Zielsetzung

Der Wasseraustausch zwischen Atmosphäre, Biosphäre und Hydrosphäre kann als Ergebnis komplexer Wechselwirkungen dynamischer Rückkopplungsmechanismen betrachtet werden, bei denen die Bodenfeuchte als Schlüsselzustandsgröße dient. Um die Komplexität der Landoberfläche und die Abhängigkeit der Wasserflüsse von dieser Größenordnung zu bewältigen, sind wissenschaftliche Ansätze erforderlich. Modernste Beobachtungen der Bodenfeuchte reichen von kontinuierlichen Punktmessungen, über Schnappschüsse im Feld, bis hin zu Fernerkundungsprodukten im Einzugsgebiet und darüber hinaus. Sie müssen sich mit einem Raum-Zeit-Kompromiss auseinandersetzen, da die Messfrequenz typischerweise mit der abgedeckten räumlichen Skala abnimmt.

Unser Ziel ist es, bestehende Wissenslücken zwischen den Skalen durch zusätzliche Techniken und Informationsquellen über die Bodenwasserspeicherung zu schließen. Mittels des Cosmic-Ray Neutronen Sensors (CRNS) kann durch das Erfassen der Änderung der Neutronendichte über den Boden, das Vorhandensein von Wasser gemessen werden. Wir werden einen quantitativen, anpassungsfähigen und übertragbaren Ansatz entwickeln, um repräsentative Bodenfeuchtewerte auf der Feldebene zu beobachten und gleichzeitig andere dynamische Wasserressourcen auf der Landoberfläche, wie Biomasse, Abfangungen und Schnee, zu berücksichtigen. Darüber hinaus werden wir die Kartierung der Bodenfeuchte auf größere Skalen mit Sensorclustern und mobilen Neutronendetektoren übertragen.

Ein weiteres Ziel ist es, durch eine enge Zusammenarbeit mit den Forschungseinrichtungen, die derzeit in der Wissenschaft fehlenden Erkenntnisse zu liefern.

CRNS wird als einzigartige Kombination von invasiven und nicht-invasiven Beobachtungen in gemeinsamen Feldkampagnen funktionieren. Die Messung und Interpretation der Bodenfeuchte durch CRNS erfordert fortgeschrittene Kenntnisse der Bodenhydrologie und der Partikelphysik einschließlich der Neutronentransportmodellierung. Es werden technische Anstrengungen für die Detektorentwicklung unternommen, die darauf abzielt, die zeitliche Auflösung und die räumliche Abdeckung erheblich zu verbessern.

Unser Ansatz ist speziell darauf zugeschnitten, die Diskrepanz zwischen Fördervolumen und Timing zwischen hydrologischen Modellen und Feldbeobachtungen zu lösen. Umfassende Beobachtungen mit CRNS, Fernerkundung und komplementären Methoden werden gemeinsam mit hydrologischen und Land-Oberflächenmodellen auf regionaler Ebene genutzt, um auch die Grundwasserneubildung und die atmosphärischen Ströme abzuleiten. Dabei ermöglichen Modelle sowie Beobachtungen die Identifizierung von Mustern und Prozessen im Maßstab kleiner Einzugsgebiete mit einer beispiellosen räumlich-zeitlichen Auflösung.