Information über Schnee und Vegetation basierend auf Mikrowellenfernerkundungsdaten
Um die Klima- und Wettervorhersagen sowie Katastrophenprävention zu verbessern, bestimmt die European Space Agency ESA weltweit den Wassergehalt in den oberen Bodenschichten. Die Erhebungen geschehen mittels auf Satelliten montierter Radiometer. Ein Forschungsprojekt in den Schweizer Alpen soll nun untersuchen wie diese Satelliten dazu genutzt werden können um Informationen über Schnee sowie den Gefrierzustand von Böden zu messen.
Die passive Mikrowellenfernerkundung nutzt die Eigenschaft von Körpern, elektromagnetische Strahlung abzugeben. Dabei wird der Zusammenhang zwischen abgegebener Strahlung und Materialbeschaffenheit der beobachteten Körper unter anderem verwendet, um weltweit den Bodenwassergehalt und den Salzgehalt der obersten Schicht der Ozeane zu ermitteln. Einflüsse einer trockenen Schneedecke auf die Mikrowellen-Emission im niederfrequenten Bereich (L-Band, 1.4 GHz) wurden bisher vernachlässigt. Erste theoretische und experimentelle Studien deuten allerdings daraus hin, dass selbst trockener Schnee die Mikrowellenemission im L-Band beeinflusst. Entsprechend besteht die Möglichkeit, Schneeeigenschaften aus der gemessenen Intensität dieser Mikrowellen-Strahlung zu gewinnen. Genau dies ist das Forschungsziel des SNF-Projektes MicroVegSnow, im Rahmen dessen Wissenschaftler Zusammenhänge zwischen niederfrequenter Mikrowellen-Strahlung und Schnee- und Bodeneigenschaften sowohl experimentell wie auch theoretisch untersuchen.
Im schweizerischen Teil des MicroVegSnow-Projekts untersuchen Forschende der Eidg. Forschungsanstalt WSL während drei Jahren den Einfluss der Schneedecke auf die vom Boden abgegebenen Strahlung. Dazu misst im Winter ein Radiometer auf der neuen Testfläche in Davos-Laret (Graubünden) die Strahlung des schneebedeckten Grunds sowie der Schneedecke im niederfrequenten Mikrowellen Bereich. Parallel zu den Strahlungsmessungen werden die Schneetemperatur und -dichte, sowie Luft- und Bodentemperatur und Bodenwassergehalt ermittelt, um die Strahlungsdaten mit den physikalischen Eigenschaften des Schnees und des Erdreichs zu vergleichen.
Die gleiche Untersuchung führt das Forschungszentrum Jülich (FZJ) in Deutschland auf vegetationsbedeckten Böden durch.
Details zum Projekt
Projektdauer
2015 - 2018
Projektleitung
Ziele
Das Experiment auf der Alp Weissenstein soll die Fragen beantworten, auf welche Weise Schnee die vom darunter liegenden Boden abgegebene Strahlung im L-Band beeinflusst und welche Informationen über den Schnee selbst in der Strahlung enthalten sind. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden physikalische Modelle der Strahlungsabgabe von Boden-Schnee-Systemen angepasst und weiterentwickelt. Dank diesen kann die Satelliten Fernerkundung im niederfrequenten Mikrowellen-Bereich auf schnee- und pflanzenbedeckte Böden ausgeweitet werden.
Wie funktioniert ein Radiometer
Ein Radiometer empfängt elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Frequenzband und misst ihre Intensität. Es besteht aus einer Antenne, die durch ihre Form und Größe darauf ausgelegt ist, die gewünschten Frequenzen zu empfangen. Das empfangene Signal wird elektronisch aufbereitet und kann anschliessend ausgewertet werden.