Extrema väderhändelser som åskväder, kraftiga regn och resulterande översvämningar, påverka jord- och miljösystem på lång sikt. För att studera effekterna av hydrologiska extremer på ett holistiskt sätt - från nederbörd till vatten som kommer in i marken för att rinna ut i havet - är en mätkampanj på väg att starta i Müglitztal/Sachsen under MOSES Helmholtz-initiativet. Mätkampanjen koordineras av Karlsruhe Tekniska Högskola (KIT).

En enda kraftig nederbördshändelse kan få allvarliga konsekvenser för ett helt flodsystem, allt från landerosion genom översvämningar till transporter av näringsämnen och föroreningar till förändringar av ekosystemet. Den aktuella MOSES-mätningskampanjen studerar hydrologiska extrema händelser från källan i atmosfären till biosystemens reaktion.

MOSES står för "Modular Observation Solutions for Earth Systems." Inom detta gemensamma initiativ Nio forskningscentra i Helmholtz Association satte upp mobila och modulära observationssystem för att studera effekterna av tillfälligt och spatialt begränsade dynamiska händelser, som extrema nederbörds- och utsläppshändelser, om långsiktig utveckling av jord- och miljösystem. Den aktuella mätkampanjen om hydrologiska extremer som koordineras av KIT äger rum från mitten av maj till mitten av juli 2019 i Müglitztal, Sachsen. I denna region, beläget i östra Erzgebirge (Erzgebirge), vissa väderförhållanden kan resultera i extrem nederbörd och översvämningar, ett exempel är översvämningen 2002. Sådana extrema händelser utlöses antingen av depressioner som, tillsammans med blockeringseffekter av berg, orsaka hög nederbörd, eller av småskaliga konvektiva nederbördshändelser, dvs. åskväder, som kan associeras med översvämningar i ett begränsat område som en bergsdal.

Förutom Troposphere Research Division vid KIT:s Institute of Meteorology and Climate Research (IMK-TRO), Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) Leipzig, Forschungszentrum Jülich (FZJ), och Helmholtz Center Potsdam—German Research Centre for Geosciences (GFZ) är involverade i den aktuella mätkampanjen med sina mätsystem.

KIT kommer att använda sitt mobila KITcube-observatorium. Dess tillhandahåller information om bildandet och utvecklingen av kraftiga regn, nederbördsfördelning, och avdunstning. Bland andra, en radar används för att mäta nederbörd inom en radie av 100 km, en mikrovågsradiometer för att bestämma atmosfäriska temperatur- och fuktprofiler, och ett lidarsystem används för att mäta vindprofilen med hjälp av lasrar. Radiosonder ger information om atmosfärens tillstånd upp till 18 km höjd. Ett nätverk av distrometrar, d.v.s. system för kontinuerlig övervakning av nederbördsintensitet och regndroppsstorlek, tillhandahåller ytterligare information om processer inom observationsområdet.

UFZ-forskare kommer att fokusera på markfuktighet som är en viktig variabel för att kontrollera utsläpp av regnvatten. Om jorden är för fuktig eller extremt torr, regnvatten rinner bort från landytan och översvämningar kan utvecklas snabbare. För att optimalt övervaka utvecklingen av markfuktighet, UFZ kommer att installera en mobil, trådlöst sensornätverk för att mäta markens luftfuktighet och temperatur på varierande djup. I motsats till klassiska system, sensornätverket möjliggör exakt justering av sensorpositioner och distribution samt av skanningshastigheter till lokala mätförhållanden. Förutom det stationära sensornätverket, mobila cosmic ray rovers med specialutvecklade neutronsensorer kommer att användas. Med dem, forskare kan observera storskalig variation av markfuktigheten i Müglitz avrinningsområde.

Forskare vid Forschungszentrum Jülich kommer att skjuta upp ballongsonder upp till 35 km höjd för att fastställa, bland andra, hur åskväder påverkar klimatet på lång sikt. Använd vattenånga, ozon, och molninstrument, de studerar spårgastransport genom åskväder in i den övre troposfären – bottenskiktet av jordens atmosfär – eller till och med in i stratosfären ovanför.

GFZ-forskare kommer att använda mobila mätenheter för att studera hur lagrat vatten påverkar utvecklingen av en översvämning. Förutom kosmiska strålsensorer för att mäta vatten i den övre marken och sensorer för att mäta grundvatten nära ytan, de kommer också att använda så kallade gravimetrar. Dessa system upptäcker variationer i jordens gravitation på grund av förändrade underjordiska vattenmassor, även på större djup.