WaldÖkologie

Extremwetterereignisse besser verstehen lernen

Bearbeitet von Mirjam Kronschnabl-Ritz

Die komplexen physikalischen Prozesse, die beim Entstehen von Extremwetterereignissen ablaufen, untersucht die Helmholtz-Initiative MOSES, an der auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt ist. Die Messkampagne „Swabian MOSES“ soll Ursachen, Auswirkungen und Wechselwirkungen von Wetterextremen ganzheitlich erforschen.

Extreme Wetterereignisse wie starke Gewitter, Hagel oder Hitzeperioden haben in den letzten Jahren auch in Deutschland zugenommen und verursachen teils große wirtschaftliche und infrastrukturelle Schäden. Im Untersuchungsgebiet in Baden-Württemberg treten sowohl Gewitter als auch Hitze- und Dürreperioden häufig auf.

Neun verschiedene Forschungszentren

Um die Auswirkungen meteorologischer und hydrologischer Extreme auf die langfristige Entwicklung von Erd- und Umweltsystemen zu untersuchen, bauen neun Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft das mobile und modular einsatzfähige Beobachtungssystem MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems) auf, das bis 2022 vollständig einsatzfähig sein soll. Testkampagnen sind ein wichtiger Teil dieser Aufbauarbeit, denn es gilt die neuen Messsysteme im mobilen Einsatz zu prüfen, weiterzuentwickeln und aufeinander abzustimmen. Zwei dieser Kampagnen zu unterschiedlichen Fragen und in unterschiedlichen Untersuchungsgebieten sind bislang für das Jahr 2021 geplant – im Bereich der Schwäbischen Alb und auf der Elbe.

Topographie und geographische Lage oft entscheidend

Im Mai startet die Messkampagne „Swabian MOSES“ im Bereich der Schwäbischen Alb und des Neckartals in Baden-Württemberg, die voraussichtlich bis Mitte September läuft.In deren Mittelpunkt stehen zwei hydro-meteorologische Extreme – Trockenheit und Starkniederschlag. „Aufgrund ihrer komplexen Topographie und geographischen Lage ist die Untersuchungsregion besonders häufig auch von schweren Gewitterereignissen betroffen“, sagt Professor Michael Kunz vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Department Troposphärenforschung (IMK-TRO), einer der Koordinatoren des Projekts. „Ein Hagelsturm genau in unserem Untersuchungsgebiet im Juli 2013 beispielsweise, bei dem Hagelkörner mit einem Durchmesser von bis zu 10 cm beobachtet wurden, verursachte Schäden von etwa 1 Mrd. €.“ Die mit Gewittern einhergehenden Starkniederschläge können zudem lokale Sturzfluten an Hanglagen oder in flächenversiegelten urbanen Bereichen verursachen, die nicht nur zu erheblichen Schäden, sondern auch zu einem massiven Sediment- und Schadstofftransport in Gewässern führen.

Mit den Systemen des KITcube können etwa Luftströmungen,
Niederschlag oder Temperatur- und Feuchteprofile in der Atmosphäre gemessen werden. Foto: A. Wiesner/ KIT

Auswirkungen von Gewittern

Das KIT setzt sein mobiles Observatorium KITcube ein. „Der KITcube liefert detaillierte Informationen über den Zustand der Atmosphäre bei der Entstehung und Entwicklung von Gewittern, dem ersten Schwerpunkt der Messkampagne“, so Dr. Andreas Wieser, wissenschaftlicher Direktor des KITcube. „Dies gelingt durch die Kombination modernster Fernerkundungsgeräte und einer Vielzahl im Messgebiet verteilter lokaler Messsysteme.“ Dazu zählen unter anderem ein hochmodernes Wolkenradar, ein Niederschlagsradar, ein Netzwerk aus Lidaren, mit denen atmosphärische Luftströmungen mithilfe von Lasern erfasst werden können, Wetterballons und Wetterstationen. Eine neuartige mobile Wolkenkammer des KIT misst die Menge an eisbildenden Partikeln, die in Gewitterwolken für die Niederschlags- und Hagelbildung mitverantwortlich sind. Erstmalig erprobt das KIT zudem kleine Schwarmsonden, die innerhalb einer Gewitterwolke die Windverhältnisse und damit auch die Bahnen von Hagelkörnern nachbilden, um die Wachstumsprozesse der Niederschlagsteilchen, insbesondere von Hagel, besser zu verstehen.

Entwicklung von Hitze- und Dürreperioden in der Region

Um die Auswirkungen von Hitze- und Dürrestress auf landwirtschaftliche Flächen der Schwäbischen Alb zu erfassen, werden seitens des KIT an mehreren Standorten Messstationen errichtet, die den Energie- und Stoffaustausch zwischen den betroffenen Ökosystemen und der Atmosphäre quantifizieren. Das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) ergänzt diese Messungen aus der Luft über entsprechende an Drohnen befestigte Sensoren. Zusätzlich installiert das KIT mehrere Aerosolmessgeräte, um Zusammenhänge zwischen deren Verteilung und Hitze- und Dürreperioden zu erforschen.

Um möglichst viele wissenschaftliche Daten und Informationen während der Messkampagne zu erhalten und Synergien auszunutzen, nehmen Forschende aus vielen verschiedenen Institutionen und Fachrichtungen an der Messkampagne teil. Hier können Sie die weiteren Institutionen nachlesen.

Quelle: KIT