Beobachtung und Untersuchung des Systems Land-Atmosphäre, der planetaren Grenzschicht und von Flüssen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Frank Beyrich; Dr. Thomas Jagdhuber; Dr. Angelika Kübert; Professor Dr. Matthias Mauder; Professorin Natalie Orlowski; Dr. Verena Rajtschan; Professor Dr. Thilo Streck; Professor Dr. Christoph Thomas; Professor Dr. Volker Wulfmeyer
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514721519

Die Charakterisierung der Land-Atmosphäre (L-A)-Rückkopplung erfordert detaillierte Untersuchungen des Bodens, der Landbedeckung und der Atmosphäre bis hin zur unteren freien Troposphäre. Fast alle aktuellen Observatorien und Beobachtungsnetzwerke konzentrieren sich nur auf Teilkomponenten des L-A-Systems. Ziel des Projekts P1 der Forschungsgruppe Land-Atmosphäre Feedback Initiative (LAFI) ist es, am Land-Atmosphäre Feedback Observatorium (LAFO) der Universität Hohenheim ein umfassendes Feldprogramm auf heterogenem Agrarland zu realisieren, das diese Beobachtungslücken schließt. Dieses wird durch die Messungen von Profilen der Schlüsselvariablen in allen drei Kompartimenten und die Charakterisierung ihrer horizontalen Strukturen in einer heterogenen Landschaft ermöglicht. Darüber hinaus werden wir einen 20-Jahres-Datensatz analysieren, der am MOL-RAO des DWD gesammelt wurde und die wichtigsten L-A-Systemvariablen für die Ableitung statistischer Metriken, Oberflächenflüsse und die Schließung des Energiehaushalts mit besonderem Schwerpunkt auf Hitzewellen und Dürren abdeckt. Am LAFO werden wir über mindestens eine Vegetationsperiode (Frühling–Herbst 2025) eine General Operations Period (GOP) in Kombination mit fünf Intensiven Observations Periods (IOPS) durchführen, um L-A-Feedbackprozesse zu charakterisieren. Neben etablierten Messtechniken wie Flusskammern und Eddy-Kovarianz-Systemen sowie Doppler-Lidar-Systemen werden wir neue Techniken einsetzen. Dazu gehören Isotopensensoren zur Unterscheidung zwischen Verdunstung und Transpiration, faseroptische Sensoren im Boden, in der Vegetation und in der Prandtl-Schicht für Temperatur- und Windmessungen, die Messung von Profilen der Strahlung, der Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Vegetation sowie unbemannte Luftfahrzeuge zur Kartierung von Landoberflächeneigenschaften und hochauflösende scannende Raman- und Differentialabsorptions-Lidarsysteme zusammen mit Doppler-Lidar-Systemen zur Ableitung dreidimensionaler turbulenter Eigenschaften der Oberflächenschicht und der atmosphärischen Grenzschicht mit besonderem Schwerpunkt auf Entrainment. P1 ist für alle anderen Projekte von unmittelbarer Bedeutung und dient als Schwerpunkt von LAFI. P2-P6 und P11 werden zur Sensorsynergie beitragen und die Daten unter verschiedenen wissenschaftlichen Aspekten analysieren. P7-P9 modellieren die gesamte GOP und verwenden die P1-Daten für Vergleiche von Feedback-Metriken und Prozessdarstellungen sowie für die Modellevaluation. P10 wird die P1-Daten mithilfe von Deep-Learning-Methoden analysieren. Die in P1 durchgeführten Messungen liefern die wesentliche Grundlage, um alle sechs Forschungsziele zu erreichen und alle Hypothesen von LAFI zu überprüfen. Ebenso stützen sich alle bereichsübergreifenden Arbeitsgruppen auf die Beobachtungen von P1. Durch das Design und die Durchführung der LAFI GOP und IOPs erwarten wir neue Erkenntnisse über L-A-Rückkopplungen und -Prozesse in Agrarlandschaften.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5639: Land-Atmosphäre Feedback Initiative (LAFI)
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Großgeräte: 2 Open Path Eddy Covariance System ; 2 Sap Flow Measuring Systems ; Distributed Temperature Sensing Unit ; Doppler Lidar ; Water Isotope Analyzer
• Gerätegruppe: 0530 Windmeßgeräte
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche
• Mitverantwortliche: Andreas Behrendt, Ph.D.; Oliver Branch, Ph.D.; Dr. Joachim Ingwersen
• Kooperationspartner: Dr. Stanislaus Josef Schymanski