Konsistente Klimadatensätze über Bodenfeuchte und Vegetation

Verlässliche Information über den Wassergehalt in Pflanzen und Böden sind unerlässlich für die Land- und Forstwirtschaft und die Klimaforschung um die Auswirkungen von Dürren auf Pflanzenwachstum und Ernteerträge abschätzen zu können. Beobachtungen von Mikrowellen- Satelliten ermöglichen es den Feuchtegehalt in Böden und Vegetation für die letzten 40 Jahre zu ermitteln. Leider ist diese Information nicht täglich verfügbar und hat nur eine geringe Qualität um klare Aussagen über kurz- und langfristige Veränderungen von Wasservorräten und -flüssen auf dem Land zu treffen. Im CONSOLIDATION-Projekt schlagen wir vor, verschiedene Satellitenbeobachtungen der Boden- und Vegetationsfeuchte mit einem aktuellen Landoberflächenmodell zu kombinieren. Die Kombination aus Beobachtungen und Modell, ermöglicht es weltweit den Boden- und Vegetationsfeuchtegehalt sowie die Biomasse detailliert abzuschätzen mit hoher räumliche (10 km) und zeitlicher (alle 3 Stunden) Auflösung. Da in diesem Ansatz die beste Information aus Beobachtungen und Modellen kombiniert werden wird, werden die Ergebnisse von höherer Qualität sein als derzeitige Datensätze, die entweder nur von Satellitenbeobachtungen oder nur von Modellen stammen. Zusätzlich werden stündliche bis tägliche Veränderungen berücksichtigt und es wird sichergestellt, dass bio-physikalische Beziehungen zwischen Bodenfeuchte und Vegetation sowie anderen Landoberflächeneigenschaften korrekt abgebildet werden. Die neuen Datensätze werden genutzt werden um in Testgebieten Ernteerträge abzuschätzen und um den Einfluss von Dürren auf die Pflanzenbiomasse über große Region zu bestimmen. Das Projekt verbindet erstmalig das Wissen von zwei Partnern über die Kombination von Modellen mit Beobachtungsdaten (KU Leuven) und über die Bestimmung von Boden- und Vegetationsfeuchte aus Mikrowellensatelliten (TU Wien).

Genaue Schätzungen der Auswirkungen von Dürren auf die Pflanzenproduktion und Ernteerträge erfordern hochwertige Informationen über die in Böden und Pflanzen gespeicherte Wassermenge. Mithilfe von Mikrowellen-Satellitenbeobachtungen konnte der Feuchtigkeitsgehalt von Böden und Vegetation in den letzten 45 Jahren geschätzt werden. Diese Informationen sind jedoch nicht täglich verfügbar und unterliegen Unsicherheiten, die klare Schlussfolgerungen über kurz- bis langfristige Veränderungen der Wasserspeicherung und des Wasserflusses über Land verhindern. Umgekehrt liefern großräumige Landoberflächenmodelle konsistente und zusammenhängende Simulationen zahlreicher hydrologischer und ökosystemarer Variablen, beschreiben jedoch die Wechselwirkungen zwischen Hydrologie und Vegetationsfunktionen nur unzureichend. Im Rahmen des CONSOLIDATION-Projekts wurden mehrere Satellitenbeobachtungen der Bodenfeuchte und Vegetationsproduktivität mit Noah-MP kombiniert, einem Landflächenmodell der neuen Generation, das Veränderungen des Wasserhaushalts und der Vegetation über Land simuliert. Die daraus resultierenden Datensätze sind von besserer Qualität als aktuelle Datensätze, die ausschließlich aus Satellitenbeobachtungen oder Modellen stammen, da sie die zuverlässigsten Informationen aus beiden Quellen kombinieren. Darüber hinaus wurden physikalische Verbindungen zwischen Bodenfeuchte und Vegetation sowie allen anderen Landflächenvariablen sichergestellt. Der Schwerpunkt des Projekts lag auf der Optimierung von Methoden zur Kombination beider Datenströme sowie auf der Bewertung des Mehrwerts dieser Techniken zur Integration von Modelldaten für die numerische Wettervorhersage und die auf maschinellem Lernen basierende Ernteertragsprognose. Das Projekt hat zwei Partner mit sich ergänzenden Fachkenntnissen zusammengebracht: die KU Leuven im Bereich Datenassimilation und die TU Wien im Bereich der Erdbeobachtung von Boden- und Vegetationsfeuchte mittels Mikrowellensatelliten.