Fra regn til oversvømmelse

Ekstreme vejrbegivenheder såsom tordenvejr, kraftig nedbør og deraf følgende oversvømmelser, påvirke jord- og miljøsystemer på lang sigt. For at studere virkningerne af hydrologiske ekstremer holistisk - fra nedbør til vand, der kommer ind i jorden til udledning til at strømme ud i havet - er en målekampagne ved Müglitztal/Sachsen ved at starte under MOSES Helmholtz-initiativet. Målekampagnen koordineres af Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

En enkelt hændelse med kraftig nedbør kan have alvorlige konsekvenser for et helt flodsystem, lige fra jorderosion ved oversvømmelser til transport af næringsstoffer og forurenende stoffer til ændringer i økosystemet. Den nuværende MOSES-målingskampagne studerer hydrologiske ekstreme hændelser fra kilden i atmosfæren til biosystemers reaktion.

MOSES står for "Modular Observation Solutions for Earth Systems." Inden for dette fælles initiativ ni forskningscentre i Helmholtz Association opretter mobile og modulære observationssystemer til at studere virkningerne af midlertidigt og rumligt begrænsede dynamiske begivenheder, såsom ekstrem nedbør og udledningshændelser, om den langsigtede udvikling af jord- og miljøsystemer. Den aktuelle målekampagne om hydrologiske ekstremer koordineret af KIT finder sted fra midten af ​​maj til midten af ​​juli 2019 i Müglitztal, Sachsen. I denne region, beliggende i det østlige Erzgebirge (Ertsbjergene), visse vejrforhold kan resultere i ekstrem nedbør og oversvømmelser, et eksempel er syndfloden i 2002. Sådanne ekstreme begivenheder udløses enten af ​​depressioner, sammen med blokeringseffekter af bjerge, forårsage høj nedbør, eller ved små konvektive nedbørshændelser, dvs. tordenvejr, der kan være forbundet med oversvømmelser i et begrænset område som en bjergdal.

Bortset fra Troposphere Research Division af KIT's Institute of Meteorology and Climate Research (IMK-TRO), Helmholtz Center for Miljøforskning (UFZ) Leipzig, Forschungszentrum Jülich (FZJ), og Helmholtz Center Potsdam—German Research Center for Geosciences (GFZ) er involveret i den aktuelle målekampagne med deres målesystemer.

KIT vil bruge sit mobile KITcube-observatorium. Den leverer information om dannelse og udvikling af kraftig nedbør, nedbørsfordeling, og fordampning. Blandt andre, en radar anvendes til at måle nedbør inden for en radius af 100 km, et mikrobølgeradiometer tjener til at bestemme den atmosfæriske temperatur og fugtighedsprofiler, og et lidar-system bruges til at måle vindprofilen ved hjælp af lasere. Radiosonder giver information om atmosfærens tilstand op til 18 km højde. Et netværk af distrometre, systemer til kontinuerlig overvågning af nedbørsintensitet og regndråbestørrelse, leverer yderligere information om processer i observationsområdet.

UFZ-forskere vil fokusere på jordens fugtighed, som er en vigtig variabel til at kontrollere udledning af regnvand. Hvis jorden er for fugtig eller ekstremt tør, regnvand flyder fra landoverfladen, og oversvømmelser kan udvikle sig hurtigere. For optimalt at overvåge udviklingen af ​​jordens fugtighed, UFZ vil installere en mobil, trådløst sensornetværk til at måle jordens fugtighed og temperatur i varierende dybder. I modsætning til klassiske systemer, sensornetværket tillader præcis justering af sensorpositioner og distribution samt af scanningshastigheder til lokale måleforhold. Bortset fra det stationære sensornetværk, mobile cosmic ray rovere med specialudviklede neutronsensorer vil blive anvendt. Med dem, forskere kan observere storstilet variation af jordens fugtighed i Müglitz-oplandet.

Forskere fra Forschungszentrum Jülich vil affyre ballonsonder i op til 35 km højde for at bestemme, blandt andre, hvordan tordenvejr påvirker klimaet på lang sigt. Brug af vanddamp, ozon, og cloud-instrumenter, de studerer sporgastransport gennem tordenvejr ind i den øvre troposfære – det nederste lag af Jordens atmosfære – eller endda ind i stratosfæren ovenover.

GFZ-forskere vil bruge mobile måleenheder til at studere opmagasineret vands indflydelse på udviklingen af ​​en oversvømmelse. Udover kosmiske strålesensorer til at måle vand i den øvre jord og sensorer til at måle grundvand tæt på overfladen, de vil også bruge såkaldte gravimetre. Disse systemer registrerer variationer i jordens tyngdekraft på grund af skiftende underjordiske vandmasser, også på større dybder.