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Starkregen statt Sonnenschein

Messkampagne zu Trockenheit erfasst Starkregen

StarkregenStarkregen statt Sonnenschein - das unerwartete Wetter zwang die Forscherinnen und Forscher zu einer Anpassung ihrer Messkampagne.
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Erstens kommt es anders und zweitens als man denkt: Sie hatten sich zwar auf extreme Wettersituationen vorbereitet - allerdings auf dem anderen Ende der Skala. Am 20. Mai startete eine Forschergruppe im Rahmen der Helmholtz-Initiative MOSES eine Messkampagne in Oberbayern, die Ergebnisse zu den Auswirkungen von Hitzewellen und Dürre liefern sollte. Die Forscherinnen und Forscher wollen unter anderem genauer verstehen, wie sich Trockenheit auf den Boden, die Vegetation oder die Luftqualität auswirkt. Die Beobachtungsdaten helfen, Klimamodelle weiterzuentwickeln und den Schutz der Bevölkerung zu verbessern. Doch statt hoher Temperaturen und Wassermangel brachte Tief "Axel" den Wissenschaftlern das Gegenteil: Jede Menge Regen. Innerhalb kurzer Zeit fiel in dem Untersuchungsgebiet so viel Niederschlag wie sonst in einem Monat.

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 die kurzfristige Anpassung des ursprünglichen Settings. Das Messprogramm kann daher wie geplant bis Mitte Juni weitergeführt werden. Nun geht es allerdings nicht mehr um die Auswirkungen von Trockenheit, sondern 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.

Mobile MessstationMOSES 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.
Copyright: KIT / Kevin Wolz

Dazu gehört die Ermittlung der Bodenfeuchte mittels Messung von kosmischer Strahlung. Über sogenannte Cosmic Ray Sensoren werden Neutronen in der Umgebungsluft gezählt. "Die Neutronen-Intensität lässt Rückschlüsse auf die Bodenfeuchte zu", so 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.

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 zur isotopenspezifischen Erfassung der CO2- und Wasserdampfflüsse zwischen Ökosystem und Atmosphäre. Die hiermit erfassten Daten erlauben es, diese wichtigen Gasflüsse in ihre Einzelkomponenten zu „zerlegen“, also die Einzelflüsse, aus denen sie zusammengesetzt sind (Photosynthese/Atmung, Evaporation/Transpiration), getrennt zu quantifizieren und somit zu 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.

Waren der Cosmic Ray Rover, ein mobiler Neutronen-Detektor, und das Isotopen-MoLEAF-Modul unempfindlich gegenüber dem Starkregen, so musste ein anderes Messgerät witterungsbedingt zunächst pausieren. "Wir mussten den Einsatz der Drohne um zwei Tage verschieben", so 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.

Mess-DrohneAuch eine Drohne kam zum Einsatz.
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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:

MOSES-Website (englisch)

MOSES-Blog

Institut für Bio- und Geowissenschaften Agrosphäre (IBG-3)