Wechselwirkungen zwischen Atmsophäre und Permafrost in den österreichischen Alpen - Atmosphärische Extremereignisse und ihre Bedeutung für den mittleren Zustand der Auftauschicht

01.09.2015 - 31.08.2018
Forschungsförderungsprojekt

ATMOperm (Wechselwirkungen zwischen Atmsophäre und Permafrost in den österreichischen Alpen – Atmosphärische Extremereignisse und ihre Bedeutung für den mittleren Zustand der Auftauschicht):
Permafrost ist ein prägendes Element der Hochgebirgslandschaft das einer deutlichen Veränderung durch den globalen Klimawandel unterliegt. In den Alpen sind insbeondere Infrastruktureinrichtungen wie Wege, Strassen oder Gebäude von den Veränderungen des Permafrostes etwa durch Stabilitätsverlust betroffen, deren Sanierung oft enorme Kosten verursachen. Das Verständnis der die Permafroständerungen hervorrufenden Prozesse ist jedoch noch ungenügend. Insbesondere ist der Energieaustausch mit der Atmosphäre, im Wechselspiel mit Prozessen im Boden, wenig erfasst und verstanden. Ganz besonders gilt dies für den Einfluss von atmosphärischen Extremereignissen wie etwa einer sommerlichen Hitzewelle (etwa 2003), einer frühwinterlicher Kältewelle oder Ereignisse die die Schneemächtigkeit am Boden betreffen. Dieses wissenschaftliche Defizit ist nicht nur in der Komplexität der Permafrostprozesse begründet, sondern auch in der erst recht kurzen Etablierung der alpinen Permafrostforschung (insbesondere in Österreich).
Die in der Geophysik entwickelte Methode der Geoelektrik (Electrical Resistivity Tomography ERT) ist ein hochinnovativer Ansatz zur Erfassung von (thermischen) Strukturen im Untergrund. ATMOperm (Atmosphere - permafrost relationship in the Austrian Alps – atmospheric extreme events and their relevance for the mean state of the active layer) hat zum Ziel, die Methode der Geoelektrik für die Erkundung der Dicke des Auftauschicht (Active Layer Thickness) im Bereich des Gebirgspermafrostes weiterzuentwickeln und für ein langfristiges Monitoring zu optimieren. Für die Ableitung der thermischen Strukturen im Boden aus den Wiederstandswerten der Geoelektrikmessungen sind jedoch bestehende Auswertemethoden zu optimieren – eine wesentliche Innovation die von ATMOperm angestrebt wird. Die Messung der Auftauschicht mittels Geoelektrik wird durch eine Messung der Energieflüsse zwischen Atmosphäre und Boden ergänzt. Dadurch können die Auswirkungen des Energieaustausches auf die Mächtigkeit und die thermische Struktur der Auftauschicht in idealer Weise untersucht werden. Die Verwendung eines Energie- und Massenaustauschmodells des Bodens (Coupmodel) ermöglicht es, die Austauschprozesse zwischen Atmosphäre und Boden zu simulieren und so die Wirkung der atmosphärischen Energieflüsse auf die Temperaturverteilung im Boden zu verstehen.
Das ATMOperm Monitoring wird für den Sonnblick (Österreichische Zentralalpen) entwickelt. Das hat vor allem den Hintergrund, dass für den Sonnblick bereits ein umfangreiches Permafrostmonitoring existiert und das atmosphärische Messnetz so hoch entwickelt ist wie kaum an einer anderen Stelle im Bereich der Alpen. Neben dem Sonnblick werden jedoch auch die Daten aus den schon existierenden Monitoringstellen Schilthorn (Berner Alpen, Schweiz) sowie Kitzsteinhorn (Österreichische Zentralalpen) mitverwendet, da dadurch einerseits längere geoelektrische Messzeitreihen für die Modellverbesserung zur Verfügung stehen (beziehungsweise auch längere Zeitreihen mit parallelen Messungen der atmosphärischen Energieflüsse). Andererseits kann dadurch der Einfluss unterschiedlicher geologische Gegebenheiten untersucht werden.
Durch das Projekt ATMOperm wird nicht nur das Wissen über die Ursachen der Veränderungen des alpinen Permafrostes im Zuge des Klimawandels deutlich verbessert, sondern auch der Grundstein für ein richtungsweisendes Umweltmonitoring gelegt. Die Ergebnisse aus ATMOperm werden auch einen wesentlichen Beitrag zur besseren Interpretation von Langzeit-Temperaturmessreihen des Permafrostes liefern, da dann der Einfluss von einzelnen Extremereignissen auf den Langzeitrend besser verstanden und interpretiert werden kann.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungsmittel

  • Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) Ausschreibungskennung ESS2013

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Energy and Environment

Schlagwörter

DeutschEnglisch
PermafrostPermafrost
Geophysikalische Bildgebung verfahrenGeophysical imaging methods

Externe Partner_innen

  • Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik
  • Geologisches Bundesanstalt
  • Universität Graz