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Thermohydraulische Prozesse während der Wasserinfiltration in gefrorenen Boden mit Auswirkungen auf Geogefahren unter dem Einfluss des Klimawandels

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.

Untersuchungen mit oben offenen Experimentierkammern zur Auswirkung bestimmter Luftschadstoffe auf Gesundheitszustand und Wachtstum von Forstpflanzen

Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.

Soil-gas transport-processes as key factors for methane oxidation in soils

Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.

Beobachtungen und Untersuchungen im hydrologischen Versuchsgebiet Pöllau (Oststeiermark)

Im Rahmen der Schwerpunktaufgaben des Internationalen Hydrologischen Programms (IHP) wurde im Jahr 1978 mit der Errichtung eines hydrologischen Versuchsgebietes in der Pöllauer Bucht bei Hartberg (Stmk.) begonnen. Dieses speziell für Forschungszwecke ausgestattete verdichtete Sondermessnetz wird seither gemeinsam von der TU Graz und dem Hydrographischen Dienst beim Amt der Steiermärkischen Landesregierung betreut. Die instrumentelle Ausstattung des hydrologischen Versuchsgebietes (58,3 km2) basiert auf selbstregistrierenden Messgeräten mit zeitvariabler Niederschlagsaufzeichnung (Niederschlagswippen und Niederschlagswaage). Für die Wasserstandsaufzeichnung werden Pneumatikpegel mit Schreibstreifen sowie Drucksonden mit digitalen Registriersystemen eingesetzt, wobei der Wasserstand digital aufgezeichnet wird. Zurzeit stehen 7 Niederschlagsmessstationen, 5 Abflussmessstationen und eine meteorologische Station zur Verfügung. An der meteorologischen Station werden neben dem Niederschlag Lufttemperatur, Luftdruck, rel. Luftfeuchte, Bodentemperaturen in unterschiedlichen Tiefen, Albedo, Verdunstung, Windrichtung und -geschwindigkeit kontinuierlich gemessen und registriert. Die Niederschlagshöhe wird mit unterschiedlichen Messprinzipien (Niederschlagswippe und Waage) sowie in unterschiedlichen Höhen (Standardhöhe, Bodenebene) gemessen. In regelmäßigen Zeitabständen werden an den Wasserstandsmessstellen Abflussmessungen durchgeführt, um aktuelle Pegelschlüssel erstellen zu können.

Timeline - Land Surface Temperature (Mean) Level 3 - Europe, Monthly

This dataset provides monthly maximum Land Surface Temperature (LST) values over Europe, derived from 1-km AVHRR observations. The data is generated by DLR and provided in the framework of the TIMELINE project. LST values are retrieved using physically-based split- and mono-window algorithms and corrected for atmospheric influences and surface emissivity. Only cloud-free observations with sensor view angles below 50 degrees are used. Due to reliance on infrared observations, data may be limited under persistent cloud cover. To ensure temporal consistency across sensors and overpass times, an orbit drift correction method was applied. This method harmonizes LST values to a fixed reference time of 13:00 local solar time, approximating the daily maximum temperature. The dataset is gridded in a 1-km LAEA ETRS89 projection. The product is provided in four tiles, covering the extent of the European Environmental Agency (EEA) reference grid, which includes the area from 900 000 m East and 900 000m North to 7 400 000m East and 5 500 000m North. The TIMELINE (TIMe Series Processing of Medium Resolution Earth Observation Data assessing Long-Term Dynamics In our Natural Environment) project, led by the German Remote Sensing Data Center (DFD) of the German Aerospace Center (DLR), focuses on generating a consistent, multi-decadal time series derived from NOAA and Metop AVHRR data. Spanning more than 40 years from the early 1980s to the present this dataset covers Europe and North Africa. TIMELINE establishes an operational environment for the systematic reprocessing of AVHRR raw data into Level 1b, Level 2, and Level 3 geoinformation products at 1.1 km spatial resolution. These products maintain uniform standards in format, projection, and spatial coverage. The dataset includes a comprehensive suite of land and atmospheric parameters such as atmospherically corrected surface reflectance, NDVI, snow cover, fire hotspots, burnt area, land and sea surface temperatures, and various cloud physical properties (e.g., cloud top temperature). By combining traditional and innovative remote sensing products with robust processing algorithms and state-of-the-art validation techniques, TIMELINE provides a unique, high-quality dataset for global change research.

openSenseMap: Sensor Box HE Sachsenwald-Grundschule senseBox5

Das ist eine senseBox der Humboldt Explorers. Weitere Informationen unter www.humboldt-explorers.de

Beobachtungen an Straßenwetterstationen (Glättemeldeanlagen)

Beobachtungen an deutschlandweit verteilten Straßenwetterstationen. Meteorologische Parameter wie Temperatur, Niederschlag usw. werden alle 15 Minuten gemessen.

openSenseMap: Sensor Box HE Sachsenwald-Grundschule senseBox8

Das ist eine senseBox der Humboldt Explorers. Weitere Informationen unter www.humboldt-explorers.de

Atmospheric weather data (air and soil temperature, relative humidity, photosynthetic photon flux density) (Table 6)

The weather station was set up in the beginning of the sampling period in August 2019 and ran the entire sampling period with an interruption between 30th January 2020 and 11th June 2020. Air and soil temperatures, relative humidity and photosynthetic flux density were measured on hourly intervals. Please note that the ground temperature sensor was situated 20 above the ground and therefore the measured medium depends on the conditions of the field site. Before rewetting, the medium was air, but after rewetting, when the area was usually inundated with water it indicates water temperatures.

openSenseMap: Sensor Box HE KreativitätsGrundschule Karlshorst senseBox2

Das ist eine senseBox der Humboldt Explorers. Weitere Informationen unter: www.humboldt-explorers.de

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