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Kurzfristiger Wechsel: MOSES-Testkampagne „Hitzewellen/Dürren“ misst Extremniederschläge des Tiefs „Axel“

Montagmorgen am 20. Mai startete die MOSES-Arbeitsgruppe „Hitzewellen/Dürren“ ihre Testkampagne im Untersuchungsgebiet nahe Fendt in Oberbayern – am Nachmittag stand sie im Zentrum von Tief Axel. Bis Mittwoch fiel in der Region so viel Niederschlag wie sonst in einem Monat, die Ammer trat über die Ufer, Felder stehen unter Wasser.

Die Mess-Systeme, die eigentlich aufgebaut waren, um einen Einsatz bei Hitzewellen oder Trockenheit zu proben, erfassten stattdessen Extremniederschläge. Das Beobachtungskonzept wurde deshalb kurzfristig der neuen Situation angepasst: Im Fokus der Messkampagne stehen nun die Auswirkungen des Starkregens auf die Umwelt. Dank des flexiblen Sensor- und Einsatzkonzepts von MOSES sind solche kurzfristigen Änderungen auch vor Ort noch möglich. Gemeinsam mit der laufenden Testkampagne der Arbeitsgruppe „Hydrologische Extreme“ im Müglitztal (Erzgebirge, Sachsen) wurde der Dauerregen an zwei Standorten gleichzeitig erfasst. Im Müglitztal konzentrieren sich die Untersuchungen auf die Entstehung von Starkregen und Hochwasser, bei Fendt vorrangig auf die Folgeprozesse.

Das Messprogramm kann wie geplant bis Mitte Juni weitergeführt werden, allerdings mit neuen Startbedingungen. Nun geht es nicht mehr um die Auswirkungen von Trockenheit auf den Boden, die Vegetation oder die Luftqualität, 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. Dazu gehören die innovative Ermittlung der Bodenfeuchte mittels Messung von kosmischer Strahlung sowie der tieferen Wasservorräte durch Gravimetrie, der Austausch von Wasser-, Energie- und Stoffflüssen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre sowie die Laser-basierte Messung des atmosphärischen Wasserdampfs und der Temperatur. Dabei kommen auch Drohnen mit neuer Sensorik wie hyperspektralen Wärmebildkameras zum Einsatz. Ferner werden Bio-Aerosole wie Pollen und Mikroben erfasst und als Grundlage für die Beurteilung der Exposition des Menschen herangezogen.

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 und einzigartiges Instrumentarium aufgebaut, bei dem sich Universitäten und Forschungseinrichtungen aus ganz Deutschland treffen. Das Messprogramm zielt auf die Folgen des Klimawandels wie beispielsweise die Zunahme von Extremwetter: Welche Auswirkungen haben höhere Temperaturen, veränderte Niederschläge oder Trockenheit auf den Boden, die Vegetation, die Wasserqualität in Flüssen und Seen oder auf die Luftqualität? Solche Fragen können nur durch umfassende Umweltbeobachtungen in den betroffenen Regionen beantwortete werden. Die Wissenschaftler*innen benötigen entsprechende Beobachtungsdaten, damit Klimamodelle weiterentwickelt und weiter verbessert werden können und damit der Klimaschutz für die Bevölkerung optimiert werden kann.

An der Intensivmesskampagne beteiligen sich neben dem KIT-Campus Alpin die Universitäten Augsburg, Potsdam und Hohenheim, die Technische Universität Berlin, sowie das Helmholtz Zentrum für Umweltforschung in Leipzig, das GeoForschungsZentrum in Potsdam, das Forschungszentrum Jülich und das Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt in München. ScaleX 2019 vereint Initiativen der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Forschungsgruppe Cosmic Sense), des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (Projekt SUSALPS) und der Helmholtz Gemeinschaft (TERENO, MOSES).

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 Das Team um Andreas Wieser vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist im Rahmen der MOSES-Arbeitsgruppe „Hydrologische Extreme“ der Entstehung von Starkregen- und Hochwasserereignissen auf der Spur. An den Untersuchungen sind auch Wissenschafter*innen aus dem Forschungszentrum Jülich, dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung und dem Deutschen Geoforschungszentrum beteiligt.

Ausgesucht hat sich das Team dafür ein besonderes Messgebiet im Süden von Sachsen – das Müglitztal. Während der Flutkatastrophe 2002 wurde aus der ruhigen Müglitz ein reißender Fluss – bedingt durch die entsprechende Wetterlage und die Topographie des Tales.

Genau diese Randbedingungen sind die Einflussfaktoren, aus denen Hochwasserereignisse entstehen können. Seit Anfang Mai werden nun über den erzgebirgischen Höhen des Müglitztals und im Talgrund MOSES-Geräte installiert. more

KITcube im Müglitztal

Sturmereignisse mit starken Regenfällen und Überschwemmungen wird es laut globaler Prognosen bis zum Ende dieses Jahrhunderts 10 bis 20 Prozent häufiger geben als bisher. Diese verursachen, ebenso wie extreme Niedrigwasserphasen, erhebliche Schäden und haben somit sozioökonomische aber auch ökologische Auswirkungen. Um diese besser zu verstehen, unternehmen drei Forschungsschiffe des Helmholtz-Programms MOSES am 16. und 17. April 2019 eine gemeinsame Forschungsfahrt von der Elbemündung bis nach Helgoland. more

Sternfahrt MOSES
EGU Intro

MOSES will be presented on EGU 2019 in Vienna. In addition to the MOSES presentations many contributions from our cooperating projects ESM and Digital Earth might be interesting and recommended to include in your personal programme.

A list with related presentations can be downloaded here Contribution list (pdf) .

Ausgerechnet die Feuchtigkeit irdischer Böden stört Astrophysiker bei der Erforschung des Weltalls. Der Physiker Martin Schrön (UFZ) beschreibt, wie aus der Not eine Tugend wurde und wie Sternenexplosionen Bauern bei Trockenheit helfen können.

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Für die derzeit laufende Aufbauphase von MOSES wurde die Elbe als Untersuchungsgebiet für die Arbeitsgruppe der "Hydrologischen Extreme" ausgewählt. Erste Messkampagnen, bei denen das Zusammenspiel der Messgeräte sowie der schnelle Datenaustausch zwischen den Partnern im Vordergrund stehen, finden in den Jahren 2019 und 2020 jeweils von April bis Juli statt. Der KITcube wird dabei im Müglitztal im Osterzgebirge eingesetzt, einem Gebiet in dem es häufig zu extremen Niederschlagsereignissen und Überschwemmungen kommt.

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Katrin Kohnert ist Doktorandin in der GFZ-Sektion Fernerkundung. Sie forscht vor allem im Norden von Alaska und im kanadischen Flussdelta des Mackenzie zur Freisetzung von Treibhausgasen aus Permafrostböden unter dem Einfluss des Klimawandels. Vor wenigen Wochen kehrte sie von ihrer jüngsten Expedition aus dem Mackenzie-Delta zurück.

Das gesamte Interview mit Katrin Kohnert finden Sie hier.

UFZ untersucht Auswirkungen auf Wasserqualität und Ökologie im Rahmen des Sondermess-Programms Niedrigwasser der Flussgebietsgemeinschaft Elbe

Die derzeitige Hitze- und Dürreperiode hat auch gravierende Auswirkungen auf Bäche und Flüsse in Deutschland: Viele sind zu schmalen, langsam fließenden, stark erwärmten Rinnsalen geworden. In Magdeburg lag der Pegel der Elbe am 23. Juli nur noch sieben Zentimeter über dem historischen Tiefststand vom 22. Juli 1934 – man kann also bereits jetzt von einem extremen Niedrigwasser sprechen. Magdeburger Gewässerforscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) beteiligen sich am Sondermessprogramm Niedrigwasser der Flussgebietsgemeinschaft Elbe im Bereich der Mittelelbe. Mit Multiparameter-Messsonden, die Teil des Helmholtz-Beobachtungssystem MOSES sind, wollen sie die Auswirkungen auf die Wasserqualität, die Ökologie und viele damit zusammen hängende Nutzungen der Gewässer im Elbe-Einzugsgebiet erfassen.

Die vollständige Pressemitteilung finden Sie hier.

Jeder weiß: Das Sommerwetter mit zum Teil über 30 Grad Celsius hat nicht nur positive Seiten.

Wie sich Hitzewellen auf die Umwelt und das Klima auswirken, untersuchen derzeit Jülicher Klima- und Bodenforscher und ihre Kollegen aus Potsdam, Leipzig und Garmisch-Partenkirchen auf einem Versuchsfeld in der Nähe von Jülich. Bodenforscher Prof. Nicolas Brüggemann und Atmosphärenforscher Dr. Ralf Tillmann erklären im Interview, warum die Forschung so wichtig ist.

Die vollständige Pressemitteilung mit dem Interview, Bildmaterial und Zusatzinformationen finden Sie hier.

MOSES-Auftakt mit über 100 Vertreterinnen und Vertretern aus Forschung, Politik und Praxis

Das neue Beobachtungssystem MOSES wurde am 21. Juni in Berlin Vertretern aus Forschung, Politik und Praxis vorgestellt: Von 2017 bis 2021 entwickeln die Helmholtz-Zentren des Forschungsbereichs „Erde und Umwelt“ das mobil und flexibel einsatzfähige Mess-System, das darauf ausgerichtet ist, hochdynamische Ereignisse wie beispielsweise Starkregen und Hochwässer oder Hitzewellen und Dürren zu erfassen. Ab 2022 soll MOSES dann für den regulären Einsatz bereit stehen. In den Aufbau der Forschungsinfrastruktur investiert die Helmholtz-Gemeinschaft ca. 28 Millionen Euro.

Im Zentrum der Veranstaltung standen die Forschungsziele der Initiative sowie die technische Innovation und Einsatzmöglichkeiten des modular konzipierten Beobachtungssystems. Dabei ging es auch darum, bereits zu Beginn der 5-jährigen Entwicklungsphase Anknüpfungspunkte für Kooperationen mit Interessenten aus Forschung und Praxis vorzustellen und zu diskutieren.

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Die Präsentationen der Redner können über die folgenden Links abgerufen werden: 

Prof. Reinhard F. Hüttl (Forschungsbereichskoordinator und Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft, GFZ) stellt die Mission und Kennzahlen der laufenden Programmperiode sowie die strukturelle Weiterentwicklung des Forschungsbereichs „Erde und Umwelt“ vor: Die sieben beteiligten Zentren bündeln ihre Kompetenzen zukünftig in einem gemeinsamen Programm „The Changing Earth – Sustaining our Future“. Zur Präsentation (1.7 MB) (PDF)

Prof. Georg Teutsch (Wissenschaftlicher Geschäftsführer des UFZ, federführendes Zentrum für MOSES) zeigt neue Wege der Erdbeobachtung: Technischer Fortschritt in der Sensorentwicklung und die internationale Vernetzung von Observatorien erlauben zunehmend die Verwirklichung von systemorientierten Beobachtungskonzepten, mit zeit- wie raumübergreifenden Komponenten. Zur Präsentation (2.1 MB) (PDF)

Dr. Ute Weber (Projektleiterin von MOSES, UFZ) fasst die Ziele und das Einrichtungskonzept von MOSES zusammen: Beobachtungsdaten und Forschungsergebnisse zeigen, dass Ereignisse wie Hochwasser oder Hitzewellen das Potenzial haben, Erde und Umwelt langfristig zu verändern. Und es ist davon auszugehen, dass solche Wetterextreme in Zukunft häufiger auftreten. Mit dem neuen  Beobachtungssystem sollen die direkten Auswirkungen mit einem systemorientierten Ansatz erfasst und die langfristigen Folgen untersucht werden. Für den Erfolg von MOSES sind Kooperationen mit der Forschungsgemeinschaft und Praxis maßgeblich; Interessenten sind eingeladen, sich an der Planung und Durchführungen von Testkampagnen zu beteiligen. Zur Präsentation (1.6 MB) (PDF)

Prof. Hans Peter Schmid (Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung am KIT, Mitglied der MOSES-AG Hitzewellen) veranschaulicht am Beispiel der Hitzewelle 2003 in Europa die Forschungsthemen, die im Rahmen von MOSES-Kampagnen für Hitzewellen und Dürren untersucht werden: Einfluss auf die Leistungsfähigkeit aquatischer und terrestrischer Ökosysteme, Beeinträchtigung von Luft- und Wasserqualität, Verbesserung der Vorhersagbarkeit von Hitzewellen. Erste Testkampagnen werden im Sommer 2018 und von Frühjahr bis Sommer 2019 durchgeführt. Zur Präsentation (3.1 MB) (PDF)

PD Julia Boike (Leiterin der AG Energie- und Wasserbilanz Permafrostforschung am AWI, Koordinatorin der MOSES-AG Permafrost) führt aus, dass mit der Klimaerwärmung große Bereiche des arktischen Permafrosts auftauen. Dieses Auftauen verläuft aber nicht gleichförmig, sondern man beobachtet plötzliche und begrenzte „Hot Spots“, die einen bedeutenden Teil der prognostizierten arktischen Treibhausgas-Emission ausmachen können. Ab Sommer 2018 werden solche „Hot Spots“ mit MOSES-Testkampagnen erforscht. Zur Präsentation (2.6 MB) (PDF)

Prof. Dietrich Borchardt (Leiter des Themenbereichs Wasserressourcen und Umwelt am UFZ, Koordinator der MOSES-AG Hydrologische Extreme) zeigt anhand des unterschiedlichen Verlaufs von Hoch- und Niedrigwassersituationen an der Elbe die direkten Auswirkungen auf die Wasserqualität vom Oberlauf bis zur Küste. So wurden im Mai/Juni 2013 während des Elbehochwassers 5 – 50fach erhöhte Flussfrachten gemessen. Ein beträchtlicher Teil der Jahresfrachten an Düngern und Schadstoffen gelangte in die Elbe und das Mündungsgebiet. Als Folge entwickelte sich Sommer 2013 eine Algenblüte an der Nordseeküste. Im Rahmen von MOSES-Testkampagnen werden ab Frühjahr 2019 die Entstehung von Hydrologischen Extremen (Starkregen und Hochwasser, Niedrigwasser) sowie deren Auswirkungen untersucht. Zur Präsentation (1.9 MB) (PDF)

Prof. Burkard Baschek (Leiter am Institut für Küstenforschung des HZG – Bereich Operationelle Systeme, Koordinator der MOSES-AG Ozeanwirbel) stellt aktuelle Forschungsergebnisse zur Bedeutung von Ozeanwirbeln für den Energie- und Nährstoffkreislaufs der Weltmeere vor: Während die großen Wirbel mit über 100 km Durchmesser an der Meeresoberfläche gut beobachtet werden können, ist über kleinere Wirbel bislang wenig bekannt. Es gibt aber zunehmend Hinweise, dass sie den marinen Nähstofftransport und damit die Primärproduktion, die Entwicklung von Nahrungsnetzen und so auch die Kohlendioxid-Aufnahme der Meere maßgeblich steuern. Ab Herbst 2019 sollen diese kleinen, hochdynamischen Wirbel mit MOSES-Testkampagnen erforscht werden. Zur Präsentation (2.2 MB) (PDF)

 

Ute Weber, 5. Juli 2018