Messungen aus 100 Meter Höhe

Jülicher Forscher installieren Mikrowellen-Antenne auf Meteorologischem Turm Jülich, 11. Januar 2005 Jülicher Umweltwissenschaftler haben eine Radiometer-Antenne in 100 Metern Höhe auf dem Meteorologischen Turm des Forschungszentrums installiert. Hiermit wollen die Forscher in den nächsten Monaten auf einer Waldfläche von einem Hektar den Feuchtigkeitsgehalt im Boden kontinuierlich messen. Dabei interessiert sie zunächst, ob die vorhandene Vegetation, die den Boden abschirmt, Messungen aus der Luft überhaupt zulässt. Informationen zur Bodenfeuchte sind vor allem für die Landwirtschaft wichtig. Hydrologen nutzen diese Daten, um die Speicherfähigkeit des Bodens einzuschätzen und Grund- und Hochwasserstände vorherzusagen.

Mit der Antenne können die Wissenschaftler elektromagnetische Strahlung zu der auch sichtbares Licht gehört im Mikrowellenbereich mengenmäßig erfassen. Wärmestrahlung dieser Art wird von der Erdoberfläche sowie von jedem Körper ausgesandt emittiert und hängt von der Temperatur und des Emissionsvermögens der Oberfläche ab. Da Mikrowellen von der Atmosphäre kaum beeinflusst werden, können die Wissenschaftler die Signale mit weit von der Erdoberfläche entfernten Antennen auch durch Wolken und Dunst empfangen.
Das Emissionsvermögen des Bodens im Mikrowellenbereich steht im engen Zusammenhang mit dem Wassergehalt. Die Radiometermessungen liefern den Umweltforschern daher Informationen über die Bodenfeuchte in der oberen Bodenschicht. Der Wassergehalt in den oberen Zentimetern der Erdschicht beeinflusst beispielsweise die Speicherfähigkeit des Bodens oder aber den Wasserabfluss an der Oberfläche. Ein zu hoher Abfluss führt zur Erosion bis hin zu Überschwemmungen. Auch die Menge des Wassers, welche die Pflanzen auf unterschiedlichen Wegen verdunsten, wird von der Bodenfeuchte beeinflusst. Eine gute Abschätzung dieses Parameters ist ebenfalls wichtig für die Wettervorhersage.

Mit der neu installierten Messantenne auf dem Meteorologischen Turm wollen die Jülicher Umweltforscher aus den Instituten Agrosphäre, Troposphäre und Phytosphäre gemeinsam mit Forschern aus dem Institut für Terrestrische Ökologie der ETH Zürich untersuchen, ob der Wassergehalt des Bodens auch in einem Waldbestand mittels einer Radiometer-Antenne erfasst werden kann oder ob Bodenbewuchs und Bäume die Messungen behindern. Mit Bodensensoren werden die gemessenen Ergebnisse überprüft. Die Wissenschaftler wollen ebenfalls untersuchen, was die Daten über Transportprozesse in tieferen Bodenschichten verraten. Diese Prozesse spielen eine wichtige Rolle beim Grundwasseraustausch und sind verantwortlich dafür, ob und wie Pflanzennährstoffe oder Schadstoffe aus dem Boden ausgewaschen werden. Mit der geoelektrischen Tomographie können die Forscher bereits zeigen, wie sich Stoffe im Boden verteilen und dort transportiert werden. Mit der Radiometrie könnten sie jedoch weitaus größere Flächen untersuchen, indem Mikrowellenantennen auf Flugzeuge oder Satelliten montiert werden. So könnte die Bodenfeuchte beispielsweise in vollständigen Einzugsgebieten von Flüssen bis hin zu ganzen Kontinenten beobachtet werden.

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, der Universität Bern und dem Forschungszentrum Jülich.