Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Globale Wassermodelle schätzen Wasserspeicheränderungen oft falsch ein

25.01.2018

Die von globalen Wassermodellen simulierten Änderungen des Wasserspeichers von Flusseinzugsgebieten weichen deutlich von unabhängigen Abschätzungen der GRACE-Satelliten ab. Das hat eine Forschergruppe unter Leitung der Universität Texas (Austin, USA) herausgefunden, an der auch Wissenschaftler der Goethe-Universität beteiligt waren. Die GRACE-Satelliten messen Änderungen im Schwerefeld der Erde, die maßgeblich von schwankenden Mengen in Wasserspeichern beeinflusst werden.

Die in den „Proceedings of the National Academy of Science” (PNAS) veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die globalen Modelle, mit denen in den vergangenen Jahren die Wasserressourcen der Erde abgeschätzt wurden, überdacht werden müssen. Grundlage der aktuellen Studie sind Beobachtungen der Gesamtwasserspeicher von 186 Flusseinzugsgebieten weltweit im Zeitraum von 2002 bis 2014. Die Daten der GRACE-Satelliten wurden mit den Ergebnissen von sieben globalen Modellen verglichen.


Vergleich von Wasserspeicheränderungen von GRACE-Satelliten (grau) und Modellen (schwarz) im Untersuchungszeitraum 2002-2014. Die Diagramme zeigen Beispiele von Flusseinzugsgebieten mit Diskrepanzen zwischen Satellit und Modellen. Negative Zahlen bedeuten einen Wasserverlust, positive einen Wassergewinn. Die Karte zeigen Änderungen des Gesamtwasserspeichers auf Basis von GRACE-Daten.

Bildrechte: Austin Jackson School of Geosciences der University of Texas.

Behörden und Universitäten verwenden globale Wassermodelle, um Wasserflüsse (z.B. Durchfluss und Verdunstung) und Wasserspeicheränderungen (z.B. Bodenwasser und Grundwasser) in ihrer historischen Entwicklung zu verstehen oder künftige Entwicklungen auf der Basis bestimmter Szenarien zu simulieren.

„Mehr und mehr wird globalen Modellen vertraut, um den Einfluss der anthropogenen Wassernutzung und des Klimas auf die Wasserressourcen zu beurteilen“, sagt Erstautorin Bridget Scanlon, senior research scientist am Bureau of Economic Geology der Universität Texas (USA). „Wenn wir aber die von den Modellen berechneten Wasserspeicheränderungen mit GRACE-Daten vergleichen, zeigt sich, dass die Modelle große Wasserspeicheränderungen unterschätzen, und zwar in beide Richtungen.“

Den von allen Einzugsgebieten stärksten Wasseranstieg im Untersuchungszeitraum gab es nach GRACE-Daten im Amazonas-Gebiet. Dort stieg der Gesamtwasserspeicher um 41 bis 43 Kubikkilometer pro Jahr. Im Gegensatz dazu simulierten die meisten Modelle eine große Absenkung des Gesamtwasserspeichers, und zwar um bis zu 70 Kubikkilometer im Jahr. Das Modell, das am besten mit den GRACE-Daten übereinstimmte, berechnete zwar einen Anstieg, aber nur um 11 Kubikkilometer im Jahr.

Im Ganges-Einzugsgebiet ermittelte GRACE eine Absenkung des Gesamtwasserspeichers um 12 bis 17 Kubikkilometer pro Jahr innerhalb des 12-Jahreszeitraumes – die größte Absenkung in der Studie. Die Vorhersagen der Modelle variieren hingegen zwischen einer Absenkung und einer Erhöhung um je sieben Kubikkilometer pro Jahr.

Im globalen Mittel berechnen die Modelle ein Absinken des Gesamtwasserspeichers im Untersuchungszeitraum, während GRACE-Daten ein Ansteigen nahelegen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass z.B. durch zunehmende Niederschläge der Gesamtwasserspeicher ansteigt, während die anthropogene Wassernutzung ein Absinken verursacht. In der Studie wurden 63 Prozent der Landflächen untersucht. Grönland und die Antarktis waren ausgenommen, da hier das meiste Wasser in Form von Gletschern oder Eisschilden vorliegt.

„Unsere Arbeit zeigt, dass es Gebiete gibt, in denen die globalen Modelle optimiert werden müssen. Dank des global-skaligen Ansatzes der Studie können wir besser verstehen, weshalb die Modelle in einigen Gebieten besser zu unseren Beobachtungen passen. Insbesondere sehen wir, wo die Modelle mit den Beobachtungswerten nicht übereinstimmen“, meint Koautor Hannes Müller Schmied, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Physische Geographie der Goethe-Universität sowie am Senckenberg Biodiversität und Klima-Forschungszentrum.

“Basierend auf der umfassenden Analyse von Wasserspeicheränderungen können wir wichtige zusätzliche Informationen erhalten und uns nun auf die Modellierung der schwierigen Gebiete konzentrieren. So fehlen in den meisten Modellen die Dynamik von Überschwemmungsflächen in den großen Feuchtgebieten und Rückstauwasser-Effekte im Amazonas. Andere Prozesse wie anthropogene Wasserentnahmen im Ganges-Einzugsgebiet müssen ebenso verbessert – und bei manchen Modellen überhaupt erst berücksichtigt werden“, so Hannes Müller Schmied weiter.

Die Arbeit zeigt auch die große Bedeutung der regionalen Forschung. „Mit GRACE erhält man das großräumige Bild des Gesamtwasserspeichers“, sagt Bridget Scanlon. „Allerdings ist es in vielen Fällen eine regionale und lokale Fragestellung, wie man die Wasserressourcen quantifizieren und deren Verfügbarkeit für Mensch und Landwirtschaft sicherstellen kann. Wir sollten den Fokus auf diese kleinräumigen Skalen verstärken, da es oft einfacher ist, lokal verfügbare Daten zu integrieren. Auch die spezifische Situation lässt sich besser lokal beurteilen als wenn man ausschließlich globale Studien verwendet.“

Der Forschergruppe gehören Wissenschaftler des Bureau of Economic Geology der Jackson School of Geosciences an der University of Texas, Austin (USA), der Goethe-Universität, des Senckenberg Biodiversität und Klima-Forschungszentrum, der Utrecht University (Niederlande), des NASA’s Jet Propulsion Laboratory (USA), der Tsinghua University (China) und der Université de Rennes (Frankreich) an.

Publikation: Bridget R. Scanlon, Zizhan Zhangb, Himanshu Save, Alexander Y. Sun, Hannes Müller Schmied, Ludovicus P. H. van Beek, David N. Wiese, Yoshihide Wada, Di Long, Robert C. Reedy, Laurent Longuevergne, Petra Döll und Marc F. P. Bierkens: Global models underestimate large decadal declining and rising water storage trends relative to GRACE satellite data http://www.pnas.org/content/early/2018/01/16/1704665115

Ein Bild zum Download finden Sie unter: www.uni-frankfurt.de/70121344
Bildtext: Vergleich von Wasserspeicheränderungen von GRACE-Satelliten (grau) und Modellen (schwarz) im Untersuchungszeitraum 2002-2014. Die Diagramme zeigen Beispiele von Flusseinzugsgebieten mit Diskrepanzen zwischen Satellit und Modellen. Negative Zahlen bedeuten einen Wasserverlust, positive einen Wassergewinn. Die Karte zeigen Änderungen des Gesamtwasserspeichers auf Basis von GRACE-Daten
Bildrechte: Austin Jackson School of Geosciences der University of Texas.

Informationen: Hannes Müller Schmied, Institut für Physische Geographie, Fachbereich 11 sowie Senckenberg Biodiversität und Klima-Forschungszentrum, Tel.: (069) 798-40216, Hannes.Mueller.Schmied@em.uni-frankfurt.de

Aktuelle Nachrichten aus Wissenschaft, Lehre und Gesellschaft in GOETHE-UNI online: www.aktuelles.uni-frankfurt.de

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 1914 mit privaten Mitteln überwiegend jüdischer Stifter gegründet, hat sie seitdem Pionierleistungen erbracht auf den Feldern der Sozial-, Gesellschafts- und Wirtschaftswissenschaften, Medizin, Quantenphysik, Hirnforschung und Arbeitsrecht. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein hohes Maß an Selbstverantwortung. Heute ist sie eine der zehn drittmittelstärksten und drei größten Universitäten Deutschlands mit drei Exzellenzclustern in Medizin, Lebenswissenschaften sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. Zusammen mit der Technischen Universität Darmstadt und der Universität Mainz ist sie Partner der länderübergreifenden strategischen Universitätsallianz Rhein-Main.

Internet: www.uni-frankfurt.de

Herausgeberin: Die Präsidentin der Goethe-Universität Redaktion: Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation, Abteilung PR & Kommunikation, Theodor-W.-Adorno-Platz 1, 60323 Frankfurt am Main, Tel: (069) 798-12498, Fax: (069) 798-763 12531, hardy@pvw.uni-frankfurt.de

Dr. Anne Hardy | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Das feine Gesicht der Antarktis
13.12.2019 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Dem Erdklima auf der Spur
13.12.2019 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Das feine Gesicht der Antarktis

Eine neue Karte zeigt die unter dem Eis verborgenen Geländeformen so genau wie nie zuvor. Das erlaubt bessere Prognosen über die Zukunft der Gletscher und den Anstieg des Meeresspiegels

Wenn der Klimawandel die Gletscher der Antarktis immer rascher Richtung Meer fließen lässt, ist das keine gute Nachricht. Denn dadurch verlieren die gefrorenen...

Im Focus: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Titin in Echtzeit verfolgen

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

LogiMAT 2020: Automatisierungslösungen für die Logistik

13.12.2019 | Messenachrichten

Das feine Gesicht der Antarktis

13.12.2019 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics