Acht jaar lang, een gebied in Luxemburg van ongeveer 300 vierkante kilometer stond onder speciaal toezicht. Onderzoeksgroepen uit heel Europa analyseerden het stroomgebied van de Attert, er vlogen drones over met warmtebeeldcamera's, en satellieten hebben de straling gemeten. In de tussentijd, onderzoeksteams waren in de velden bezig met het bepalen van de samenstelling van de bodem. De gegevens werden vervolgens gebruikt voor uitgebreide computermodelleringsberekeningen. Het doel van deze inspanningen was om een ​​mysterie op te lossen dat mensen al sinds het begin van de landbouw intrigeert:hoe stroomt water op het aardoppervlak en in de grond?

Deze vraag is niet alleen relevant voor de landbouw, het is ook essentieel voor het begrijpen van de impact van klimaatverandering of het voorspellen van de gevolgen van natuurrampen. Vanaf nu, de kennis is onvolledig en factoren zoals vegetatie dragen bij aan de complexiteit van de situatie. Omgaan met deze complexiteit was het doel van het internationale project CAOS, afkorting voor Catchments as Organised Systems, waarbij onderzoeksgroepen uit Oostenrijk betrokken waren, Duitsland en Luxemburg. Een deel van het project werd uitgevoerd onder auspiciën van de hydroloog Karsten Schulz van de Universiteit voor Natuurlijke Hulpbronnen en Toegepaste Levenswetenschappen in Wenen en werd gefinancierd door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds FWF. Met behulp van nieuwe methoden voor hun onderzoek, de Weense groep richtte zich met name op de analyse van warmtebeelden gemaakt door drones en satellieten.

fragmentarische gegevens

Dit is hoe Schulz de uitdagingen uitlegt bij het begrijpen van waterstromen op het aardoppervlak:"Allereerst is er neerslag, wat misschien wel het moeilijkste onderdeel is, want om heel eerlijk te zijn, we weten niet precies hoeveel regen er daadwerkelijk valt." Er zijn grondgebonden gebiedsradarmetingen en puntmetingen bij weerstations, maar tussen de twee, veel blijft onzeker. "Vooral in het Alpengebied, de metingen zijn zeer foutgevoelig, " merkt Schulz op.

Naar zijn mening, waterafvoer meten, d.w.z., de hoeveelheid water in rivieren, werkt al heel goed, maar het is bijzonder moeilijk om de verdamping van water van het aardoppervlak te bepalen. "Vooral in Oostenrijk hierover zijn weinig gegevens beschikbaar, omdat er nauwelijks meetpunten zijn, ", zegt Schultz.

De complexiteit en variabiliteit van de bodem vormt een extra uitdaging:"Heel vaak, de afvoer na neerslag wordt geregeld door de grove poreuze structuur van de bodem, die wordt bepaald, onder meer door regenwormactiviteit. Om deze reden, het project had een eigen werkgroep die holen van regenwormen bestudeerde en probeerde ze te kwantificeren en hun structuur te voorspellen."

Verdamping zorgt voor verkoelend effect

De Attert werd gekozen omdat het stroomgebied een bijzonder dicht netwerk van meetstations heeft, waardoor het een perfect testgebied is om modellen te verfijnen en een zo volledig mogelijk beeld te krijgen van alle betrokken processen. De opdracht van Schulz en zijn groep was teledetectie, d.w.z. het observeren van de processen vanuit de lucht met behulp van warmtebeeldcamera's, onder andere. "We hebben het hele systeem bekeken met behulp van thermische detectie op afstand en het stroomgebied gekarakteriseerd in termen van functies, ’ legt Schulz uit.

De temperatuur van het landoppervlak stelt de onderzoekers in staat om conclusies te trekken over verdamping. De verdamping neemt af waar de oppervlaktetemperatuur hoog is omdat er maar minder water beschikbaar is, en het verkoelende effect van verdamping ontbreekt. Waar water aanwezig is, de energie wordt gebruikt voor verdamping en de temperaturen zijn daardoor lager.

Warmtebeelden geven op zichzelf onvoldoende informatie, daarom combineerde de onderzoeksgroep ze met conventionele camerabeelden. De groep van Schulz bestudeerde beelden uit een periode van tien jaar en onderwierp deze gegevens aan een zogenaamde hoofdcomponentenanalyse. Deze methode stelt hen in staat om de relevante structuren in grote hoeveelheden data te identificeren. Het doel was om gebieden met vergelijkbaar hydrologisch gedrag te identificeren. "We hebben de gegevens uit dit gebied ook gebruikt om de vegetatie te karakteriseren en te classificeren om zo bodemeigenschappen te kunnen afleiden uit het resultaat, ", legt Schulz uit.

Streven naar een nauwkeurig model

Samen met de resultaten van de andere internationale groepen, de bevindingen van Schulz en zijn team werden geïntegreerd in een nieuw waterstroommodel voor de Attert-regio. "Ons werk werd gebruikt om te bepalen welke ruimtelijke resolutie van luchtfotografie nodig was om alle relevante landschapskenmerken in kaart te brengen en om te bepalen hoe bodeminformatie in het model kan worden verwerkt." Schulz beschouwt het nieuwe model afgeleid van het basisonderzoeksproject als een grote stap voorwaarts:"Vorige hydrologische modellen, zoals degene die we traditioneel gebruiken in systemen voor het voorspellen van overstromingen, heb niet, als een regel, deze interactie tussen water en vegetatie in de bodem doorgevoerd.” De nieuwe bevindingen maken betere voorspellingen mogelijk voor de landbouw en voor de gevolgen van overstromingen. Vanaf 2011 het CAOS-project liep in twee fasen en werd eind 2019 opgeleverd.