Gravimetrie in der Alpinen Hydrologie

Description: Wissenschaftlicher Kontext: Das Schneewasseräquivalent ist eine wesentliche Klimavariable und hat entscheidende Bedeutung für den Wasserkreislauf und das Wohlergehen von Milliarden Menschen weltweit. Die mengenmäßige und raumzeitliche Abschätzung des Schnees gilt derzeit als eine der wichtigsten Herausforderungen der alpinen Hydrologie. Zudem ist es sehr schwierig, andere Komponenten alpiner Wasserspeicher, z.B. Karstspeicher, und die Beziehungen zwischen Niederschlag, Evapotranspiration, Speicher, interner Flüsse und Abfluss zu erfassen. Innovation: Das Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG) mit seiner weltweit einmaligen Installation eines Supraleitgravimeters auf der Zugspitze über einem gut instrumentierten, hochalpinen, schneereichen Einzugsgebiet, wird als neuartiges hydrologisches Sensorsystem zur direkten, integralen und nicht invasiven Beobachtung des Schwereeffekts von Wasserspeichervariationen eingesetzt. Aufgrund der geologischen Situation, ist dieses Einzugsgebiet ein natürliches Lysimeter, das detaillierte Analysen der Massenbilanz ermöglicht. Ziel: Wir werden diese einzigartige instrumentelle Konstellation mit detaillierten physikalisch-basierten Schneedecken- sowie karst-hydrologischen Modellen kombinieren, um die raumzeitliche Dynamik der hydrologischen Prozesse zu beschreiben. Die übergeordnete Forschungsfrage ist, inwieweit dies zu einem verbesserten Verständnis und einer genaueren Quantifizierung der hydrologischen Prozesse und Speicher in alpinen Einzugsgebieten beitragen kann, dessen Erkenntnisse sich auch auf andere Regionen weltweit übertragen lassen. Ansatz: Wichtige Schritte sind: i) die Bereitstellung von schnee-hydro-meteorologischen Beobachtungen für Anfangs- und Randbedingungen zur Modellierung, Kalibrierung und Validierung; ii) die Verbesserung der gravimetrischen Modellierung und die Ausweitung gravimetrischer Beobachtungen innerhalb des Testgebiets; iii) die Entwicklung eines Schnee-Hydro-Gravimetrie-Modellsetups zur Beschreibung der raumzeitlichen hydrologischen Massenvariationen und der korrespondierenden gravimetrischen Signale, unter Einbeziehung der Abschätzung von Unsicherheiten zur Modellkonditionierung, und iv) einer Synthese zur Beurteilung inwieweit die gravimetrischen Signale einen Mehrwert für die alpinen Hydrologie darstellen. Primär beteiligte Wissenschaftler: Eine erfolgreiche Umsetzung dieses stark interdisziplinären Projekts beruht auf intensiver Zusammenarbeit. Diese Konstellation umfasst die Expertise zum alpinen hydrologischen Monitoring und zur Modellierung sowie Unsicherheitsabschätzung von Modellparametern der BOKU Wien, die Expertise der Technischen Universität Berlin und des GFZ Potsdam zur Ableitung gravimetrischer Signale, die auf kleine Änderungen in der Hydrosphäre reagieren, sowie das langjährige lokale hydro(geo)logische Wissen und die Betreuung des Sensornetzwerks durch die Universität Augsburg.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Berlin ? Potsdam ? Fluss ? Berlin ? Wien ? Evapotranspiration ? Photogrammetrie ? Sensor ? Zugspitze ? Hydrogeologie ? Kartographie ? Lysimetrie ? Geodäsie ? Einzugsgebiet ? Hydrochemie ? Karstgebiet ? Limnologie ? Schnee ? Siedlungswasserwirtschaft ? Wasserkreislauf ? Wasserspeicher ? Modellierung ? Fernerkundung ? Hydrologie ? Hydrosphäre ? Niederschlag ? Fluss ? Geoinformatik ? Geoinformatics ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Kalibrierung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ? Integrated Water Resources Management ?

Region: Bavaria Berlin

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (Mitwirkung)
• Technische Universität Berlin, Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik, Fachgebiet Physikalische Geodäsie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Augsburg, Institut für Geographie, Lehrstuhl Physische Geographie - Schwerpunkt Klimaforschung (Projektverantwortung)
• Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft (Mitwirkung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-10-02

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Gravity-MONitoring for Alpine Research Catchment Hydrology
  Description: Wider research context: Snow water equivalent is an essential climate variable and has vital importance on the water cycle and the wellbeing of billions of people living in and downstream of mountain catchments. Estimating the amount and the spatiotemporal distribution of snow is currently considered as one of the most important challenges in alpine hydrology. Besides, it is extremely difficult to measure or estimate other alpine water storage components, e.g. karst reservoirs, and to examine the relationship between precipitation, evapotranspiration, storages, internal fluxes and discharge. Innovation: The Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG) with its worldwide unique installation of a superconducting gravimeter at Mount Zugspitze on top of a well-instrumented, snow dominated high-alpine catchment is used as a novel hydrological sensor system for the direct, integral and non-invasive observation of the gravity effect of water storage variations. Due to its geological situation, the catchment itself can be regarded as a natural lysimeter allowing for detailed mass balance studies. Objectives: We will use this unique instrumental setup in synthesis with detailed physically-based and spatially distributed snowpack monitoring and modelling and karst- hydrological modelling of different complexity. The overall research question to be addressed is, to what extent the snow-hydro-gravimetric approach can contribute to a better understanding and quantification of hydrological processes, states and fluxes in high-alpine areas that can be transferred to other regions worldwide. Approach: Important steps that will be addressed are i) the provision of snow-hydro-meteorological observations for initial and boundary conditions regarding model setup, calibration and validation; ii) the improvement of the gravimeter modelling and enhancement of further gravimetric observations within the test site providing integral mass change information for conditioning the model; iii) the development of snow-hydro-gravimetric model setups to describe the spatiotemporal hydrological mass and gravimetric signal changes, including the embedding into an uncertainty estimation framework; and iv) reaching an overall synthesis on the additional value of the gravimetric signal for snow-hydrological modelling in high-alpine sites. Primary researchers involved: A successful implementation of this highly interdisciplinary project requires the proposed collaborative constellation encompassing the expertise on alpine hydrological monitoring and modelling including uncertainty estimation of model parameters of BOKU Vienna and the expertise from Technische Universität Berlin and GFZ Potsdam to derive gravimetric signals sensitive to small changes in the hydrosphere as well as the long-term local hydro(geo)logical expert knowledge and supervision of the hydro-meteo sensor network by the University of Augsburg. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138723

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/516655888 (Webseite)

Status

Aktiv

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