TERENO – lokale Lösungen für den globalen Wandel

TERENO – lokale Lösungen für
den globalen Wandel
Herausgeber
Inhalt
TERENO
Globaler Wandel erfordert lokales Handeln
www.tereno.net
Observatorien des TERENO-Projektes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Observatorium Eifel/Niederrheinische Bucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Koordination
Bildnachweis
Institut für Bio- und Geowissenschaften
Agrosphäre (IBG-3)
Forschungszentrum Jülich GmbH
Bosse und Meinhard (Title, page 4, 6/7),
Achim Brauer/GFZ (Title, 17, 19),
Manfred Denich/ZEF (30),
DLR (Title (2x), 24, 26 r.),
fotolia.com (6)
FZ Jülich (9, 26 l.),
Corinna Heer (8),
Gerd Helle (17b, 18),
HMGU (23 l.),
istockphoto.com (28),
KIT/IMK-IFU (20, 22, 27),
André Künzelmann/UFZ (Title, 14 l.),
Ralf-Uwe Limbach/FZ Jülich (Title, 11),
Matthias Mauder/KIT/IMK-IFU (21),
NASA (25),
privat (12, 15 r.),
Regionaler Klimaatlas Deutschland (7),
Alexandra Schnurr (10/11),
UFZ (13, 15 l.),
Markus Well/GFZ (16),
Johannes Werhahn/KIT/IMK-IFU (23 r.),
Steffen Zacharias/UFZ (14 r.)
Tel.: 0 24 61/61-67 52
E-Mail: h.bogena@fz-juelich.de
Redaktion
Christian Hohlfeld
TRIO MedienService, Bonn
www.trio-medien.de
Autoren
Christian Hohlfeld, Katja Lüers, Bernd Müller,
Dr. Ursula Resch-Esser, Sven Titz
Übersetzung
Christina Harrison
Layout und Gestaltung
Bosse und Meinhard Wissenschaftskommunikation, Bonn
Druck
Observatorium Harz/Mitteldeutsches Tiefland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Observatorium Nordostdeutsches Tiefland
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
Observatorium Bayerische Alpen/Voralpen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Der Bodenfeuchte von oben auf den Grund gehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Gute Chancen für Nachwuchsforscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Weltweit gröSStes Lysimeter-Netzwerk
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26
Enge Kooperation mit Klimaforschern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
TERENO-MED: mediterrane Wasserressourcen im Fokus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Brandt GmbH, Druckerei und Verlag
Auflage
Für den Klimawandel wappnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.000 Exemplare
Juni 2012
2
TERENO
TERENO ORGANISATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Terrestrial Environment Observatories
3
Die beteiligten
Helmholtz-Zentren
■■ Forschungszentrum
■■ Helmholtz-Zentrum
■■ Karlsruhe
Jülich – FZJ
für Umweltforschung – UFZ
Ebene. So werden die Veränderungen in Hydro-, Bio-, Pedo-,
unterer Atmo- und Anthroposphäre auf unterschiedlichen
räumlichen und zeitlichen Skalen erfasst. Sechs HelmholtzZentren tragen die auf zunächst 15 Jahre angelegte Infrastrukturmaßnahme und bieten in vielfältiger Weise die Grundlage
für Kooperationsvorhaben mit weiteren außeruniversitären
und universitären Einrichtungen.
Institut für Technologie – KIT
Terrestrische Forschung vereint
■■ Helmholtz
Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt – HMGU
■■ Deutsches
HYDROLOGIE
BIOLOGIE
Globaler Wandel
erfordert lokales
Handeln
KLIMATOLOGIE
BODEN-, LUFT- & SATELLITENGESTÜTZTE
BEOBACHTUNGSSYSTEME
Potsdam – Deutsches
GeoForschungsZentrum – GFZ
Viele offene Fragen
SOZIOÖKONOMISCHE
ASPEKTE
Der Globale Wandel hat eine Reihe von Umweltveränderungen ausgelöst. Davon betroffen
sind unter anderem das Klima, die landwirtschaftliche Produktivität, die Georessourcen
Boden und Wasser sowie die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Das hat Folgen
für viele Bereiche des Systems Erde-Mensch und damit für die Lebensgrundlagen heutiger
und künftiger Generationen. Auch in Deutschland drohen die Zunahme von Trockenperioden
und Hitzewellen, Bodendegradation, Winterstürmen, Wassermangel einerseits und Über­
schwemmungen andererseits sowie ein Rückgang der Artenvielfalt. Diese Veränderungen
können sich über unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen erstrecken und eine starke
regionale Differenzierung aufweisen. So sanken beispielsweise im Nordosten Deutschlands
die Niederschläge im Sommer zwischen 1900 und 2000 um bis zu 20 Prozent, während sie im
gleichen Zeitraum im Süden und Südwesten des Landes um bis zu 50 Prozent zunahmen.
TERENO
■■ Helmholtz-Zentrum
BODENKUNDE
Die Welt im Wandel
4
Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR
Das „Intergovernmental Panel for Climate Change“ (IPCC) der
Vereinten Nationen fasst das Wissen über das Klima regelmäßig in Berichten zusammen. Da bis heute eine Vielzahl von
Umweltprozessen nicht hinreichend verstanden ist, lassen sich
langfristige Veränderungen, die der Globale Wandel ausgelöst
hat und auslösen wird, nur unzureichend abschätzen. Dies gilt
insbesondere für das Zusammenspiel der einzelnen Umweltsysteme, Schlüsselprozesse und Rückkoppelungseffekte. Zum
einen beeinflussen lokale Parameter das Gesamtsystem, zum
anderen spielen globale Parameter eine wichtige Rolle für die
hochkomplexen lokalen Umweltsysteme. Darüber hinaus fehlt
es an Datenreihen, die über einen längeren Zeitraum erhoben
wurden. Diese sind der Schlüssel, um langfristige Veränderun­
gen zu erfassen sowie regional wirksame Anpassungs- und
Vermeidungsstrategien zu entwickeln.
TERENO – ein nationales Netzwerk zur
Erdbeobachtung
Die Partner haben vier regionale „terrestrische Observatorien“
eingerichtet, die für Deutschland repräsentative Regionen
abdecken: die Gebiete Eifel/Niederrheinische Bucht, Harz/
Mitteldeutsches Tiefland, Bayerische Alpen/Voralpenland
sowie Nordostdeutsches Tiefland (siehe Karte). Dort bestehende Forschungsstationen und -tätigkeiten sind in die
Observatorien eingebunden. Alle vier Gebiete wurden mit einer
Kombination aus In-Situ-Messinstrumenten sowie boden- und
luftgestützten Fernerkundungstechnologien ausgerüstet. Dazu
gehören Messsysteme zur Bestimmung regionaler Niederschlagsfelder, mikrometeorologische Eddy-Kovarianz-Systeme,
Sensornetzwerke sowie Monitoringsysteme zur Quantifizierung
von Wasser-, Stoff- und Energieflüssen. Weitere Infrastrukturmaßnahmen umfassen Hochleistungssysteme zur Datenver­
arbeitung und Kommunikation, um eine schnelle Verfügbarkeit
der gesammelten Umweltdatensätze sicherzustellen. Darüber
hinaus entwickeln die beteiligten Partner neue Sensor-, und
Monitoringkonzepte sowie Modelle, um die Erkenntnisse auch
auf weniger stark mit Messtechnik ausgestattete Gebiete
übertragen zu können.
Wichtige wissenschaftliche
Fragestellungen:
■■ Welche
Folgen hat der Globale Wandel für die terrestrischen Systeme Grundwasser, Boden, Vegetation und
Oberflächengewässer und damit die Entwicklung des
Lebensraums der Menschen?
■■ Wie
beeinflussen Rückkopplungsmechanismen die
Austauschprozesse terrestrischer Systeme, zum Beispiel zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre,
sowie die terrestrischen Wasser- und Stoffflüsse?
■■ Welche
Vor diesem Hintergrund startete die Helmholtz-Gemeinschaft
2008 die Initiative TERENO – TERestrial ENvironmental Observatories. TERENO ist ein Netzwerk von Observatorien zur
integrierten Erdbeobachtung, das sich über ganz Deutschland
von der nordostdeutschen Tiefebene bis zu den Bayerischen
Alpen erstreckt und auf besonders sensitive Räume fokussiert. Auf Basis eines interdisziplinären, langfristig angelegten
Forschungsprogramms beobachten und untersuchen Wissenschaftler dort die langfristigen ökologischen, sozialen und ökonomischen Auswirkungen des Globalen Wandels auf regionaler
direkten Einflüsse haben Veränderungen der
Boden- und Landnutzung, beispielsweise infolge der
Cross-Compliance-Richtlinie der EU zur Förderung
von Energiepflanzen, auf den Wasserhaushalt, die Bodenfruchtbarkeit, die Biodiversität und das regionale
Klima?
■■ Was
sind die Auswirkungen großflächiger anthropo­­ge­
ner Eingriffe, wie etwa Tagebaue, Ausbau der Gewässersysteme, Waldumbau und Wechsel der agra­rischen
Anbausysteme, auf terrestrische Systeme?
Terrestrial Environment Observatories
5
Observatorien des
TERENO-Projekts
%
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
Dauertestfeld DEMMIN (DLR)
Ucker-Einzugsgebiet
Müritz-Nationalpark
Biosphärenreservat
Schorfheide-Chorin
Observatorium Nordost­
deutsches Tiefland
Observatorium Harz/
Mitteldeutsches Tiefland
Neue Modelle für bessere Prognosen
Prognostizierte mittlere relative Änderung (in Prozent) der saisonalen
Niederschläge in Deutschland im Winter (links) und im Sommer
(rechts) für den Zeitraum 2071 bis 2100 im Vergleich zu 1961 bis 1990
(Mittelwert von zwölf regionalen Klimasimulationen, www.regionalerklimaatlas.de, überprüft 2. Juli 2011, Meinke et al., 2010).
Bode-Einzugsgebiet
Versuchsstation
Bad Lauchstädt
Observatorium Eifel/
Niederrheinische Bucht
Rur-Einzugsgebiet
LTER-D-Forschungsstation
Wüstebach im
Nationalpark Eifel
Mit der Einrichtung der Observatorien und der Entwicklung
neuer Messmethoden werden Langzeitdaten über Zustandsveränderungen und Stoffströme von terrestrischen Systemen
in noch nie dagewesenem Umfang zur Verfügung stehen.
Diese umfassen zum Beispiel Grundwasserneubildungsraten,
Abflussmengen von Flüssen, Daten zur Verlagerung von Chemikalien aus dem Boden in das Grundwasser oder zum Umsatz der organischen Bodensubstanz sowie zur Emission von
Treibhausgasen in die Atmosphäre. Die Datensätze werden
maßgeblich zur Validierung, Weiterentwicklung und Integration
von terrestrischen Modellen beitragen, beispielsweise von
Grund- und Bodenwasserhaushaltsmodellen und Modellen zur
regionalen Klima- und Wetterprognose. Mit deren Hilfe kann
die Wissenschaft wirksame Präventions-, Vermeidungs- und
Anpassungsstrategien entwickeln. Denkbar sind etwa die Optimierung von Bewässerungssystemen, neuartige Frühwarnsysteme für Unwetter und Überschwemmungen und integrierte
Kontrollsysteme für wasserwirtschaftliche Ausbauten.
Fernerkundung
Die Monitoringplattformen sind mit Instrumenten ausgestattet, die die Lang­
zeitmessung von Systemvariablen und Flüssen in allen Kompartimenten des
terrestrischen Systems ermöglichen. Dabei werden in allen Testgebieten
moderne Messtechniken, Prozessstudien und die Nutzung natürlicher Archive
in einem integrierten Ansatz kombiniert.
Observatorium Bayerische
Alpen/Voralpen
Dauermessplattform
Höglwald (FZK)
Versuchsgut
Scheyern (HMGU)
Ammer-Einzugsgebiet
Die Kooperation in den Observatorien beschränkt sich nicht
nur auf die sechs Helmholtz-Zentren. Auch Hochschulen,
weitere außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, Behörden und Nationalparks sind eng eingebunden.
Bereits heute hat sich TERENO zu einer
Klammer für die terrestrische Forschung
in Deutschland entwickelt, die bislang
getrennt laufende Aktivitäten zusammenführt.
Durch die Anbindung an weitere nationale und internationale
Netzwerke wird die Zusammenarbeit auf europäischer und
globaler Ebene kontinuierlich ausgeweitet. So ist TERENO
beispielsweise Partner von ICOS-Deutschland, dem nationalen
Teil der europäischen Beobachtungsplattform zur Erforschung
des Kohlenstoffkreislaufes und der Treibhausgasemissionen.
Mit TERENO-MED und den Projekten WASCAL und DESERVE
entstehen enge Verbindungen zum Mittelmeerraum sowie
nach Westafrika und in den Nahen Osten.
Einfacher Zugriff:
Datenportal TEODOOR
Probennahme von
Seesedimenten
Klimastation
Wetterradar
Grundwassermessstelle
Abflussmessstation
Funkbasiertes
BodenfeuchteSensornetzwerk
Eddy-Kovarianz-Messturm
Regenscanner
SOILCanLysimeter
6
TERENO
Radiometer
Daten, die im Laufe des TERENO-Projekts erhoben werden,
werden über ein Internet-Portal in aufbereiteter Form
über das zentrale Internet-Portal TEODOOR veröffentlicht.
Sowohl TERENO-Wissenschaftler als auch externe Anwender können mit Hilfe von TEODOOR Daten themen- und
regionenspezifisch suchen, darstellen und herunterladen,
beispielsweise von Abfluss-, Klima- und Bodenfeuchte­
stationen. Darüber hinaus finden sich dort Informationen
zu Dissertationen und Publikationen, die im Zusammenhang mit TERENO entstehen.
TEODOOR
http://teodoor.icg.kfa-juelich.de/tereno-online-portalfolder/Tereno%20Online%20Data%20Portal
TERENO Data Policy
http://teodoor.icg.kfa-juelich.de/overview/downloads/
TERENO%20Data%20policy.pdf
Terrestrial Environment Observatories
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Observatorien
Observatorium Eifel/
Niederrheinische Bucht
Zwischen unberührter Natur und massiven Eingriffen des Menschen
Zentrales Forschungsgebiet des
Observatoriums Eifel/Niederrheinische Bucht
ist das Einzugsgebiet der Rur. Es umfasst
eine Fläche von 2354 Kilometern, die sehr
unterschiedlich genutzt wird: Die tiefer
gelegene Region im Norden ist dicht besiedelt
und wird intensiv landwirtschaftlich genutzt.
Die Mittel­gebirgszüge im Süden sind dagegen dünn besiedelt und verfügen
über mehrere wichtige Trinkwasserreservoire und Naherholungsgebiete.
Dort befindet sich auch der Nationalpark Eifel, der als Referenzgebiet für
eine vom Menschen weniger stark überformte Natur dient. Das Forschungs­
zentrum Jülich koordiniert das Observatorium, zahl­reiche Partner wie
Universitäten und Behörden sind beteiligt.
8
TERENO
Terrestrial Environment Observatories
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Früher warnen
› Observatorium Eifel/Niederrheinische Bucht
Rur-Einzugsgebiet
Im Fokus
Über das gesamte Einzugsgebiet der Rur sind Messstationen
verteilt. Diese decken Gebiete mit verschiedenen hydrologi­
schen Eigenschaften ab und erfassen beispielsweise Boden­
feuchte, Grundwasserstände sowie Wasser-, Stoff- und
Ener­gieflüsse.
Das bewaldete Einzugsgebiet des Wüstebachs, welches sich
im Nationalpark Eifel befindet, ist eine dieser Messstationen.
Die Wissenschaftler des TERENO-Observatoriums untersuchen
dort mit einer Vielzahl von meteorologischen, bodenkund­
lichen und hydrologischen Sensoren den Wasser- und Stoffkreislauf des Waldsystems. Ein 34 Meter hoher Turm wurde
errichtet, um die Treibhausgasflüsse zwischen dem Waldökosystem und der Atmosphäre zu erfassen. Eine besondere
Rolle spielt hierbei die Bilanzierung von Treibhausgasen, wie
zum Beispiel Kohlendioxid und Lachgas. Für den Klimawandel
spielt es eine große Rolle, ob und wie viel dieser Treibhausgase in Wäldern in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen
gespeichert oder in die Atmosphäre abgegeben werden. Des
Weiteren wird der Turm zur Beobachtung von Fledermäusen
und als Plattform für einen Regenscanner genutzt.
Die Messstation Wüstebach wie auch die Messstationen
Selhausen und Rollesbroich sind Bestandteil der europäischen
Forschungsinfrastrukur ICOS (Integrated Carbon Observation
System), die das Ziel hat, eine langfristige Bilanzierung der
Treibhausgasflüsse für Europa zu erstellen [siehe Seite 28].
Enge Kooperation mit dem
Transregio 32
LTER-D-Forschungsstation
Wüstebach im Nationalpark Eifel
Was das Einzugsgebiet des Wüstebachs besonders interes­sant
macht, ist eine Entscheidung der Nationalpark-Verwaltung:
Sie wandelt den Fichtenwald, der bisher der Holzproduktion
diente, in einen naturnahen Laubmischwald um. Die Jülicher
Wissenschaftler begleiten diesen Prozess gemeinsam mit
Kollegen der Universitäten Bonn, Aachen und Trier. Sie
verfolgen über einen Zeitraum von über 15 Jahren, was die
Umwandlung für den Boden, die Wasserqualität und die
Austauschprozesse mit der Atmosphäre, aber auch für die
Artenvielfalt bedeutet.
Funkbasiertes Netzwerk für Messdaten
Um die Auswirkungen der Waldveränderungen detailliert
untersuchen zu können, wurde ein neuartiges Sensornetzwerk
namens SoilNet installiert. Jülicher Wissenschaftler haben
es im Rahmen von TERENO entwickelt. Über 1000 Sensoren
bestimmen Bodenfeuchte und -temperatur in drei verschiedenen Tiefen und senden die Daten per Funk an eine Empfangsstation, die sie nahezu in Echtzeit an das Forschungszentrum
weiterleitet. Im Wüstebach-Gebiet befinden sich auch sechs
Lysimeter des TERENO-Netzwerks SoilCan [siehe Seite 26].
Das Projekt untersucht die Auswirkungen des Globalen Wandels
auf die Stoff- und Wasserflüsse im Boden, indem Böden
unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt
werden.
Bodenbeobachtung aus luftiger Höhe
Ungewöhnliche Wege gehen die TERENO-Forscher, um die
Strahlungstemperatur und damit den Wassergehalt des
Bodens eines Ackers bei Selhausen zu messen. An einem
20 Meter hohen umfunktionierten Baukran ist ein L-BandRadiometer angebracht. Der Vorteil: Es wird eine größere
Messfläche abgedeckt und am Kranausleger können zusätz­
liche Messgeräte installiert werden.
Die Wissenschaftler wollen unter anderem herausfinden, wie
die Bodenstruktur die Verdunstung beeinflusst. Ergänzt wird
die Messung durch ein mobiles Radiometer, das verschiedene
Ackerflächen untersucht. Die Messungen helfen darüber hinaus, die Daten des Satelliten SMOS (Soil Moisture and Ocean
Salinity) der europäischen Weltraumbehörde ESA zu validieren.
SMOS erstellt alle drei bis vier Tage eine globale Karte der
Bodenfeuchte. Selhausen ist außerdem mit 24 Lysimetern ein
wichtiger Standort für das SoilCan-Netzwerk.
Am TERENO-Standort Rollesbroich sind gleich mehrere in­ter­
nationale Kooperationen beteiligt. Die Bodenfeuchte­station
ist Teil des weltweiten COSMOS-Netzwerks, in welchen die
kosmische Strahlung zur nicht-invasiven Bestimmung der
Bodenfeuchte genutzt wird. Weiterhin befindet sich hier eine
mikrometeorologische Station, die Energie-, Wasser- und
CO2-Flüsse bestimmt und zum europäischen ICOS-Netzwerk
gehört. In Rollesbroich wurden außerdem 200 Messpunkte
des Bodenfeuchte-Sensornetzwerks SoilNet installiert sowie
sechs Lysimeter des SoilCan-Netzwerks.
Ein wichtiger Bestandteil des Observatoriums Eifel/
Nieder­rheinische Bucht ist das Jülicher Wetterradar. Der
34 Meter hohe Radarturm befindet sich auf der 290 Meter
hohen Sophienhöhe, welche als Abraumhalde eines Tagebaus die Umgebung inselbergartig überragt und somit
einen idealen Standort für das Wetterradar darstellt. Die
Anlage hat 1,4 Millionen Euro gekostet und ist damit eine
der bedeutendsten Investitionen im Rahmen von TERENO.
Mit dem Wetterradar lassen sich regionale Niederschläge
im Umkreis von 100 Kilometern genauer messen als
bisher. Die Wissenschaftler können den Ort auf 200 Meter
genau eingrenzen und außerdem vorhersagen, ob es
regnen, schneien oder hageln wird. Vergleichbare Anlagen
geben nur Auskunft, ob es Niederschlag gibt, aber nicht in
welcher Form. Von den Wetterdaten profitieren auch andere Einrichtungen: So ist das Radar unter anderem mit dem
baugleichen Wetterradar des Meteorologischen Instituts
der Universität Bonn vernetzt. Auch mit dem Deutschen
Wetterdienst (DWD) arbeiten die Forscher zusammen.
Das Wetterradar verbessert darüber hinaus den Schutz
vor Unwettern und Hochwasser. Gerade in der Eifel gab es
in den letzten Jahren immer wieder lokale Überschwemmungen mit Sachschäden. Die Daten des Wetterradars
fließen in ein hydrologisches Modell zur Vorhersage von
Hochwasserereignissen ein. Die Jülicher Wissenschaftler
kooperieren hierbei mit den lokalen Wasserverbänden
Erftverband und Wasserverband Eifel-Rur, die auf Basis
der Vorhersagen ihre Infrastruktur, wie Schleusentore
oder Pumpstationen, besser steuern können.
Aktuelle Niederschlagsbilder des Wetterradars:
http://teodoor.icg.kfa-juelich.de/overview-de
Ein Vorbild für eine gelungene Kooperation ist die
Partner­schaft des Observatoriums Eifel/Niederrheinische
Bucht mit dem Transregio 32, dem Sonderforschungsbereich „Patterns in Soil-Vegetation-Atmosphere Systems“ an
den Universitäten Bonn, Aachen und Köln. Die Deutsche
Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den Transregio
seit 2007. Er untersucht den Austausch von Energie und
Stoffen zwischen Boden und Atmosphäre in Abhängigkeit
vom Landschaftsmuster. So sind die Austauschprozesse
etwa für Kohlendioxid und Wasserdampf über einem
platten Acker anders als in einem Wald in den Bergen und
reichen in unterschiedliche Höhen.
Die Wissenschaftler des Transregio 32 haben auf diese
Weise Zugriff auf hochmoderne Messeinrichtungen.
http://tr32.uni-koeln.de/index.php
10
TERENO
Terrestrial Environment Observatories
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Observatorien
Observatorium Harz/
Mitteldeutsches Tiefland
Der Einfluss von Klimawandel und Landnutzung auf die Artenvielfalt
„Bo. Feritas inverrum sit, ut la cor mi, que cullis autem
et inis quatintem faccum quae remporruptam nate pari
ulparis con pligendites incias duciis simporum“
Das Observatorium Harz/Mitteldeutsches
Tief­land umfasst verschiedene für Mittel­deutsch­land charakteristische Landschafts­
typen: vom Harz als Mittelgebirge im Westen
des Observatoriums über den Flusslauf der
Elbe mit seinen Auengebieten im Osten, von
landwirtschaftlich dominiertenRegionen
bis hin zu großen Siedlungsregionen wie Leipzig und Halle. Entsprechend
groß sind die Unterschiede hinsichtlich der Landnutzung, der Urbanität
und der Empfindlichkeit gegenüber klimatischen Veränderungen. In den
letzten Jahrzehnten ließen sich in der Region erste Einflüsse klimatischer
Veränderungen beobachten – einige Gebiete leiden zunehmend unter
Trockenheit, während sich für die Wintermonate Anstiege in den Nieder­
schlägen zeigten. Die Jahresmitteltemperatur stieg um 0,5 bis 1,5 Grad
Celsius. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ koordiniert
das Observatorium.
12
TERENO
Terrestrial Environment Observatories
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› Observatorium Harz/Mitteldeutsches Tiefland
Im Fokus
Basierend auf den Schwerpunkten der Umweltforschung am
UFZ stehen Wasserforschung, Bodenforschung, Biodiversitätsforschung sowie sozialwissenschaftliche Aspekte im Zentrum
des TERENO-Observatoriums Harz/Mitteldeutsches Tiefland.
Die Monitoring- und Forschungsaktivitäten konzentrieren sich
auf vier Bereiche. Das Einzugsgebiet des Flusses Bode und die
Zusammenhänge zwischen Klima, Landnutzung und Wasserhaushalt im Einzugsgebiet untersuchen die Wissenschaftler in
einem hydrologischen Observatorium. Die Einflüsse von Klimawandel und veränderter Landnutzung auf die Artenvielfalt
von Pflanzen und Tieren werden in zwei Gebieten erforscht:
entlang des Verlaufes der Bode bis in die Magdeburger Börde
und in einem Abschnitt von Leipzig über Halle bis zum Harz.
Eine spezielle Auenplattform umfasst den Lauf der Elbe von
der sächsischen Landesgrenze bis nach Magdeburg. Dort
untersuchen die Forscher Einflüsse von Klimaeffekten auf
die hydrologisch extremen und besonders sensiblen Lebensräume der Flussauen. Im Stadtgebiet von Leipzig geht es
um die Wechselwirkungen zwischen Stadtklima und urbanen
Prozessen.
Hydrologisches Observatorium an der Bode
Das Einzugsgebiet des Flusses Bode ist eines der am intensivsten mit meteorologischen und hydrologischen Messeinrichtungen ausgestatteten Einzugsgebiete Deutschlands.
Der Deutsche Wetterdienst und der Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt betreiben
seit vielen Jahren ein dichtes Netzwerk zur Messung meteo­
rologischer Daten sowie von Abflüssen. In diesem Gebiet
wurde nun das hydrologische Observatorium des TERENOStandortes Harz/Mitteldeutsches Tiefland eingerichtet.
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TERENO
Talsperrenobservatorium Rappbode
Bode-Einzugsgebiet
Versuchsstation
Bad Lauchstädt
Im Rahmen von TERENO haben UFZ-Wissenschaftler an
verschiedenen Abflusspegeln Online-Messstationen zum Monitoring der Wasserqualität installiert. Die Stationen werden
ergänzt durch ein Niederschlagsradar und Wetterstationen in
für Modellstudien relevanten Regionen des Einzugsgebietes.
In derzeit fünf ausgewählten, maximal wenige Quadratkilometer großen Gebieten entstanden darüber hinaus IntensivMessstandorte, um spezielle hydrologische Fragestellungen
und Stoffumsatzprozesse im Detail zu untersuchen.
Um die Flüsse von Energie, Wasser und Spurengasen zwischen
Boden und Atmosphäre geht es am Waldstandort „Hohes
Holz“. An einem Abschnitt der Selke, einem Nebenfluss der
Bode, erforschen Wissenschaftler detailliert die Dynamik von
Wasser und Stoffen in der Grenzzone zwischen dem fließenden Wasser, dem Gewässersediment und dem Grundwasser.
Gemeinsam mit der Hochschule Magdeburg-Stendal baut
das UFZ im Schäfertal-Einzugsgebiet eine Infrastruktur zum
mehrskaligen Monitoring der Bodenfeuchtedynamik auf.
Die kontinuierlichen automatischen Messungen werden
durch regelmäßige geophysikalische Messkampagnen sowie
flugzeug- und satellitenbasierte Fernerkundung unterstützt.
Im Sauerbach-Gebiet in der Magdeburger Börde beschäftigen
sich die Forscher mit Wasser- und Stoffflüssen in einem landwirtschaftlich intensiv genutzten Kleineinzugsgebiet.
Die Rappbodetalsperre ist die größte Trinkwassertalsperre
Deutschlands. Sie dient der Trinkwasserversorgung von über
einer Million Menschen in Mitteldeutschland. Drei Hauptzuflüsse, die ebenfalls durch kleinere Vorsperren gestaut sind,
speisen die Talsperre: die Bode, die Hassel und die Rappbode.
Deren Einzugsgebiete zeichnen sich durch verschiedene Landnutzungen aus. Das führt dazu, dass deutlich unterschiedliche
Nährstoffe und unterschiedliche Mengen an gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC – dissolved organic carbon) zu den
Talsperren gelangen. In dem Talsperrenobservatorium wollen
die TERENO-Forscher die komplexen Interaktionen zwischen
den Einzugsgebieten und der Wasserqualität in den Talsperren
quantitativ erfassen und im Detail besser verstehen. Dabei
liegt ein besonderer Fokus auf dem Export von Kohlenstoff
und Nährstoffen aus dem Einzugsgebiet sowie der Feststellung der relevanten Steuergrößen für diese Stoffflüsse in die
Talsperren. Weitere Untersuchungen konzentrieren sich auf
den Umsatz von Nährstoffen und organischem Kohlenstoff in
den limnischen Ökosystemen.
DOC-Konzentration beeinträchtigt Wasserqualität
Ein zentrales Forschungsthema ist die Dynamik von gelösten
organischen Stoffen in Trinkwassertalsperren. In der Rapp­
bodetalsperre wurde während der letzten 20 Jahre ein stetiger
Anstieg der Konzentrationen von gelöstem organischem
Kohlenstoff beobachtet. Dieser führt zu einer Verminderung
der Wasserqualität und zu erhöhten Aufwendungen bei der
Wasseraufbereitung.
Die Dynamik verschiedener physikalischer, chemischer und
biologischer Parameter beobachten die Forscher kontinuierlich
derzeit an neun Messpunkten. Die Stationen befinden sich
an allen Zuflüssen zum Talsperrensystem, den Verbindungen
zwischen den Vorsperren und der Hauptsperre sowie in der
Hauptsperre und deren Ablauf. Die Arbeiten finden in enger
Kooperation mit dem Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt und
der Fernwasserversorgung Elbe-Ostharz statt.
Biodiversitätsforschung
Biodiversität bezeichnet die biologische Vielfalt auf der
Ebene von Ökosystemen und Lebensgemeinschaften
bis hin zur genetischen Diversität von Arten. Die Bio­
diversitätsforschung in TERENO untersucht, wie sich
Klima- und Landnutzungswandel auswirken auf:
■■ die
auf genetischer Variation beruhende lokale
Anpassung von Populationen einer Art,
■■ die
Populationsgenetik von Pflanzen,
■■ die
Verbreitungsgebiete von Arten einschließlich
möglicher Veränderungen von Lebensgemeinschaften
■■ ganze
Lebensgemeinschaften, inklusive der Konsequenzen für Ökosystemfunktionen und Dienstleistungen, wie etwa Erosionsschutz, Bestäubung,
CO2-Fixierung.
Ziel ist es, die Biodiversität und ihre Funktion für die
zen­tralen Ökosysteme und Landschaften in Bezug auf
Umweltfaktoren wie Temperatur, Niederschlag und
Landnutzung zu erfassen. Darauf aufbauend wollen die
Forscher Konzepte für die nachhaltige Nutzung von Ökosystemen und Landschaften entwickeln. Außerdem sollen
Grundlagen für Managementoptionen geschaffen werden.
Den Globalen Wandel nachbilden
Für die Beobachtung und das Monitoring von Arten
und Lebensgemeinschaften können die TERENO-Wissenschaftler auf ein Netzwerk von Untersuchungsflächen zurückgreifen. Zusätzliche experimentelle Untersuchungen
in der Forschungsstation Bad Lauchstädt ermöglichen
es darüber hinaus, verschiedene Szenarien des Globalen
Wandels nachzubilden – etwa mit der Global Change
Experimental Facility (GCEF), einer Versuchsanlage zur
gezielten Erfassung der Einflüsse von Klima- und Landnutzungswandel auf die Umwelt.
Terrestrial Environment Observatories
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Observatorien
„Bo. Feritas inverrum sit, ut la cor mi, que cullis autem et
inis quatintem faccum quae remporruptam nate pari ulparis
con pligendites incias duciis simporum“
Observatorium
Nordostdeutsches Tiefland
Zukunftsprognosen entwickeln mit Daten aus Vergangenheit und Gegenwart
Das nordostdeutsche Tiefland zählt zu den
am stärksten vom Klimawandel betroffenen
Regionen Deutschlands. Dort macht sich
bereits heute der Einfluss zunehmender
Trockenheit bemerkbar, der den zahlreichen
Seen und Mooren zusetzt. Das TERENOObservatorium umfasst das Einzugsgebiet
der Ucker, den Müritz-Nationalpark, das
Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin sowie den Kalibrations- und
Validationsstandort DEMMIN des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
(DLR). Das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam und das Earth
Observation Center (EOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
(DLR) koordinieren das Observatorium und arbeiten eng mit Universitäten und
Forschungseinrichtungen zusammen. Eine Besonderheit der Aktivitäten: die
Einbindung von Geoarchiven. Die Forscher wollen Daten zur Klimaentwicklung
in Vergangenheit und Gegenwart sammeln, kombinieren und daraus
verbesserte Vorhersagen für die Zukunft ableiten.
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TERENO
Terrestrial Environment Observatories
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› Observatorium Nordostdeutsches Tiefland
Dauertestfeld DEMMIN (DLR)
Ucker-Einzugsgebiet
Müritz-Nationalpark
Im Fokus
Neben der Rekonstruktion von Klimadynamik und Landschaftsentwicklung konzentrieren sich die Arbeiten im
Observatorium Nordostdeutsche Tiefebene auf drei weitere
Kernbereiche: Fernerkundung, Hydrologie, Geopedologie.
Ein wichtiges Untersuchungsgebiet ist der 1990 gegründete
Müritz-Nationalpark, mit 322 Quadratkilometern einer der
größten seiner Art in Deutschland. Die Landschaft ist jung
und wurde von drei Eiszeiten geformt, zuletzt bis vor etwa
17.000 Jahren. Neben Waldgebieten finden sich dort zahlreiche Seen sowie Moore.
Im Osten grenzt an den Müritz-Nationalpark das Einzugsgebiet der Ucker, südlich davon liegt das Biosphärenreservat
Schorfheide-Chorin. Interessant sind diese Regionen wegen
der unterschiedlichen Nutzung. Anders als beim Müritz-Nationalpark sind die Eingriffe durch den Menschen in den beiden
anderen Gebieten größer. In der Schorfheide wird der Wald
durch Buchen und Kiefern dominiert, die Landnutzung ist moderat und durch ökologische Landwirtschaft geprägt. Große
Teile des Einzugsgebiets der Ucker werden dagegen intensiv
landwirtschaftlich genutzt.
Natürliche Archive geben wichtige Hinweise
Durch den Vergleich der unterschiedlichen Gebiete lässt
sich besser abschätzen, ob Veränderungen auf den Globalen
Wandel, auf kurzfristige natürliche Schwankungen oder auf
Eingriffe der Land- und Forstwirtschaft zurückzuführen sind.
Beispielsweise sind bei vielen Seen der Region die Seewasserspiegel in den letzten 30 Jahren um über einen Meter
gesunken. Natürliche Archive wie Seesedimente oder Baumjahresringe geben Hinweise, wie die Seespiegel
auf veränderte Umweltbedingungen
reagiert haben – in den letzten
Jahrhunderten bis hin zu einem
Zeitraum von einigen Jahrtau1611 AD
senden. Baumjahresringe
sowie andere physikalische und chemische
Eigenschaften verraten
1550 AD
beispielsweise etwas
über trockenere und
feuchtere Perioden
sowie über extreme
Klimaereignisse.
18
TERENO
1484 AD
Biosphärenreservat
Schorfheide-Chorin
Die dazu verwendeten Bäume aus dem Bestand des MüritzNationalparks sind bis zu 500 Jahre alt.
Die Forscher analysieren nicht nur Seesedimente und Baumjahresringe, sondern entnehmen und untersuchen darüber
hinaus Proben von archäologischen und fossilen Hölzern sowie
von Paläoböden. Weitere hilfreiche Archive sind auch Überlieferungen des Menschen, die über das historische Wetter
berichten sowie Fernerkundungs-Datenbanken.
Die große Herausforderung besteht darin, Informationen aus
der Vergangenheit mit Daten und Prozessen in Verbindung zu
bringen, die in den TERENO Observatorien gegenwärtig erfasst
werden. Die Verknüpfung soll neue Klimamodelle und bessere
langfristige Klimaprognosen ermöglichen. Im Observatorium
Nordostdeutsche Tiefebene führen Wissenschaftler verschiedene Langzeitmessungen in Wald-, Grünland- und Ackerböden
durch, beispielsweise zur Wasserverdunstung durch Pflanzen
und von der Bodenoberfläche. Gemeinsam mit Partnern von
Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen
untersuchen sie den Stoff- und Energiehaushalt von Böden
und die Austauschprozesse mit der Atmo- und Hydrosphäre.
Im Rahmen von TERENO-SOILCan wurden beispielsweise
sechs Lysimeter im Versuchsfeld Dedelow installiert, welches
das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF)
betreibt.
Testfeld DEMMIN
Etwa 180 km nördlich von Berlin betreibt das Earth Observa­
tion Center (EOC) des DLR seit 1999 das Testfeld DEMMIN
(Durable Environmental Multidisciplinary Monitoring Infor­
mation Network) zur Kalibrierung und Validierung von Fern­
erkundungsmissionen und -daten auf einer Fläche von 50
mal 50 Kilometern. Partner ist die Interessengemeinschaft
Demmin (IG Demmin), ein Zusammenschluss von Landwirten.
Das im Testfeld von der IG Demmin bewirtschaftete Gebiet
ist 30.000 Hektar groß. Die Forscher erfassen dort Umweltdaten zur Vegetation, zum Boden und zu Austauschprozessen
zwischen Boden und Atmosphäre, um diese in-Situ-Daten
mit flugzeug- und satellitengestützten Informationen aus der
Fernerkundung zu vergleichen. Diese Studien lassen sich auf
Gebiete übertragen, für die entsprechende Fernerkundungs­
informationen vorliegen, um daraus Erkenntnisse über den
dort vorhandenen Umweltzustand zu gewinnen.
2004 installierte das DLR ein agrarmeteorologisches Wettermessnetz, das unter anderem die detaillierte Messung von
Niederschlägen, Strahlungsparametern sowie Bodenfeuchte
und -temperatur erlaubt. Zusätzlich ermöglichen sogenannte
Corner-Reflektoren die Eichung von Radarsignalen. Damit
können die Forscher unter anderem Austauschprozesse von
Wasser in Abhängigkeit vom Wetter studieren. Im Rahmen von
TERENO-SOILCan wurde das Wettermessnetz um sechs Lysimeter ergänzt. Mit diesen Messgeräten vor Ort erhalten die
Wissenschaftler Werte über lokale Wasser- und Stoffbilanzen.
Zugleich können die Fernerkundungsdaten mit den zeitgleich
gemessenen Werten am Boden verglichen werden. Diese
bilden eine wichtige Grundlage dafür, dass Fernerkundungsdatenprodukte entwickelt und in Umweltmodelle integriert
werden können.
CO2-Bilanz mit CarboZALF
Nur etwa 45 Prozent des vom Menschen produzierten
Kohlendioxids (CO2) wandert in die Atmosphäre. Der Rest
wird in den Meeren, im Boden und in Pflanzen gespeichert. Wie das im Detail geschieht und welche Landschaften Quellen oder Senken für CO2 sind, ist weitgehend
unbekannt. Mit dieser Problematik beschäftigt sich
CarboZALF, ein Feldlabor des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF), das im TERENO-Observatorium Nordostdeutsches Tiefland liegt. Dabei arbeitet
das ZALF eng mit dem GFZ und der Universität Potsdam
zusammen. Ziel ist es, eine ganzheitliche CO2-Bilanz für
bestimmte Landschaftsformen zu erstellen.
Ein Beispiel, das besonders die Region des TERENOObservatoriums Nordost betrifft: Moore geben CO2 in
die Atmosphäre ab. Dieser Prozess ließe sich durch eine
Flutung der Moore stoppen. Doch dabei wird das noch
schädlichere Treibhausgas Methan freigesetzt. Wären die
dafür verantwortlichen Faktoren verstanden, ließe sich
die Methanbildung unter Umständen umgehen. Darüber
hinaus wollen die Forscher herausfinden, wie sich der
zunehmende Anbau von Pflanzen zur Gewinnung von
Biotreibstoff auf die CO2-Bilanz auswirken wird.
Die Lysimeter-Station in Dedelow liefert für das Projekt
wichtige Grundlagendaten für Wasser- und Stoffbilanzen.
Drei der sechs installierten Lysimeter entstammen dabei
der CarboZALF-Experimentalfläche. Mittels Absorption
von Laserlicht in der Luft wollen die Forscher außerdem
herausfinden, wie Kohlendioxid, Methan und andere Spurengase aus Gewässern oder aus dem Boden aus­dünsten.
Die Uni Potsdam und das GFZ entwickeln hierfür ein
neues Infrarot-Absorptions-Spektrometer.
Terrestrial Environment Observatories
19
Observatorien
Observatorium
Bayerische Alpen/Voralpen
Besonders sensibel für Folgen des Klimawandels
„Bo. Feritas inverrum sit, ut la cor mi, que cullis autem
et inis quatintem faccum quae remporruptam nate pari
Gletscherschmelzen, Überflutungen und
Hangrutschungen sind deutliche Signale:
Bergregionen reagieren besonders sensibel
auf die Auswirkungen des Klimawandels.
Nicht nur das macht das Observatorium
Bayerische Alpen/Voralpen wichtig für die
Klimaforschung. Das Einzugsgebiet der
Ammer im Süden Bayerns zeichnet sich durch eine komplexe Topographie
aus. Entsprechend groß sind die Unterschiede hinsichtlich Boden, Klima und
Landnutzung sowie Niederschlag. Über hilfreiche Langzeitdaten verfügen
die Forschungsplattform Höglwald und das Versuchsgut Scheyern, die seit
mehr als 20 Jahren betrieben werden. Das Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) und das Helmholtz Zentrum München (HMGU) koordinieren das
Observatorium.
ulparis con pligendites incias duciis simporum“
20
TERENO
Terrestrial Environment Observatories
21
› Observatorium Bayerische Alpen/Voralpen
Im Fokus
In der etwa 709 Quadratkilometer großen Ammer-Region
können die TERENO-Wissenschaftler Auswirkungen des Klimawandels auf völlig unterschiedliche Landschaften untersuchen. So liegt beispielsweise der höchste Punkt 2185 Meter
über dem Meer, der Abfluss in 533 Metern. Die langfristige
mittlere jährliche Niederschlagsmenge im nördlichen Teil
beträgt 1100 Millimeter pro Jahr, im südlichen Teil mit den
Gipfeln der Ammer Alpen mehr als 2000 Millimeter pro Jahr.
Die Forscher interessieren vor allem die Austauschvorgänge zwischen Boden und Atmosphäre bei kurzfristigen und
extremen Wetterereignissen. An drei Erhebungen entlang des
topographischen Profils – in den Orten Fendt, Rottenbuch und
Graswang – haben sie unter der Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Messstationen errichtet und unter
anderem mit Klimastationen, Eddy-Kovarianz-Systemen sowie
36 Lysimetern ausgestattet.
Im Visier der Forscher stehen unter anderem die Kreisläufe
und die Speicherung von Kohlenstoff und Stickstoff. Sie untersuchen den Austausch zwischen Biosphäre und Atmo­sphäre
– etwa von Energieflüssen und von Spurengasen wie Kohlen­
dioxid, Lachgas und Methan – und die besonders empfindliche
terrestrische Hydrologie in voralpinen Ökosystemen. Eine
wichtige Rolle spielen auch Vegetation, mikrobielle Artenvielfalt und zeitliche Dynamik des Materieumsatzes. Hier geht
es beispielsweise um die Frage, welche Zusammenhänge
zwischen Austauschprozessen und der Veränderung der Artenvielfalt bestehen.
Dauermessplattform
Höglwald (KIT)
Versuchsgut
Scheyern (HMGU)
Niederschlag exakter messen – mit Hilfe von Richtfunknetzen
Ammer-Einzugsgebiet
Ergänzt wird die Instrumentierung im Ammer-Einzugsgebiet
durch einen Regenscanner auf dem 950 Meter hohen Kirnberg. Das Mikrowellenradar misst den Niederschlag in einem
Umkreis von 50 Kilometern. Neben dem 16 Meter hohen Mast
steht ein kleinerer Mast, wo übliche Wetterdaten wie Wind
oder Temperatur aufgezeichnet werden. Solche Wetterstationen gibt es an allen anderen Standorten des Observatoriums.
Die TERENO-Forscher profitieren darüber hinaus von den
hydrometeorologischen Langzeitbeobachtungen der 1781
gegründeten Bergwetterstation auf dem Hohen Peißenberg,
die der Deutsche Wetterdienst betreibt.
TERENO
Die übliche Niederschlagsmessung liefert nur Mittelwerte,
was bei großen Unterschieden beim Regen und Schneefall
in den Alpen zu ungenau ist. Regenradar bietet zwar eine
hohe räumliche Auflösung, ist aber mitunter fehleranfällig. Richtfunkstrecken stellen den Datenverkehr zwischen
Basisstationen von Mobilfunkanbietern her. Die Antennen
tauschen Mikrowellensignale auf einer Frequenz von 10 bis
Forschungsplattform Höglwald
Forschungsbauernhof Scheyern
Rund 70 Kilometer nördlich vom Ammer-Einzugsgebiet und
etwa 40 Kilometer westlich von München befindet sich der
Höglwald. Der rund 100 Jahre alte Fichtenbestand ist Teil
einer Region, die durch eine Mischung aus bewaldeten und
intensiv genutzten landwirtschaftlichen Flächen geprägt ist.
Mit Hilfe der 1993 eingerichteten Forschungsplattform untersuchen Wissenschaftler den Austausch von Spurengasen,
insbesondere von Stickstoffverbindungen wie Lachgas oder
Ammoniak. Bekannt ist, dass der Höglwald mit Stickstoff
übersättigt ist, die Nitratbelastung des Sickerwassers ist
hoch, die Emissionen von Lachgas – einem gefährlichen
Klimakiller – sind ebenfalls überdurchschnittlich.
Immer höherer Ertrag auf immer kleinerer Fläche – die
An­forderungen an die Landwirtschaft sind enorm. Hinzu
kommt, dass die Produktion von Nahrungsmitteln die Umwelt
möglichst wenig belasten soll. Ob und wie dieser scheinbare
Widerspruch aufzulösen ist, untersuchen Wissenschaftler auf
dem Forschungsbauernhof Scheyern. Das 150 Hektar große
Klostergut liegt rund 40 Kilometer nördlich von München.
Die landwirtschaftlichen Flächen werden seit mehr als fünf
Jahrhunderten genutzt. In der Region treten die typischen
Probleme auf, die mit intensiver landwirtschaftlicher Nutzung
verbunden sind, beispielsweise Erosion, Grundwasserbelastung sowie Verarmung der Flora und Fauna. Seit 1990 erforschen Wissenschaftler in dem ehemaligen Benediktinerkloster
Methoden der umweltschonenden Landbewirtschaftung. Seit
2005 ist das Helmholtz-Zentrum München Pächter des Hofes.
Auf drei Untersuchungsflächen im Höglwald stehen vollautomatische Messsysteme, die ganzjährig den Austausch von
Treibhausgasen zwischen dem Boden und der Atmosphäre
erfassen. Messgeräte auf einem 50 Meter hohen Turm erfassen darüber hinaus Kohlendioxid und Wasserdampf.
22
Eine neue Messmethode soll helfen, Niederschlagsmengen
räumlich und zeitlich exakter zu erfassen. Das Forschungsvorhaben PROCEMA (Regional Precipitation Observation by
Cellular Network Microwave Attenuation and Application
to Water Resources Management) nutzt dafür ungewohnte
Mittel: Richtfunkstrecken von Mobilnetzbetreibern.
40 Gigahertz aus. Diese Signale werden bei Regen, Schnee
und Hagel geschwächt – ein Ärgernis für die Betreiber,
ein Glücksfall für die TERENO-Forscher. Denn aus der Abschwächung des Signals können sie sehr genau die Niederschlagsmenge in Richtung der Funkverbindung ableiten.
Seit 2010 zeichnen Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie die Stärke des Mikrowellensignals in
der Gegend von Garmisch-Partenkirchen minutengenau
auf. Partner ist der Mobilfunkausrüster Ericsson. Im Herbst
2010 kam auf der TERENO-Versuchsstation Fendt eine 650
Meter lange Teststrecke hinzu. Dort wird genau untersucht,
wie Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung und weitere
Parameter die Mikrowellensignale beeinflussen.
Klimaschutz und landwirtschaftlichen Ertrag
verbinden
In Scheyern arbeiten die Forscher an einer neuen Strategie,
um Ertrag und Klimaschutz unter einen Hut zu bringen, an sogenannten Agroforstsystemen. Die Idee: Bäume und Sträucher
sowie landwirtschaftliche Nutzpflanzen werden auf derselben
Fläche angebaut und zwar so, dass sie die Arbeitsgänge für
den Landwirt nicht erschweren. Es hat sich gezeigt, dass
Agroforstsysteme eine effizientere Wassernutzung erlauben
als herkömmliche Anbauformen. Möglicherweise bieten sie
Landwirten auch Chancen, Brachland zum Anbau zu nutzen
und dabei dennoch wertvolle Funktionen des Ökosystems zu
erhalten. Die Wissenschaftler hoffen zudem, dass durch die
gemischte Nutzung mehr Kohlendioxid im Boden gespeichert
wird. Agroforstsysteme könnten also den Treibhauseffekt
mildern.
Terrestrial Environment Observatories
23
Kooperation mit ESA und NASA
Die Messung der Bodenfeuchte auf den Kontinenten und des
Salzgehaltes in den oberen Schichten der Meere ist Ziel der
Satelliten-Mission SMOS (Soil Moisture & Ocean Salinity) der
Europäischen Weltraumagentur ESA. Beide Größen spielen
eine Schlüsselrolle im globalen Wasserkreislauf. Anders als
Tandem-L sendet der Satellit selbst keine Mikrowellen auf die
Erde. Er misst mit einem Radiometer die Strahlungstemperatur
der Erdoberfläche und ermittelt daraus die gesuchten Werte.
Das TERENO-Observatorium Eifel/Niederrheinische Bucht
sowie das DLR-Testfeld DEMMIN im TERENO-Observatorium
Nordostdeutsche Tiefebene sind zwei der europäischen Testgebiete für SMOS. Durch zeitgleiche Messungen am Boden
werden die Instrumente an Bord des Satelliten kalibriert und
Messungen validiert.
Die Bodenfeuchte noch genauer erfassen
Fernerkundung
Der Bodenfeuchte von oben auf den
Grund gehen
Flugzeug- und Satellitenmissionen sind wichtiger Bestandteil von TERENO
Fernerkundung ist längst eine wichtige und etablierte Messmethode der Klimaforschung.
Während mit Geräten am Boden zumeist nur Punktmessungen möglich sind, können aus
der Luft oder aus dem All große Flächen abgedeckt werden. Daher ist die Fernerkundung ein
wichtiger Bestandteil der TERENO-Obervatorien.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) führt
vom Standort Oberpfaffenhofen aus Messflüge zu allen vier
Observatorien durch. Mit einer Maschine vom Typ Dornier
228 werden aus etwa 2.800 Metern Höhe Radaraufnahmen
von den Untersuchungsgebieten gemacht. Die eigentliche
Herausforderung besteht darin, aus den gemessenen Radarwerten die genaue Bodenfeuchte zu ermitteln. Keine einfache
Aufgabe, denn Radarstrahlen reagieren sehr empfindlich auf
raue Oberflächen. Gepflügte Felder und unterschiedliche Vegetationsformen beeinflussen die Reflektion der Impulse. Um so
wichtiger ist der Abgleich mit den am Boden gemessenen Daten. Dadurch lassen sich die Auswerte-Algorithmen, mit denen
die Bodenfeuchte automatisch berechnet wird, optimieren.
Ein digitales 3D-Modell der Erde
Im Juni 2010 startete das DLR zusammen mit der Astrium
GmbH den Radar-Satelliten TanDEM-X. Gemeinsam mit seinem
24
TERENO
Zwilling TerraSAR-X vermisst er innerhalb von drei Jahren die
Erde. Aus den Daten entsteht ein digitales 3D-Höhenmodell
der Erdoberfläche. TERENO nutzt das Modell zur Geocodierung von Bilddaten und als Eingangsparameter für hydrologische Modellierungen. TanDEM-X liefert auch Informationen zur
Vegetationsstruktur, aufgrund der verwendeten Radarwellen
im X-Band allerdings ohne Höhenauflösung.
Diese wird die Mission Tandem-L liefern, die das DLR gemeinsam mit der amerikanischen Weltraumbehörde NASA vorbereitet. Auch sie nutzt zwei Radarsatelliten im Formationsflug.
Durch neue Entwicklungen, unter anderem bei der Antenne
und der Messtechnik, sowie den Einsatz von Mikrowellen
im langwelligeren Bereich kann Tandem-L dreidimensionale
Karten von Wäldern, Eis- und Schneegebieten mit nie dagewesener Genauigkeit und hoher Wiederholungsrate erstellen. Dadurch besteht erstmals die Möglichkeit, dynamische Prozesse
sehr exakt zu verfolgen, etwa die Aufforstung oder Degradation von Wäldern. Der Start des Satelliten ist für 2019 geplant.
Im Jahr 2014 soll die SMAP-Mission der NASA starten. SMAP
steht für Soil Moisture Active and Passive. SMAP wird die Bodenfeuchte und den Frost-/Tau-Zustand von Böden mit bislang
unerreichter Genauigkeit, Auflösung und Abdeckung erfassen.
Dafür ist der Satellit sowohl mit einem aktiven hochauflösenden Radar als auch mit einem Radiometer ausgestattet.
Die Wissenschaftler erhoffen sich von den Daten wichtige
Erkenntnisse, um die Prozesse bei Energie-, Wasser- und Kohlenstoffflüssen besser zu verstehen.
Gute Chancen für
Nachwuchsforscher
Anfang 2012 startete das Helmholtz-Kolleg „Mechanismen
und Interaktionen des Klimawandels in Bergregionen“
(MICMoR). Bis zu 25 Doktoranden erforschen künftig im
TERENO-Observatorium Bayerische Alpen/Voralpenland
die Auswirkungen des Klimawandels an den Schnittstellen von Atmosphäre, Biosphäre sowie Pedo- und Hydrosphäre. Das Kolleg, das die Helmholtz-Gemeinschaft
Deutscher Forschungszentren fördert, verbindet eine
interdisziplinäre Ausbildung mit der Vermittlung von
fachübergreifenden Kompetenzen. Angesiedelt ist es am
Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU)
des Karlsruher Instituts für Technologie.
Dr. Torsten Sachs vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam und Dr. Matthias Mauder vom IMK-IFU
sind bereits einen Schritt weiter. Sie forschen mit einer
eigenen Gruppe in den TERENO-Observatorien. Die
Helmholtz-Gemeinschaft stellt ihnen dafür über fünf Jahre
jeweils 250.000 Euro pro Jahr zur Verfügung. Außerdem
besteht die Option auf eine unbefristete Anstellung. Die
Helmholtz-Nachwuchsgrupppe von Torsten Sachs beschäftigt sich im Observatorium Nordostdeutsches Tiefland mit
dem Austausch der Treibhausgase CO2 und Methan mit
der Atmosphäre. Bei dem Projekt von Matthias Mauder
im Observatorium Bayerische Alpen/Voralpenland geht es
darum, alle für den Biosphären-Atmosphären-Austausch
relevanten Skalen zu erfassen, um so das Problem der
Energiebilanz (Bilanzlücke) zu lösen.
www.micmor.kit.edu
www.helmholtz.de/jobs_talente/postdoktoranden/
helmholtz_nachwuchsgruppen
Das TERENO-Observatorium Eifel/Niederrheinische Bucht
wurde von der NASA als Kalibrierungs- und Validierungsstandort für SMAP ausgewählt.
Hier muss unter anderem untersucht werden, wie sich die
Radiometer und aktives Radar am besten miteinander kombinieren lassen und welche Besonderheiten bei verschiedenen
Vegetationstypen beachtet werden müssen. Am TERENOStandort Selhausen haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich erste Erfahrung bei der Kombination dieser
Systeme gesammelt, die nun auch die NASA bei SMAP einsetzt. Darüber hinaus werden seit 2008 im Rur-Einzugsgebiet
Überflüge mit entsprechenden Sensoren durchgeführt.
Terrestrial Environment Observatories
25
Observatorium
Eifel/Niederrheinische
Bucht
Bayerische
Alpen/Voralpen
Standort
Stück
Selhausen
24
TERENO SOILCan
Weltweit größtes Lysimeter-Netzwerk
TERENO-SOILCan untersucht Stoff- und Wasserflüsse sowie -bilanzen
im Boden
Im Rahmen von TERENO-SOILCan haben Forscher der vier
TERENO-Observatorien 126 Lysimeter an 13 Standorten
nach einem einheitlichen Design aufgebaut. Damit ist es das
weltweit größte Netzwerk seiner Art. Mit SOILCan will TERENO
langfristige Datensätze zur klimawandelbedingten Veränderung terrestrischer Systeme gewinnen. Im Mittelpunkt der
Untersuchungen stehen Stoff- und Wasserflüsse beziehungsweise -bilanzen im Boden.
Die Herausforderungen
von SOILCan
der gekoppelten Kohlenstoff-StickstoffKreisläufe und deren Speicherdynamik
Die Lysimeter sind aus Edelstahl und besitzen eine Oberfläche von einem Quadratmeter und eine Länge von anderthalb
Metern. Die Forscher haben sie als Intensivmesseinrichtungen in die jeweiligen Untersuchungsstandorte der TERENOObservatorien integriert. Dabei wurden sowohl Lysimeter von
ackerbaulich genutzten Flächen als auch von Grünlandflächen
gewonnen.
Entlang eines Niederschlags- und Temperaturgradienten
haben die Wissenschaftler die Bodenkerne der Lysimeter, die
sogenannten Bodenmonolithe, deutschlandweit getauscht –
und zwar entsprechend dem prognostizierten Klimawandel für
die TERENO-Observatorien. Das bedeutet, dass die entnommenen Proben stets zu einer Station gebracht wurden, bei
der trockenere und wärmere Bedingungen herrschen. An den
zentralen Versuchsstandorten Selhausen mit atlantischem und
Bad Lauchstädt mit kontinentalem Klima wurden Lysimeter
aus allen vier Observatorien zusammengeführt.
720 mm
6
8°C 1150 mm
Wüstebach
6
7.5°C 1200 mm
Scheyern
6
7.4°C
803 mm
Fendt
18
8.2°C 1030 mm
Rottenbuch
12
5.5°C 1400 mm
6
4.5°C 1600 mm
B. Lauchstädt
Harz/MitteldeutSauerbach
sches Tiefland
Schäfertal
Bodenmonolithe deutschlandweit getauscht
10°C
Rollesbroich
Graswang
Nordostdeutsches Tiefland
Jahresmittelwerte Temperatur/
Niederschlag
18
8.8°C
487 mm
6
9°C
530 mm
6
6.9°C
630 mm
Demmin
6
8.1°C
555 mm
Dedelow
6
8.7°C
483 mm
Datenaustausch per Funk
Jedes SOILCan-Lysimeter hängt an drei sehr sensiblen Wägezellen, die die Erfassung der wichtigen Komponenten von
Wasserhaushalt, Verdunstung und Niederschlag zeitlich hoch
aufgelöst ermöglichen. Um Informationen über den Boden in
den Lysimetern zu erhalten, wurden verschiedene Sensoren
wie Tensiometer und Wassergehaltssonden zur Messung des
Wasserpotenzials und der Bodenfeuchte, Temperatursensoren
und Kohlendioxid-Gassensoren installiert. Die Lysimetersysteme sind voll automatisiert, Datenkommunikation und Überwachung laufen über modernste funkbasierte Technologien.
Um lokale klimatische Besonderheiten zu erfassen, haben die
Wissenschaftler in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Station
eine Wetterstation aufgestellt.
■■ Veränderungen
■■ Biosphären-Atmosphären-Austausch
von klima­
Enge Kooperation mit Klimaforschern
relevanten Spurengasen
Derartige Datensätze sind weltweit kaum verfügbar. Sie sind
jedoch unbedingt notwendig, um Modelle zu Austauschprozessen zwischen Biosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre
zu entwickeln und zu verbessern. Ausgangspunkt für das
Lysimeter-Netzwerk waren Vorarbeiten im Observatorium Bayerische Alpen/Voralpen, die das Institut für Meteorologie und
Klimaforschung (IMK-IFU) des Karlsruher Instituts für Technologie durchgeführt hatte. Das Klima-Feedback-Konzept des
IMK-IFU hat TERENO auf die übrigen Observatorien erweitert.
■■ Veränderungen
der Vegetation und Biodiversität
■■ Änderungen
aller Komponenten der terrestrischen
Hydrologie, wie beispielsweise Wasserbilanz,
Verdunstung, Niederschlagsvariabilität, Wasser­
rückhaltekapazität
■■ Überbrückung
des Skalensprungs von Punkt- zur
Feldskala (Up-Scaling)
TERENO arbeitet eng mit einer zweiten großen Forschungsaktivität der Helmholtz-Gemeinschaft zusammen, dem
Helmholtz-Verbund „Regionale Klimaänderungen“ (REKLIM).
Dieser untersucht ebenfalls die regionalen und lokalen Folgen
des Klimawandels. Im Fokus des Verbundes stehen unter
anderem Veränderungen der Bestandteile und Spurenstoffe
der Atmosphäre, der Eisbedeckung in den Polarregionen und
des Meeresspiegels. Die Wissenschaftler untersuchen hier
Prozesse in den Polargebieten, die das Klima beeinflussen,
Auswirkungen von Veränderungen der Landoberflächen und
Veränderungen von extremen Wetterereignissen.
www.reklim.de/en/home
26
TERENO
„TERENO ist wichtig, weil es eine große Unbekannte ins Visier
nimmt: die Rolle der Landoberflächen im regionalen Klimasystem. Wir haben viele Rückkopplungsprozesse zwischen
Atmosphäre und Landoberfläche noch gar nicht verstanden“,
sagt der wissenschaftliche Leiter von REKLIM, Prof. Peter
Lemke vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI). Genau diese Rückkopplungs-Mechanismen sind
auch Forschungsgegenstand des REKLIM-Themenbereichs
„Landoberflächen im Klimasystem“. Die Umweltdaten, die
die TERENO-Observatorien langfristig sammeln, sind genau
die Daten, die auch REKLIM benötigt. Sie helfen zugleich,
bestehende Klimamodelle zu überprüfen und zu verbessern.
Entsprechend eng arbeiten die beiden Initiativen zusammen.
Terrestrial Environment Observatories
27
Internationale Kooperationen (Auswahl)
■■ DIGISOIL
Collaborative Project
■■ ENTRANCE
HGF-JL – ENvironmental
TRANsition of Chinas Ecosystems
under predicted climate change
■■ ENVEurope
Project: Environmental
quality and pressures assessment
across Europe
■■ EXPEER
– Distributed Infrastructure
for Experimentation in Ecosystem
Research) coordinated by L‘Institut
National de la Recherche Agronomique – INRA (Dr. Abad Chabbi),
France
Internationale Kooperation
In der Mittelmeerregion entsteht ein Beobachtungsnetzwerk
Viele Anrainerstaaten des Mittelmeers haben immer wieder mit Dürren zu kämpfen. Wenn
es regnet, dann kommt es nicht selten zu Überflutungen, die den Boden mit sich fortreißen.
Der Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) warnt, dass Dürren
und Stark­regenereignisse insbesondere im Mittelmeerraum stärker zunehmen werden. Hinzu
kommt, dass in vielen Regionen durch zu hohen Wasserverbrauch der Grundwasserspiegel
sinkt. Ziel des neuen TERENO-Partnerprojekts ist es, ein hydrologisches Beobachtungsnetzwerk
aufzubauen, das diese und andere Aspekte des Wasserhaushalts künftig untersuchen soll.
28
TERENO
■■ PEER
■■ HOBE
– Center for Hydrology,
Denmark
■■ ICOS
– Integrated Carbon Observation System
■■ iSoil
– Interactions between soil
related sciences
■■ KLIMZUG-NORD
■■ LTER-Europe
– European Long-Term
Ecosystem Research Network
■■ NitroEurope
IP
Länderübergreifende Kooperation
TERENO-MED: Mediterrane
Wasserressourcen im Fokus
Das Projekt ist eine Kooperation des Helmholtz-Zentrums für
Umweltforschung - UFZ in Leipzig und des Forschungszentrums
Jülich, wobei das UFZ die Federführung übernommen hat.
Gemeinsam mit internationalen Partnern wollen die Wissenschaftler studieren, wie die Bevölkerungsentwicklung sowie der
wirtschaftliche, der Landnutzungs- und der Klimawandel auf
die Wasserressourcen im Mittelmeerraum wirken. Für TERENOMED sollen in repräsentativen Regionen des Mittelmeerraumes
acht bis zehn Observatorien eingerichtet werden. Mögliche
Standorte sind Südfrankreich, Spanien, Italien, Griechenland,
Zypern, Türkei, aber auch Länder in Nordafrika und im Nahen
Osten. Die Planungs- und Startphase läuft bis 2013.
■■ FLUXNET
6,8 Millionen Euro Fördermittel erhält das TERENO-MED-Projekt. Damit kann die Grundausstattung mit Messeinrichtungen
wie Wetter- und Bodenfeuchtestationen, Grundwassermessstellen oder Abflusspegel finanziert werden, um maßgebliche
hydrologische und meteorologische Parameter zu erfassen
– aber auch Spezialmessgeräte, um besondere Probleme in
den betreffenden Regionen zu untersuchen, etwa in Hinblick
auf die Wasserqualität. Das Projekt kann dazu beitragen,
Lösungen und Managementstrategien für Problemregionen zu
erarbeiten – und damit helfen, die Richtlinie der Europäischen
Kommission gegen Wasserknappheit und Dürren sowie die
Ziele des EU-Programms „Horizon 2020“ umzusetzen.
In Frankreich haben sich bereits eine Reihe von Forschungsinitiativen mit dem Thema „Umweltraum Mittelmeer“ zum
„MISTRALS“-Verbund zusammengeschlossen. Hierzu gehört
das Projekt SICMED, das Landnutzungsänderungen und Effekte auf Ökologie und Wasser beobachtet und TERENO-MED
ähnelt: Beide Forschungskonsortien wollen Lösungsstrategien
für eine nachhaltige Entwicklung der Mittelmeerregion entwickeln und streben eine verstärkte Zusammenarbeit an.
ICOS identifiziert Kohlenstoff-Quellen und
-Senken in Europa
Böden und Pflanzen geben Spurengase wie etwa
Kohlenstoffdioxid an die Luft ab. Nicht nur die TERENOWissenschaftler wollen herausfinden, wie Veränderungen
von Landnutzung und Klima diese biogenen Emissionen
beeinflussen und welche Folgen dieser Einfluss wiederum
auf das Klima hat. In dem europäischen Forschungsverbund ICOS (Integrated Carbon Observation System)
haben sich Klimaforscher zusammengeschlossen, um ein
flächendeckendes Netz aus Messstationen aufzubauen.
Das Projekt identifiziert in Europa und angrenzenden
Regionen detailliert die Quellen und Senken für Kohlendioxid und andere Treibhausgase. Dabei geht es auch um
die Frage, welche Rolle Boden, Wald und Meer im globalen
Kohlenstoffkreislauf spielen. Die Observatorien von TERENO tragen durch ihre bereits bestehende Infrastruktur
wesentlich zu dem einzigartigen Projekt bei.
www.icos-infrastructure.eu
– Partnership for European
Environmental Research
■■ PROCEMA
HGF-VI – Regional
Precipitation Observation by Cellular
Network Microwave Attenuation
and Application to Water Resources
Management
■■ RSSC-West-Africa
– “Regional Science Service Center for West Africa”
■■ SMOS
– Soil Moisture and Ocean
Salinity, Mission der Europäischen
Raumfahrtbehörde ESA
■■ WESS
– Joint Research Centre Water
& Earth System Science
Forschen im natürlichen Landschaftslabor
Das Virtuelle Institut ICLEA am TERENO-Observatorium
Nordostdeutsches Tiefland bringt deutsche und polnische
Wissenschaftler zusammen. ICLEA steht für Institute of
Integrated Climate and Landscape Evolution Analyses.
Gemeinsam wollen die Forscher die Folgen des Globalen
Wandels für die Entwicklung des NordostdeutschenPolnischen Tieflands seit seiner Entstehung am Ende
der letzten Eiszeit besser verstehen. Insbesondere geht
es dabei um die Wechselwirkung der natürlichen und
anthropogenen Prozesse, die diese Entwicklung steuern.
Das neuartige Konzept von ICLEA verknüpft aktuelle
hydrologische und klimatische Messdaten, die durch
TERENO-Infrastruktur erarbeitet werden, mit langen Zeitreihen aus natürlichen Klima- und Umweltarchiven sowie
mit historischen Fernerkundungsdaten.
www.iclea.de
EXPEER treibt europäische Vernetzung voran
Klimaveränderungen wirken sich ganz unterschiedlich auf
verschiedene Ökosysteme wie Wälder, Weiden, Ackerflächen oder Flusslandschaften aus. Deren Erforschung auf
europäischer Ebene treibt EXPEER (Distributed Infrastructure for Experimentation in Ecosystem Research) voran.
Das Vorhaben der Europäischen Union bringt Einrichtungen zusammen, die sich mit terrestrischer Ökosystemforschung beschäftigen. Auch TERENO beteiligt sich an dem
europaweiten Netzwerk, das aufeinander abgestimmte
Forschung sowie gemeinsame Nutzung von erhobenen Daten ermöglicht. Wissenschaftler des Forschungszentrums
Jülich entwickeln beispielsweise im Rahmen von EXPEER
Methoden, um die lokalen Daten der EXPEER-Observato­
rien mit Hilfe von Fernerkundungsdaten und Modellen auf
größere Räume in Europa zu übertragen.
www.expeer.fr
Terrestrial Environment Observatories
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Organisation
Für den Klimawandel wappnen
TERENO
Das internationale Großprojekt WASCAL unterstützt Westafrika
und will von TERENO lernen.
Wissenschaftlicher
Lenkungsausschuss
Westafrika ist vom Klimawandel besonders stark betroffen. Dürreperioden reihen sich an
Jahre mit schweren Überschwemmungen. Know-how aus Deutschland hilft den betroffenen
Ländern, sich für die Folgen des Klimawandels besser zu wappnen. TERENO unterstützt
das internationale Großprojekt „West African Science Service Center on Climate Change and
Adapted Land Use“, kurz WASCAL.
Die Trockenzeiten in Westafrika werden länger, sowohl die
Variabilität des Niederschlages als auch die Niederschlags­
ex­treme nehmen zu – ein riesiges Problem für die Landwirtschaft. Die Farmer sind in ihrer Existenz bedroht, Hunger
und Armut sind die Folgen. Der Aufbau großer Datenbanken
sowie die Auswertung dieser Daten bezüglich Klima und
Landnutzung sollen westafrikanischen Wissenschaftlern und
Politikern helfen, die Nahrungsmittelversorgung unter veränderten Klima­bedingungen zu sichern. Dafür stärkt WASCAL
die Klima- und Umweltforschung vor Ort, bündelt die vorhandene Expertise aller Partner und vernetzt die afrikanischen
Wissenschafter untereinander und international.
Daran beteiligt sind zehn westafrikanische Länder: Benin,
Burkina Faso, Elfenbeinküste, Gambia, Ghana, Mali, Niger,
Nigeria, Senegal und Togo. Langfristig sollen die Partnerländer
die vollständige Verantwortung für das Projekt übernehmen.
WASCAL besteht aus drei Säulen: einem Kompetenzzentrum
vor Ort, einem Forschungsprogramm und einem Graduiertenprogramm. Die Koordination liegt beim Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt.
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TERENO
Vorbild TERENO
TERENO hat eine Vorbildfunktion für das Vorhaben. Hinter
beiden Initiativen steht die Idee, terrestrische Ob­ser­­vatorien
einzurichten, um mit Hilfe von Langzeitdaten verbesserte
Klimavorhersagen zu entwickeln und Anpassungsmaßnahmen
abzuleiten. Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung
des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) unterstützt im
Rahmen von WASCAL den Aufbau eines hydroklimatologischen Messnetzwerks, das Deutsche Zentrum für Luft- und
Raumfahrt übernimmt den Part der Fernerkundung. Das
Forschungszentrum Jülich und das ZEF entwickeln gemeinsam das Datenmanagementsystem für WASCAL – nach dem
Vorbild des TERENO-Systems.
www.wascal.org
Der Wissenschaftliche Lenkungsausschuss legt Ziele, strategische Planung
sowie Prioritäten fest und entscheidet
über die Ausstattung der Observatorien
sowie Kooperationen. TERENO wird
koordiniert vom Forschungszentrum
Jülich.
Mitglieder
Prof. Dr. Harry Vereecken
Dr. Thomas Pütz
(Forschungszentrum Jülich)
Prof. Dr. Georg Teutsch
Prof. Dr. Peter Dietrich
(Helmholtz Zentrum für
Umweltforschung – UFZ)
Prof. Dr. Hans Peter Schmid
Prof. Dr. Hans Papen
Prof. Dr. Harald Kunstmann
(Karlsruhe Institut für Technologie)
Prof. Dr. Jean-Charles Munch
Dr. Eckart Priesack
(Helmholtz Zentrum München –
Deutsches Forschungszentrum für
Gesundheit und Umwelt)
Dr. Oliver Bens
Prof. Dr. Achim Brauer
(Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ)
Prof. Dr. Irena Hajnsek (ETH Zürich)
Dr. Erik Borg
(Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt)
Beirat
Der Beirat besteht aus einer Gruppe
von internationalen Kooperations­
partnern und unabhängigen Experten,
die TERENO begleiten und beraten.
Prof. Dr. Christiane Schmullius
Friedrich-Schiller-Universitä Jena
Prof. Dr. Ulrike Tappeiner
Universität Innsbruck
Mitglieder
Prof. Dr. Bas van Geel
Universität von Amsterdam
Dr. Richard P. Hooper (Vorsitzender)
Geschäftsführer CUAHSI
Prof. Dr. Jeffrey J. McDonnell
Universität Saskatchewan
Prof. Dr. Karsten Høgh Jensen
Universität Kopenhagen, Koordinator
HOBE
Prof. Dr. Hangsheng (Henry) Lin
Pennsylvania State Universität, Koordinator der Hydropedology Initiative und
des Shale Hills Critical Zone Observatory
Prof. Dr. Sonia Seneviratne
ETH Zürich, Institut für Atmosphäre und
Klima
Prof. Dr. Russell K. Monson
Universität von Colorado
Prof. emeritus Dr. Hannes Flühler
ETH Zürich
Prof. Dr. Beate Jessel
Präsidentin des Bundesamtes
für Naturschutz
Prof. Dr. Volker Wulfmeyer
Universität Hohenheim
Dr. Malcolm Davidson
Europäische Weltraumbehörde ESA
Kontakt/
Koordination
Dr. Knut Kaiser
Nordostdeutsches Tiefland
Deutsches GeoForschungsZentrum
GFZ
Tel.: +49 (0)3 31/288 28 30
E-Mail: kaiserk@gfz-potsdam.de
Dr. Heye Bogena
Eifel/Niederrheinische Bucht
Institut für Bio- und Geowissenschaften
Agrosphäre (IBG-3)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 (0)24 61/61-67 52
E-Mail: h.bogena@fz-juelich.de
Prof. Dr. Hans Papen
Bayerische Alpen/Voralpenland
Institut für Meteorologie und
Klimaforschung (IMK-IFU)
Karlsruher Institut für Technologie
Tel.: +49 (0)88 21/1 83-1 30
E-Mail: hans.papen@kit.edu
Koordinationsteams
Um die Forschung zu verschiedenen
Schwerpunkten in den Observatorien
abzustimmen, hat TERENO Koordinationsteams (CT – Coordination Teams)
eingerichtet. Sie setzen die Instrumentierung entsprechend dem Implementierungsplan um, kümmern sich um
Erhebung und Qualitätssicherung der
Daten und unterstützen die Forscherteams bei ihrer Arbeit vor Ort.
Die Teams und ihre Schwerpunkte
im Einzelnen:
■■ CT
Atmosphäre
■■ CT
Biosphäre
■■ CT
Pedosphäre
■■ CT
Hydrosphäre
■■ CT
Umwelterkundung
■■ CT
Geoarchive
■■ CT
Datenmanagement
■■ CT
Integrative Modellierung
Dr. Steffen Zacharias
Harz/Mitteldeutsches Tiefland
Fachbereich Monitoring- und
Erkundungstechnologien
Helmholtz-Zentrum für
Umweltforschung – UFZ
Tel.: +49 (0)3 41/2 35-13 81
E-Mail: steffen.zacharias@ufz.de
Terrestrial Environment Observatories
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Forschungszentrum Jülich – FZJ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ
Karlsruhe Institut für Technologie - KIT
Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt – HMGU
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR
Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum – GFZ
www.tereno.net