G-MONARCH: Gravimetrie in der Alpinen Hydrologie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Flechtner; Professor Dr. Karl-Friedrich Wetzel
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516655888

Wissenschaftlicher Kontext: Das Schneewasseräquivalent ist eine wesentliche Klimavariable und hat entscheidende Bedeutung für den Wasserkreislauf und das Wohlergehen von Milliarden Menschen weltweit. Die mengenmäßige und raumzeitliche Abschätzung des Schnees gilt derzeit als eine der wichtigsten Herausforderungen der alpinen Hydrologie. Zudem ist es sehr schwierig, andere Komponenten alpiner Wasserspeicher, z.B. Karstspeicher, und die Beziehungen zwischen Niederschlag, Evapotranspiration, Speicher, interner Flüsse und Abfluss zu erfassen. Innovation: Das Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG) mit seiner weltweit einmaligen Installation eines Supraleitgravimeters auf der Zugspitze über einem gut instrumentierten, hochalpinen, schneereichen Einzugsgebiet, wird als neuartiges hydrologisches Sensorsystem zur direkten, integralen und nicht invasiven Beobachtung des Schwereeffekts von Wasserspeichervariationen eingesetzt. Aufgrund der geologischen Situation, ist dieses Einzugsgebiet ein natürliches Lysimeter, das detaillierte Analysen der Massenbilanz ermöglicht. Ziel: Wir werden diese einzigartige instrumentelle Konstellation mit detaillierten physikalisch-basierten Schneedecken- sowie karst-hydrologischen Modellen kombinieren, um die raumzeitliche Dynamik der hydrologischen Prozesse zu beschreiben. Die übergeordnete Forschungsfrage ist, inwieweit dies zu einem verbesserten Verständnis und einer genaueren Quantifizierung der hydrologischen Prozesse und Speicher in alpinen Einzugsgebieten beitragen kann, dessen Erkenntnisse sich auch auf andere Regionen weltweit übertragen lassen. Ansatz: Wichtige Schritte sind: i) die Bereitstellung von schnee-hydro-meteorologischen Beobachtungen für Anfangs- und Randbedingungen zur Modellierung, Kalibrierung und Validierung; ii) die Verbesserung der gravimetrischen Modellierung und die Ausweitung gravimetrischer Beobachtungen innerhalb des Testgebiets; iii) die Entwicklung eines Schnee-Hydro-Gravimetrie-Modellsetups zur Beschreibung der raumzeitlichen hydrologischen Massenvariationen und der korrespondierenden gravimetrischen Signale, unter Einbeziehung der Abschätzung von Unsicherheiten zur Modellkonditionierung, und iv) einer Synthese zur Beurteilung inwieweit die gravimetrischen Signale einen Mehrwert für die alpinen Hydrologie darstellen. Primär beteiligte Wissenschaftler: Eine erfolgreiche Umsetzung dieses stark interdisziplinären Projekts beruht auf intensiver Zusammenarbeit. Diese Konstellation umfasst die Expertise zum alpinen hydrologischen Monitoring und zur Modellierung sowie Unsicherheitsabschätzung von Modellparametern der BOKU Wien, die Expertise der Technischen Universität Berlin und des GFZ Potsdam zur Ableitung gravimetrischer Signale, die auf kleine Änderungen in der Hydrosphäre reagieren, sowie das langjährige lokale hydro(geo)logische Wissen und die Betreuung des Sensornetzwerks durch die Universität Augsburg.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Christian Voigt
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Franziska Koch; Professor Dr. Karsten Schulz