Datensatz zeigt Auswirkungen des Klimawandels im Detail

Je nach geografischer Lage unterscheiden sich die Auswirkungen des globalen Temperaturanstiegs. Während Menschen in einigen Regionen der Erde unter absoluter Wasserknappheit leiden, müssen sie sich in anderen Gebieten vor Starkregen und Überschwemmungen schützen. Der Klimawandel verändert nicht nur Niederschlagsmuster, sondern wirkt sich auch auf die Verfügbarkeit von Trinkwasser, die Wasserversorgung von Flüssen und Seen, die Gletscherschmelze, den Meeresspiegelanstieg sowie auf die Verdunstung von Wasser auf der Landoberfläche aus. Kurz gesagt: Der Klimawandel beeinflusst den Wasserkreislauf.

Um die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf Wasserressourcen, Ökosysteme, Landwirtschaft, Gesellschaft und Wirtschaft besser zu verstehen, ist die Überwachung der globalen Wasserverteilung auf der Landoberfläche entscheidend. Dafür kommen meist satellitengestützte Messungen oder hydrologische Modelle zum Einsatz. Diese Methoden haben jedoch ihre Schwachstellen und liefern nur bedingt aussagekräftige Ergebnisse. Forschende der Geodäsie an der Universität Bonn haben nun durch die Kombination aus zwei Modellen einen neuen Datensatz erstellt, der die zeitlichen Veränderungen der Gesamtwasserverteilung auf den Landflächen über die vergangenen 20 Jahre darstellt. Der Clou: Die Auswertungen sind viel detaillierter als alle anderen bisher.

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Klimawandel erfassen: Satellitendaten und hydrologisches Modell

Die Veränderung der globalen Wasserverteilung wird grundsätzlich mithilfe von verschiedenen Methoden erfasst. Für die Erstellung ihres neuen Datensatzes haben sich die Forschenden jedoch auf diese zwei Verfahren konzentriert: satellitengestützte Messungen und globale hydrologische Modelle. Das Grundprinzip der Satellitenmessungen (GRACE – Gravity Recovery and Climate Experiment) basiert auf Messungen winziger Variationen im Erdschwerefeld, die durch Veränderungen in der Verteilung von Masse, einschließlich Wasser, auf der Erdoberfläche verursacht werden. „Ein einzigartiger Vorteil der GRACE-Messung ist, dass sie alle Wasserspeicher umfasst, also auch Veränderungen von Grundwasservorkommen, die tief unter der Erdoberfläche verborgen sind, oder in zehntausenden von Stauseen oder Feuchtgebieten”, sagt Helena Gerdener vom Forschungsteam. Ein Nachteil sei hingegen, dass die räumliche Auflösung der Daten vergleichsweise grob ausfällt und sich nur für Gebiete von etwa 100.000 Quadratkilometern eignet.

Hydrologische Modelle basieren wiederum auf Daten zu Niederschlag, Verdunstung, Temperatur, Strahlung, Bodenbeschaffenheit und Karten der Landnutzung.  Diese Daten werden genutzt, um den Wasserfluss in bestimmten Gebieten zu simulieren und helfen so bei der Vorhersage von Veränderungen im Wasserkreislauf. Die hydrologischen Modelle erlauben im Gegensatz zu der satellitengestützten Messung eine genauere Auflösung, ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass sie oft fehlerhaft sind.

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Kombination aus zwei Methoden zeigt Wasserverteilung im Detail

Gemeinsam mit Forschenden der Universität Frankfurt und aus Warschau hat das Forschungsteam der Universität Bonn beide Methoden, das heißt, die umfangreichen Satellitenmessungen mit den hochauflösenden meteorologischen Daten kombiniert. „Das Besondere ist, dass auf diese Weise die Auflösung der resultierenden Karten der Wasserverteilung von etwa 300 Kilometer auf 50 Kilometer gesteigert werden konnte”, sagt Jürgen Kusche, Professor am Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn.

Neben den Messergebnissen der GRACE- und GRACE-FO-Satelliten verwendeten die Forschenden das an der Universität Frankfurt entwickelte hydrologische Modell „WaterGAP“ sowie ein mathematisches Verfahren, das sonst in der Wettervorhersage zum Einsatz kommt. Den neuen Datensatz testeten die Forschenden anhand von etwa 1000 Teststationen. Hierbei zeigte sich, dass die kombinierten Daten deutlich besser zu den Messungen passen, als die nur auf einem Modell beruhenden Berechnungen.

Neuer Datensatz ermöglicht genauere Ergebnisse zum Klimawandel

Gletscher schmelzen, der Meeresspiegel steigt und Extremwetterereignisse wie Dürren, Starkregen uns Stürme nehmen zu. Die Auswirkungen des Klimawandels sind deutlich spürbar und spiegeln sich bereits in der Gesamtwasserverteilung auf der Erdoberfläche wieder. „Mit der neuen Methode lassen sich Modellrechnungen zu den zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels testen, insbesondere wie die Zunahme der Temperaturen und auch Veränderungen des Niederschlags sich je nach Region auf den Wasserhaushalt auswirken werden”, sagt Kusche.

Der neue Datensatz, der aus der Kombination beider Methoden resultiert, ermöglicht somit künftig Forschenden, Veränderungen in der globalen Wasserverteilung gezielter zu überwachen, Muster zu identifizieren und auf die Auswirkungen des Klimawandels zu reagieren.

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