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Monitoring von Grundwasserflurabständen in Mooren anhand von Radardaten

Projekt

Radarbild von organischen Böden am Dümmer und Lage von Grundwasserstellen (beruht auf veränderten Copernicus Sentinel-Daten (2017)) (c) Thünen-Institut/AK
Radarbild von organischen Böden am Dümmer und Lage von Grundwasserstellen (beruht auf veränderten Copernicus Sentinel-Daten (2017)) (© Thünen-Institut/AK)

Entwicklung einer Methode zur Abschätzung des Grundwasserflurabstands in organischen Böden in Deutschland aus Sentinel-Radardaten

Treibhausgasemissionen aus Mooren werden stark vom Grundwasserflurstand beeinflusst. Eine Ableitung der Grundwasserflurabstände aus Fernerkundungsdaten könnte die räumlich und zeitlich differenzierte Abschätzung von THG-Emissionen deutlich verbessern. 

Hintergrund und Zielsetzung

Entwässerte organische Böden emittieren große Mengen an Kohlendioxid (CO2) und tragen in Deutschland ungefähr 40 % zu den Emissionen der Sektoren Landwirtschaft und Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft (LULUCF) bei, während wiedervernässte und insbesondere überstaute Standorte hohe Emissionen von Methan (CH4) aufweisen können. Der Grundwasserflurabstand bzw. die Bodenfeuchte sind entscheidende Steuerfaktoren für die Höhe sowohl der CO2- als auch der CH4-Emissionen.

Da die Rückstreuung von Radardaten im Mikrowellenbereich u.a. von der Bodenfeuchte abhängt, könnten entsprechende Fernerkundungsdaten im Rahmen eines Monitorings solcher Standorte möglicherweise eingesetzt werden, um räumliche und zeitliche Veränderungen von Wassermanagement und Bodenfeuchte zu erkennen. Im Rahmen dieses Projektes wurde getestet, inwieweit Sentinel-1-Daten (C-Band) zur Bestimmung des Grundwasserflurabstandes an Grünlandstandorten genutzt werden können.

Vorgehensweise

Daten aus dem Naturpark Drömling (Sachsen-Anhalt) wurden genutzt, um die Korrelation zwischen dem Radarsignal und Grundwasserflurabständen in Abhängigkeit von Bodeneigenschaften und Vegetation zu testen. Dieses Untersuchungsgebiet wurde ausgewählt, da es über ein vorbildliches Pegelnetz zur Messung von Grundwasserflurabständen verfügt. Daneben konzentrierte sich die Untersuchung auf Grünlandstandorte, da dies die Hauptnutzungsform organischer Böden sowohl im Drömling als auch generell in Deutschland ist.

Ergebnisse

Auch wenn C-Band-Mikrowellen eine nur geringe Eindringtiefe in den Boden haben, ist der Rückstreuungskoeffizient (s0) an grundwassernahen Standorte aufgrund der engen Kopplung zwischen Bodenfeuchte und Grundwasserstand dennoch von letzterem beeinflusst. Im Mittel über alle untersuchten Pegel konnten Korrelationskoeffizienten nach Spearman von 0,45 (± 0,17) erreicht werden. Der Verlust der Korrelation im Sommer an manchen Pegelstandorten könnte durch höherer Vegetation, tiefere Grundwasserflurabstände sowie Ernten und Beweidung verursacht worden sein. Allgemeingültige Zusammenhänge zwischen der Stärke der Korrelation und z.B. Bodeneigenschaften ließen sich jedoch nicht ableiten. Der mittlere Grundwasserflurabstand war der wichtigste Faktor für die Stärke der Korrelation. Sehr nasse Verhältnisse und tiefere mittlere Grundwasserflurabstände als -0,60 m verringerten die Stärke der Korrelation, was auf die Anwendungsgrenzen der Methode hindeuten könnte.

Details werden in folgender Publikation diskutiert: Asmuß et al. (2019)

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Zeitraum

8.2017 - 7.2019

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 1

  1. Asmuß T, Bechtold M, Tiemeyer B (2019) On the potential of Sentinel-1 for high resolution monitoring of water table dynamics in grasslands on organic soils. Remote Sensing 11(14):1659, DOI:10.3390/rs11141659
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