Permafrostmonitoring auf Yamal

Permafrost spielt für das Klima eine essentielle Rolle (essential climate variable` - ECV). Es ist ein Phänomen des Untergrundes welches mit Satellitendaten nur indirekt gemessen werden kann. Es gibt jedoch eine Reihe von Oberflächenparametern welche mit den thermischen Eigenschaften im Boden im Zusammenhang stehen. In diesem Russisch-Österreichischen Kooperationsprojekt werden Satellitendaten und in situ` Messungen in einer Region kombiniert für die signifikante Änderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel erwartet werden. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer Methoden für Monitoring von Permafrost und damit assoziierter Oberflächenformen. Insbesondere werden Auftauseen und die saisonale Auftauschicht des Bodens im Zusammenhang mit Erdrutschen und Schneeeigenschaften betrachtet. Das Untersuchungsgebiet befindet sich auf der Yamal-Halbinsel. In dieser Region werden seit 1988 Messungen zu Permafrostparametern vom Earth Cryosphere Institute der Russischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen von GTN-P (Global Terrestrial Network on Permafrost) durchgeführt. Bisherige Arbeiten auf Basis von Satellitendaten umfassten Radarmessungen im C- and Ku-Band mit mittlerer bis grober Auflösung (150m-25km). Im Rahmen dieses Projektes sollen insbesondere auch höher aufgelöste X-Band SAR (Synthetic Aperture Radar) Datensätze verwendet werden. Die Expertise des Teams umfasst sowohl Bereiche der Geomorphologie, der Botanik, der Geoökologie, der Kartographie, der Fernerkundung sowie der Kryosphärenforschung und unterstützt somit den interdisziplinären Forschungsansatz. Die Durchführbarkeit des Projektes wird auch insbesondere durch die umfangreiche zu Permafrost auf Yamal bestehende Geo-Datenbank auf russischer Seite und die Erfahrung im Bereich Fernerkundung auf österreichischer Seite begünstigt. Ergebnisse dieses Projektes umfassen: - Die Entwicklung von neuen Methoden, mit denen Geländemessungen und Satellitendaten zur Erfassung des Zustandes des Permafrost und assoziierter Landoberflächenformen im nördlichen Teil Westsibiriens kombiniert werden können (und letztendlich weiterer Permafrostregionen); - Die Anwendung dieser Methoden in Bereich der Yamal-Halbinsel.

Die Österreichisch-Russische Kooperation im Rahmen des Projektes COLD Yamal hat zur Entwicklung von mehreren neuen Methoden beigetragen, welche zum verbesserten Verständnis von Permafrost und den damit verbunden Landschaftsmerkmalen in der gesamten Arktis beitragen. Der Schlüssel zum Erfolg des Projektes waren gemeinsame Expeditionen, Arbeitstreffen und die breite Palette an Expertisen im Team, zu welchem neben der Russischen Akademie der Wissenschaften auch Wissenschaftler aus Deutschland und Finnland zählten. Der intensive Austausch hat zu zahlreichen Publikationen in referierten Fachzeitschriften geführt. Die Jamal-Halbinsel befindet sich im Randbereich der sibirischen Permafrostzone, welche sich im Zuge des Klimawandels verkleinern wird. Die Temperaturen im Boden und die jährliche Auftautiefe nehmen bereits kontinuierlich zu. Um die lokalen Auswirkungen zu verstehen, werden räumlich kontinuierliche Informationen benötigt. Dies wurde mit einer Kombination von Messungen vor Ort und Satellitendaten erreicht. Es wurden Auftauseen, Hangrutschungsbereiche und die Vegetationsbedeckung im Zusammenhang mit der jährlichen Auftautiefe untersucht. Ausgewählte Datensätze wurden mit Hilfe des Alfred Wegener Instituts für Polar und Meeresforschung in einem WebGIS öffentlich verfügbar gemacht. Es wurde insbesondere der Mehrwert von Satelliten-Messungen im Mikrowellenbereich untersucht und bestätigt. Höher aufgelöste, sogenannte SAR Messungen während der Winterzeit fanden in Kombination mit bathymetrischen Messungen Verwendung um Informationen über die Seentiefe zu erhalten. Dies konnte letztendlich für die gesamt Arktis umgesetzt und somit die Messungen von Jamal in einen größeren Kontext gesetzt werden. Derzeit gefrieren die Seen bis zu einer Tiefe von 1,5m. Es ist zu erwarten dass sich dies in Zukunft in der gesamten Arktis verringert. Mit dem nun vorhandenen Basisdatensatz und der verbesserten Methode kann dies gezielt weiteruntersucht werden. Des Weiteren geben die Ergebnisse Aufschluss über die Genese der Seen. Für Landbereiche konnte gezeigt werden, dass sich Mikrowellendaten für die Charakterisierung von Oberflächeneigenschaften eignen, welche im Zusammenhang mit der Auftautiefe stehen. Dies ermöglicht die Erfassung ihrer räumlichen Muster lokal (mit X-Band) und für die gesamte Arktis nördlich der Baumgrenze (mit C-Band) mit einem neuartigen Ansatz. Solche Messungen geben u.a. die Rauigkeit der Oberfläche wider welche im Zusammenhang mit der Bodenzusammensetzung und der Wärmeleitfähigkeit steht. Ebenfalls damit im Zusammenhang stehen Feuchtgebiete was deren zirkumpolare Erfassung im Projekt ermöglichte. Eine umfangreiche und im Rahmen des Projektes publizierte Literaturrecherche zu diesem Thema hat zusätzlich die Grenzen derzeitiger Methoden und das Potential von Mikrowellenfernerkundung aufgezeigt.