zunächst am Boden bleiben

Auch eine Drohne kam bei der Messkampagne der Jülicher Forscher zum Einsatz.
Auch eine Drohne kam bei der Messkampagne der Jülicher Forscher zum Einsatz. (Bild: Zeeman)

Waren einige Teile des Equipments unempfindlich gegenüber dem Starkregen, wie der mobile Neutronen-Detektor „Cosmic Ray Rover“ und das Isotopen-MoLEAF-Modul, so musste ein anderes Messgerät witterungsbedingt zunächst pausieren. „Wir mussten den Einsatz der Drohne um zwei Tage verschieben“, sagte Prof. Nicolas Brüggemann (IBG-3). „Als größeres Problem erwies es sich allerdings, eine Fluggenehmigung für längere Zeiträume zu bekommen“. Die Drohne, ausgestattet mit neuer Sensorik wie Wärmebild- und Multispektralkameras, war ein weiteres Novum im Rahmen der Messkampagne.

Die Moses-Messungen sind Teil der Intensivmesskampagne ScaleX 2019. Unter Federführung des Campus Alpin des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Garmisch-Partenkirchen wird im bayrischen Voralpenland ein zeitlich limitiertes Instrumentarium aufgebaut, bei dem sich neben dem Forschungszentrum Jülich Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen aus ganz Deutschland treffen. Das Messprogramm zielt auf die Folgen des Klimawandels wie beispielsweise die Zunahme von Extremwetter.

Weitere Informationen zu dem Projekt finden Sie im Moses-Blog der Helmholtz-Zentren.

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