Das mesoskalige hydrologische Modell mHM



Wissenschaftliche Basis des UFZ-Dürremonitors ist das hydrologische Modellsystem mHM (Samaniego et al. 2010, Kumar et al. 2013), das am UFZ entwickelt wurde. Dieses "Smarte" Umweltsystemmodell kann ökosystemare Prozesse im Landschaftsmaßstab mathematisch beschreiben und arbeitet nicht nur mit einer extrem guten räumlichen Auflösung und hoher Präzision, sondern integriert auch Prognoseunsicherheiten in seine Berechnungen. Eingesetzt wird das Modellsystem nicht nur im UFZ-Dürremonitor, sondern bspw. auch in Erdsystemmodellen des US-amerikanischen National Center for Atmospheric Research (NCAR) oder in Wasserqualitätsmodellen der kanadischen University of Waterloo. 2017 erhielt das UFZ-mHM-Team den UFZ-Forschungspreis.

Weitere Informationen finden sich hier: www.ufz.de/mhm



Die operationelle Modellkette

Der Dürremonitor wird jede Nacht aktualisiert. Dazu werden Daten von ungefähr 2500 Wetterstationen des Deutschen Wetterdienstes genutzt, die qualitätsgeprüft und dann auf das 4 km Raster interpoliert werden. Dabei kommt ein External Drift Kriging Ansatz zur Anwendung, der die geographische Höhe als Zusatzinformation nutzt. Diese Daten treiben das hydrologische Modell mHM an, mit dem u.a. die Bodenfeuchte simuliert wird. Durch den Vergleich der Bodenfeuchte mit dem langjährigen Erwartungswert kann dann der Bodenfeuchteindex (SMI, Samaniego et al. 2013) berechnet und der Dürrezustand ermittelt werden (s.u. "Was bedeutet Dürre?").

Eine weiterführende Beschreibung der Modellkette findet sich bei Marx et al. 2016 und Zink et al. 2016.



Beobachtungsdaten

U.a. am Waldstandort ‚Hohes Holz‘ im Einzugsgebiet der Bode im Harzvorland betreibt das UFZ eine Dauer-Messstation zur Ermittlung des Energie- und Spurengasaustauschs zwischen dem Wald-Ökosystem und der Atmosphäre mit Hilfe der Eddy-Kovarianzmethode (https://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_covariance). Hierfür wurde im Frühjahr 2014 ein 50m hoher Messturm errichtet. Messungen am Turm finden seit Juni 2014 in mehreren Höhen statt, zusätzlich sind vielfältige Sensoren zur Bestimmung der treibenden abiotischen Variablen wie z.B. Niederschlag, Strahlung, Temperatur und Wind installiert. Ziel der Untersuchungen im Hohen Holz ist es, alle Komponenten des Kohlenstoff- und des Wasserhaushalts sowie deren Variabilität möglichst genau zu bestimmen. Aus diesem Grund wird beispielsweise die Bodenfeuchte sowohl an verschiedenen Positionen und Tiefen wie auch integrativ in einem Bereich von ca. 1 ha kontinuierlich gemessen. Der Messstandort Hohes Holz ist als Class 1-Standort im Ökosystem-Programm des Forschungs-Infrastruktur-Projekts ICOS (https://www.icos-ri.eu/home) zertifiziert.

Zukünftige Dürren unter Klimawandel



Unter dem Copernicus Programm der EU wurde in dem Projekt EDgE die Datengrundlage für die Erforschung zukünftiger Dürren in Europa gelegt. Auswertungen zu hydrologischen und agrarischen Dürren für Deutschland und die Bundesländer finden sich im Ergebnisbericht des BMBF-geförderten Projektes HOKLIM. Für Europa wurden in englischer Sprache die agrarische Dürreentwicklung unter Klimawandel in Samaniego und Thober et al. 2018 sowie die hydrologische Dürre in Marx et al. 2018 veröffentlicht.

