Der Klimawandel betrifft die Hydrologie in alpinen Regionen in besonderem Maße durch Temperaturanstieg, mehr und intensiveren Regenereignissen, auch während der Wintermonate. Diese Veränderungen führen zu vermehrten Naturgefahren wie übermäßigem Oberflächenabfluss und Murenabgänge. Einer der Gründe für solche Ereignisse ist eine reduzierte Infiltrationskapazität des (teil-)gefrorenen Bodens. Wenn Regen- oder Schmelzwasser nicht ausreichend infiltrieren kann, induziert der Oberflächenabfluss eine Bodenerosion, was zu Murenabgängen führen kann. Wenn Wasser entlang präferentieller Fließwege in tiefere Schichten infiltriert und zwischen gefrorenen Schichten der Porendruck steigt, so kann dies zu mechanischem Versagen des Hanges führen. Durch signifikanten Oberflächenabfluss findet kaum Grundwasserneubildung statt und die puffernde Wirkung des Grundwasserkörpers entfällt. Dies ist besonders für Regionen, in denen Schnee- und Gebirgswasser wesentlich zum Grundwasserhaushalt beitragen von großer Bedeutung. In diesem Projekt wird die thermo-hydraulische Wechselwirkung zwischen infiltrierendem Wasser und Boden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt untersucht. Dazu werden hochentwickelte Modellansätze, numerische Simulationswerkzeuge, sowie Versuche im Labor wie im Gelände eingesetzt. Präferentielle Fließwege, z.B. Makroporen durch Wurzelwachstum oder Wurmlöcher, im Boden sind dabei wesentlich, denn sie ermöglichen eine schnellere Infiltration des Wassers in den Boden und weisen zudem eine anderes Einfrier- und Auftauverhalten auf als kleine Poren der Bodenmatrix. Das Verständnis des Einflusses von Makroporen auf das Gefrieren und Schmelzen von Wasser während der Infiltration ist daher wesentlich für jede weitere Analyse. Wasserinfiltration wird durch die Temperatur der beteiligten Phasen bestimmt. Das infiltrierende Wasser ist wärmer als der Gefrierpunkt, während der Boden gefroren ist. Die Temperaturentwicklung der einzelnen Phasen hängt vom Wärmeübertrag zwischen den Phasen ab. Da Wärmeübertrag und hydraulischer Fluss stark gekoppelt und zudem rund um den Gefrierpunkt sehr dynamisch sind, bedarf es besonderer Sorgfalt bei der theoretischen Beschreibung des thermohydraulischen Verhaltens. Mit einem tiefgreifenden Verständnis vom Einfluss präferenzieller Fließwege und dem Wärmeübertrag zwischen den beteiligten Phasen können spezifische geologische und meteorologische Gegebenheiten identifiziert werden, welche entweder extremen Oberflächenabfluss oder Hangversagen verursachen. Dieses Wissen kann in der Vorsorge als auch im Grundwassermanagement alpiner Gebiete Anwendung finden.
Das Birkhuhn (Tetrao tetrix), einst typischer Bewohner von Moor- und Heidelandschaften, lebt in Deutschland außerhalb der Alpen nur noch in kleinen isolierten Vorkommen. Aufforstungen von Heideflächen und die Entwässerung und Kultivierung von Mooren reduzierten seinen Bestand. Heute steht das Birkhuhn als vom Aussterben bedrohte Art auf der Roten Liste der Brutvögel Deutschlands. Allein in Niedersachsen, wo außerhalb der Alpen noch der größte Birkhuhnbestand lebt, sank die Zahl der Tiere innerhalb der letzten 30 Jahre von rund 4.000 auf heute 200. Das Projekt untersucht die für den Artenschutz zentrale Frage, wie sich die voneinander isolierten Populationen in Deutschland an Veränderungen ihrer Lebensräume anpassen. Daraus sollen dann konkrete Empfehlungen für den Schutz des Birkhuhns abgeleitet werden.
Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.
Die entscheidenden überregionalen Ziele des Gesamtprojektes zum Heidelberger Becken liegen in der Erstellung von Referenzprofilen für das Pleistozän und den Übergang zum Pliozän sowie letztendlich in der Korrelation der lokalen Stratigraphien zur Aufzeichnung des Paläoklimas in marinen Sedimenten und Eisbohrkernen. Dafür bietet das Heidelberger Becken als die bedeutendste Sedimentfalle im nördlichen Rheingraben gute Voraussetzungen. Nach Voruntersuchungen ist im Heidelberger Becken eine der mächtigsten Abfolgen unverfestigter plio- / pleistozäner Ablagerungen in Mitteleuropa und sicher die vollständigste Abfolge des 'Geosystems Rhein zu erwarten. Es bietet sich die einmalige Möglichkeit an unterschiedlich mächtigen Archiven magnetische Eigenschaften für einen mehr als zwei Millionen Jahre umfassenden Zeitbereich hoch aufgelöst zu erfassen. Unsere Untersuchungen an der Bohrung Ludwigshafen Parkinsel haben neben einer ersten, unvollständigen Magnetostratigraphie unter anderem einen charakteristischen Wechsel der gesteinsmagnetischen Parameter nahe der Gauss/Matuyama Grenze nachgewiesen, die von uns als paläoklimatischer Wechsel interpretiert wird. Offenbar kam es am Übergang vom Pliozän (Ende Gauss-Epoche) zum Pleistozän zu einer grundlegenden hydrologischen Umstellung, die mit dem Anschluss der Alpen an das Rheinsystem in Zusammenhang gebracht wird.
Erfassung und Bewertung verschiedener Ansätze der Regionalisierung in Regionalplanung und Regionalpolitik im Einzugsbereich des österreichischen Nationalparks Hohe Tauern; Einordnung der Entwicklung in allgemeine Regionalisierungstrends.
Die Zunahme der Erschliessung des Gebirges bis in hochalpine Zonen hat zu einem Umdenken in der natuerlichen Verarbeitung von Abfallstoffen und Abwaessern in diesen Hoehenlagen gefuehrt. Es soll hier aufgrund von einzelnen Schwerpunktuntersuchungen ein Modell der Belastbarkeit von alpinen Baechen aufgestellt werden. Vor allem auch im Hinblick auf die Niedrigwasserverhaeltnisse zum Zeitpunkt der hoechsten Belastung (Wintersportzentren).
Les fourmis du genre Formica ont un impact non negligeable dans la majorite des biotopes, notamment le groupe Formica Rufa (especes protegees par la loi federale sur la protection de la nature et du paysage, 1966). Il importe des lors de quantifier cet impact, de comparer ces resultats entre les 3 zones geographiques de la Suisse (Jura, Plateau, Alpes). D'autre part il devient urgent de connaitre les causes de disparition de ces especes en Suisse. Il en va de meme pour les especes du sous-genre Coptoformica dont au moins 2 especes ont disparu de Suisse depuis 1920 et dont une espece actuellement a l'etude (Formica bruni) est en voie de disparition. Actuellement des donnees de base sont disponibles mais une cartographie precise est en cours. (FRA)
Trockenheit und Hochwasser können schwerwiegende Auswirkungen haben, wenn sie in stark besiedelten Gebieten auftreten, eine grosse Region treffen oder wenn ein Trockenheitsereignis mit außergewöhnlichem Niedrigwasser abrupt von einem Hochwasser beendet wird. Geeignete Managementstrategien können helfen die mit Extremereignissen verbundenen negativen Auswirkungen zu minimieren und stützen sich auf zuverlässige Schätzungen der Häufigkeit und Grösse solcher Ereignisse. Ein ungelöstes Schlüsselproblem bei der Abschätzung von Extremereignissen ist die Quantifizierung der Wahrscheinlichkeit von Ereignissen in Regionen wo Abfluss durch Reservoir- oder Seeregulierung beeinflusst ist. Solch direkte menschliche Interventionen könnten nicht nur einzelne Hochwasser- und Trockenheitscharakteristika in individuellen Einzugsgebieten beeinflussen, sondern auch die Interaktion zwischen verschiedenen Charakteristika. Dieses Projekt hat zum Ziel unser Verständnis vom statistischen Verhalten multivariater hydrologischer Extreme in einer sich verändernden Welt zu verbessern, wo Abfluss zunehmend durch Speicherbewirtschaftung beeinflusst ist. Spezifische Ziele sind dabei (1) einen Datensatz von hydrologischen Extremen und menschlichen Einflüssen im Alpenraum zu erstellen, (2) den Einfluss von Speicherbewirtschaftung auf multivariate statistische Hochwasser- und Trockenheitseigenschaften zu quantifizieren, z.B. mehrere und regionale Charakteristika, Ereignistypen, die zeitliche Häufung von Ereignissen, und schnelle Trockenheits-Hochwasser Übergänge, und (3) den Effekt von Regulierungen auf lokale und regionale Gefahrenschätzungen zu bestimmen. Diese Ziele werden von einem Team angegangen, das sich aus der Projektleiterin, einer Doktorandin und einem GIS Spezialisten zusammensetzt. Der Fokus liegt auf den Quellgebieten der vier Hauptflüsse in den Zentralalpen, dem Rhein, der Rhône, der Donau, und dem Po, die essenziell sind für die Wasserversorgung in unterliegenden Gebieten und stark von Regulierung betroffen sind. Der Datensatz von Abflusszeitreihen und Gebietscharakteristika für die Regionen im Forschungsgebiet wird aus vielfältigen Quellen zusammengestellt. Um den Einfluss von Abflussregulierung auf hydrologische Extreme zu untersuchen, werden wir Hochwasser- und Trockenheitscharakteristika von natürlichen und regulierten Gebieten vergleichen. Um lokale und regionale Schätzwerte herzuleiten, werden wir Klassifizierungs- und Simulationsmethoden entwickeln, welche sich auf multivariate Häufigkeitsanalyse abstützen. Dieses Projekt wird neue Erkenntnisse zum Einfluss von Abflussregulierung auf statistische Trockenheits- und Hochwassereigenschaften und deren Zusammenhänge liefern und quantifizieren wie sich die Gefahr von Hochwassern und Trockenheit in regulierten Gebieten von jener in natürlichen Gebieten unterscheidet. Es stellt somit Informationen zur Verfügung, welche beim Fällen von Entscheidungen in einer vom Menschen veränderten Welt äußerst wichtig sind.
Eiskerne aus kalten alpengletschern beinhalten die Information ueber Niederschlaege - und damit der atmosphaerischen Zusammensetzung - vergangener Zeiten. Auf dem Colle Gnifetti (4450 m ue.M.) im Monte Rosa-Gebiet wurden Kernbohrungen bis auf das Felsbett niedergebracht, die die Information ueber einen Zeitraum von etwa 500-1000 Jahren umfassen. Die wichtigsten Ziele sind: - Erfassen der natuerlichen Variabilitaet der atmosphaerischen Spurenstoffe (vor allem der Saeurebildner) und Ihres anthropogen bedingten Anstiegs; - Geschichte der Staubtransporte (Saharastaub) nach Mitteleuropa und ihre klimatische Information; - Vergleich der im Bohrkern gewonnenen Information mit mitteleuropaeischen Klimadaten (instrumentell und historisch).
Der Einsatz der Fernerkundung und Digitalen Gelaendemodelle zur Herstellung von potentiellen Lawinengefahrkarten wird systematisch studiert. Das entwickelte Konzept wird in den Alpen erprobt, um dann auf die Verhaeltnisse im Himalaya uebertragen und eingesetzt werden zu koennen. Erste Ergebnisse von den Testgebieten Beckenried und Davos liegen vor; im Himalaya (Testgebiet Manali) wurden Vegetationsklassifikationen durchgefuehrt.
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|---|---|
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