Aktueller Stand zur Implementierung der TERENO Observatorien

Aktueller Stand zur Implementierung der TERENO Observatorien

Heye Bogena1

O. Bens6, P. Haschberger5, I. Hajnsek5, P. Dietrich2, E. Priesack3, T. Pütz1, J.C. Munch², H. Papen4, H.P. Schmid4, H. Vereecken1 & S.

Zacharias2

1Agrosphere Institute, Research Center Jülich, FZJ2Centre for Environmental Research Leipzig-Halle, UFZ3Institute of Soil Ecology, German Research Center Environment and Health, HMGU4Atmospheric Environmental Research Division, Karlsruhe Institute of Technology, KIT5German Aerospace Center, DLR6Helmholtz Centre Potsdam, German Research Centre for Geosciences, Potsdam, GFZ

Bogena et al.: TERENO - A new Network of Terrestrial Observatories for Environmental Research

Folgen des globalen Wandels in Deutschland

DürrenHitzebelastungenHochwässerWinterstürmeKrankheitsüberträger SturmflutenArtenverlustHangrutschungen

Regionen mit besonders hoher und komplexer Vulnerabilität

Aus:Rüdiger Glaser (2008)Klimageschichte Mitteleuropas1200 Jahre Wetter, Klima, Katastrophen


Nordostdeutsches Tiefland Observatorium

Koordination: GFZ

Harz / Mitteldeutsches Tiefland Observatorium

Koordination: UFZ

Eifel / Niederrheinische Bucht Observatorium

Koordination: FZJ

Bayrische Alpen / Voralpen Observatorium

Koordination: HMUG und KIT

Das TERENO Netzwerk


HYDROLOGIE KLIMA

Sozioökonomie

BIOLOGIE Bodenkunde

GROUND, AIR & SPACEBORNEOBSERVING SYSTEMS

Das TERENO Konzept

Interdisziplinäre Kooperation mit Universitäten und anderen nationalen und internationalen Institutionen

Nutzung neuester Mess- und Supercomputertechnik

Einrichtung gemeinsamer Messplattformen für die Erzeugung von langfristigen Umweltdaten

Kombination von Monitoring mit Experimenten


Atmosphäre

TerrestrischeBiosphäre

Terrestrische Hydrosphäre & Pedosphäre

ForschungszieleUntersuchung der Interaktionen und Rückkopplungen zwischen Böden, Vegetation und Atmosphäre

Überbrückung der Diskrepanz zwischen Messung, Model und Management


860m

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• Grünland Lysimeter werden entlang natürlicher Temperatur und Niederschlagsgradient versetzt• Untersuchung von Effekten auf

• Wasserhaushalt und Stofftransport sowie C/N Kreisläufe• die Vegetation und der mikrobiellen Aktivität (Prozesse/Populationen/Biodiversität)

Large-scale Climate-Feedback-Experiment TERENO SoilCan Wie adaptieren Grünland Ökosysteme gegenüber Klimawandel?


Rur Observatory

Ammer ObservatoryBode Observatory

Graswang

ΔTem

p~ 2.5 °C

ΔN

S ~ 700 mm

ΔTem

p~ 3 °C

ΔN

S ~ 500 mm

Uecker Observatory

Bad Lauchstädt

Halberstadt

Schäfertal

Unternogg

Weilheim

Wüstebach

Rollesbroich

Sehlhausen

Large-scale Climate-Feedback-Experiment TERENO SoilCan


TERENO - ICOS• ICOS Mission: “To provide the long-term observations required to understand the present state

and predict future behavior of the global carbon cycle and greenhouse gas emissions.”

• 5 TERENO haben eine Zusatzfinanzierung erhalten um den ICOS Standard zu erfüllen (z.B. Messgeräte für CH4 und N2O)

• TERENO ist Partner in ICOS-D -> Langfristige Finanzierung von technischen Mitarbeitern


Das Eifel/Niederrheinische Bucht Observatorium


Fichten im Uferbereich, © Röös / NLP Eifel

Einmündung Schwarzbach in Wüstebach nach Entfichtung © Röös / NLP Eifel

afterdeforestation

Time

Ecos

yste

m C

-Poo

lCutting

?

Das TERENO Testgebiet Wüstebach


HypothesesLong-term changes of the water balance with reduced water retention capacity, faster efflux with fast increasing and decreasing runoff peaks

Larger energy-input by direct solar radiation resulting soil warming, enhanced biological activity of the soil and higher conversion rates

Higher conversion rates of the litter layer, higher losses of the soil C-pools and change in biodiversity

Runoff, Erosion

Atmosphericforcing

cycling

Nutrient

Respiration


Instrumentierung des Wüstebach Testgebiets

Deforestation Area

Eddy-Flux Towers

Groundwater Wells

Soil MoistureSensor Network

SoilCan Lysimeter

Soil RespirationChambers

Runoff Gauging Stations

Sapflow and Dendrometer


Rainscanner®Weather radar

W,T

W,T

W,T

W,T

W,T

EC (open and closed path analyzer) (H2O, CO2)

Inlet funnel forgas analyzer

Ultra-sonic anemometer

Quantum Cascade laser (CH4, N2O)

H2O, CO2 Gradient Measurement System (Closed path analyzer)

Instrumentierung des Messturms


Instrumentatierung der AbflussmesstationenMeteorological sensor(rainfall, temperature, air humidity, wind direction, wind velocity)

Multi parameter probe(water temperature, electrical conductivity, pH, nitrate, chloride)

Automatic sampling system

Venturi-Gauging Weir(water level, drainage volume)

Data logger with remote transmission


Analysen WüstebachwasserWochenstichproben an 16 Entnahmestellen

Mittelwerte von TOC und DOC

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

WuW

01W

uW02

WuW

3W

uW4

WuW

5W

uW6

WuW

7W

uW8

WuW

9W

uW10

WuW

11W

uW12

WuW

13W

uW14

WuW

15W

uW16

mg/

L [mg/L]TOCDOC

Mittelwerte der Nitratkonzentrationen

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

WuW

01W

uW02

WuW

3W

uW4

WuW

5W

uW6

WuW

7W

uW8

WuW

9W

uW10

WuW

11W

uW12

WuW

13W

uW14

WuW

15W

uW16

mg/

L

Nitrat


Online Bodenfeuchte-Sensornetzwerk SoilNet

Sensoreinheit (im Boden)

überGrund

Router

Koordinator

Datenfernübertragung(GPRS)

Kommunikation zwischenRouter and Koordinator(Distance max. 4 km)

Kommunication zwischenSensoreinheit und Router (distance max. 100 m)

RS232

MODEM

GPRSvirtualRS232

„ControlPanel“Applikation Databank Web

Ökosystem

Büro

Bodenfeuchte-sensoren

Funkmodul

Batterie (4 Jahre)

Antenne


SoilNet im Wüstebach Testgebiet

150 Sensoreinheiten• 900 Bodenfeuchtesensoren• 600 Temperatursensoren• 300 Elektrische Leitfähigkeit


Bodenfeuchtemuster zwischen August bis November 2009

5 cm 20 cm


Dendrohydrologisches Messdesign zur Analyse von intraannuellen Wuchsreaktionen auf atmosphärische und hydrologische Variabilitäten

B. Neuwirth, GIUB Bonn


Jahresgänge auf Tagesbasis

4.8 11.8 18.8 25.8 1.9 8.9 15.9 22.9 29.9 6.10 13.10 20.10 27.10

Dendrometer (min, mean, max) vs. Soil Moisture

4.8 11.8 18.8 25.8 1.9 8.9 15.9 22.9 29.9 6.10 13.10 20.10 27.10

2,6

[mm]3,0

2,8

2,4

38

[%]42

40

36

4.8 11.8 18.8 25.8 1.9 8.9 15.9 22.9 29.9 6.10 13.10 20.10 27.10

40

[l/d]120

80

0

38

[%]42

40

36

Sap Flow vs. Soil Moisture

r = 0,42

r = - 0,36

B. Neuwirth, GIUB Bonn


Von der lokalen zur regionalen Skala…

Radiometer und Sensor Netzwerke (SoilNet)⇒ Kontinuierliches Monitoring

EMIRAD, PLMR, E-SAR⇒ Momentanaufnahmen

der Bodenfeuchte

loka

lre

gion

algl

obal

Testgebiete

Luftgestützte Kampagnen

Satelliten (e.g. SMOS)

Modelbasierte

Regionalisierung

E-SAR/PLMR BodenfeuchteRur Kampagne 2008

⇒ Kontinuierliches Monitoring

Geplante Flugkampagnen 2010

SMOS Cal/ValEMIRAD/HUT-2D/IR-Camera ESAR

12.5.2010 - 15.5.2010 3.-8.5.2010

22.6.2010 - 25.6.2010 Ende Juli 2010


TERENO DatenmanagementDas Datenmanagement sorgt für

• Sicherung der im Rahmen von TERENO erhobenen und erworbenen Daten

• Wahrung der Urheberrechte

• Regeln für die Nutzung der Daten innerhalb von TERENO und Datenweitergabe an Dritte

• den Aufbau einer homogenen Datenbank für die wissenschaftlichen Ergebnissen aus dem TERENO Konsortium

• einfache Breitstellung der Daten an eine breite Wissenschaftsgemeinde


TERENO Management Konzept


Lokale TERENO Datenbankstruktur


Pilot Datenmanagement ProjekteDrei Pilotprojekte sind bereits angelaufen zur Entwicklung und Testung von

Lokale Dateninfrastruktur für meteorologische, hydrologische und bodenkundliche Daten: FZJ – Eifel / Lower Rhine Valley Observatory

Lokale Dateninfrastruktur für BiodiversitätsdatenUFZ – Harz / Central German Lowland Observatory

Datenkommunikation und -austausch(alle Observatorien, Koordination FZJ)


TERENO Dataportal: Datenvisualisierung und -Zugang


TERENO Vision und Herausforderung Vorhersage terrestrischer Prozesse mit Hilfe von Fernerkundung und Modellen

Terrestrische ProzesseMulti-skalige Beobachtung mit nicht-invasivenTechnologien

SMOS

SAR

Weather-Radar

Radio-meter

EM

Evapotranspiration

AbflussBodenfeuchte

DatenmanagementVisualisierung

DatenassimilationGekoppelte Modellierung

Data FusionUpscaling

Super Computing


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Weitere Informationen unter www.tereno.net

Aktueller Stand zur Implementierung der TERENO Observatorien

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