Vom Regen zum Hochwasser?

Die Messkampagne Hydrex 2019 ist Teil der Aktivitäten Im Rahmen von MOSES.

MOSES, „Modular Observation Solutions for Earth Systems“ , ist eine gemeinsame Initiative von neun Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft zur Entwicklung mobiler und modular einsatzfähiger Beobachtungssysteme , um die Auswirkungen kurzzeitiger Ereignisse und langfristiger Trends auf Erd- und Umweltsysteme zu untersuchen (https://moses.eskp.de/home/). Im Modul hydrologischer Extreme wird die Auswirkung von Starkniederschlägen auf ein gesamtes Flusssystem, von Landveränderungen durch Überschwemmung über Nähr- und Schadstofftransporte bis hin zu Veränderungen im Ökosystem erforscht.

Die aktuelle, vom KIT koordinierte Messkampagne, findet im Müglitztal in Sachsen statt. Sie hat Mitte Mai begonnen und wird bis Mitte Juli 2019 fortgesetzt. Neben der Beobachtung von Starkregenereignissen, liegt der Fokus auf der Erprobung der Zusammenarbeit der beteiligten Zentren. Neben dem Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Department Troposphärenforschung (IMK-TRO) des KIT ist auch das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) aus Leipzig, das Forschungszentrum Jülich (FZJ) sowie das Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungs- Zentrum (GFZ) an den Messungen beteiligt.

Das KIT setzt sein mobiles Observatorium KITcube in Dittersdorf, einer Station oberhalb des Müglitztals, ein. Die Station sammelt Informationen über Entstehung und Entwicklung von Starkniederschlägen, Niederschlagsverteilung und Verdunstung. Zum Einsatz kommen unter anderem das mobile Niederschlagsradar, ein Mikrowellenradiometer zur Bestimmung des atmosphärischen Temperatur- und Feuchteprofils sowie ein Lidar-System zur Erfassung des Windprofils. Ergänzt werden die Messungen durch Sondierungen mit Radiosonden. Ein Netzwerk aus Distrometern liefert zusätzliche Informationen über die Niederschlagsintensität und Tröpfchengrößenverteilung im Beobachtungsgebiet.

Die Kollegen des Forschungszentrum Jülich untersuchen den Eintrag von Wasserdampf und Spurenstoffen durch konvektive Systeme in die Stratosphäre. Sie verwenden hierzu Radiosonden mit zusätzlichen Spurenstoffmessungen.

Im Fokus des UFZ steht die Bodenfeuchte. Um die Entwicklung der Bodenfeuchte zu überwachen, installiert das UFZ während der Messkampagne ein mobiles, drahtloses Sensornetzwerk, das Bodenfeuchte und -temperatur in verschiedenen Tiefen misst. Zusätzlich zu dem fest installierten Sensornetzwerk kommt der mobile Cosmic Ray Rover mit speziell entwickelten Neutronensensoren zum Einsatz, er erlaubt die Beobachtung der großräumigen Variation der Bodenfeuchte im Untersuchungsgebiet. Das GFZ beobachtet die Entwicklung des Grundwasserspiegels mit Gravimetern und setzt zusätzlich Cosmic Ray Sensoren zur Messung der Bodenfeuchte ein.

Wenn auch im bisherigen Verlauf der Messkampagne keine Überflutungen ausgelöst wurden, so konnten doch fünf Intensivmessphasen mit kontinuierlichen Beobachtungen während Starkregenereignissen erfolgreich durchgeführt werden. Interessant ist hierbei die IOP4, vom 12-13 Juni 2019, als die Kaltfront eines flachen Bodentiefs die Region überquerte. Vorgelagert kam es zwischen 14:00 UTC - 16:00 UTC entlang einer Konvergenzlinie zu konvektiven Niederschlägen (Abb1.). Während an der Messstation in Dittersdorf nur geringe Niederschlagsmengen (2 mm) registriert wurden, fielen an der DWD-Station Dippoldiswalde-Reinberg im Müglitztal 31.8 mm. Radiosondenaufstiege von diesem Nachmittag zeigen einen deutlichen Feuchteeintrag in die Tropopause und die untere Stratosphäre (Abb.2) durch Overshooting. Eine eingehende Analyse der Entwicklung dieses Ereignisses und der anderen IOP's wird nach Abschluss der Kampagne erfolgen.

Abb. 1: Durchzug eines konvektiven Systems an der Station Dittersdorf während IOP 4 am 12. Juni 2019. Reflektivität gemessen mit dem X-Band-Radar.

Abb. 2: Radiosondierung vom 12. Juni 2019, 15:10 UTC (IOP4).

[Arbeitsgruppe: Landoberflächen und Grenzschicht]
Autor: Martin Kohler
05.07.2019