Was wäre, wenn man Fluten nicht nur vorhersehen, sondern darüber hinaus bestimmen könnte, mit wieviel Wassermassen zu rechnen ist? Seit Anfang des Jahres arbeiten Forscher aus der Schweiz, Deutschland, Österreich, Frankreich und Luxemburg gemeinsam an einem Projekt, mit dem solche Vorhersagen möglich werden sollen. Auch vor Dürren soll durch das EU-geförderte Forschungsprojekt EGSIEM (European Gravity Service for Improved Emergency Management) früher gewarnt werden können.
Die Idee hinter dem Projekt ist schnell erklärt: Je früher Naturkatastrophen vorhersehbar sind, desto besser kann man sich auf sie vorbereiten. „Bisher fehlt Rettungskräften im wahrsten Sinne des Wortes der Überblick“, erklärt Dr. Matthias Weigelt, Postdoc in der Geophysik, der das Projekt zusammen mit Prof. Tonie van Dam mitinitiiert hat. Bis Fernerkundungssatelliten Übersichtsbilder und Karten liefern vergehen mindestens 48 Stunden - wichtige Zeit für die Helfer. Die Forscher wollen erreichen, bildgebende Satelliten schon vor einem Hochwasser in Position zu bringen, indem sie die Verteilung der Wassermengen beobachten. Denn entscheidend dafür, ob es zu einer Überflutung kommt, ist der Sättigungsgrad des Bodens. Paradoxerweise lässt sich der Untergrund am besten aus dem All beobachten.
Gewaltige Datensammlung
Zu diesem Zweck umrunden zwei Zwillingssatelliten namens Grace die Erde und sammeln rund 90.000 Beobachtungen jeden Tag, die mit vier bis fünf Tagen Verzögerung bei den Forschern landen. Das funktioniert so: Die Verteilung der Massen auf der Erde hat einen direkten Einfluss auf das Schwerefeld der Erde: Wandert beispielsweise im Frühjahr Wasser aus Gebirgsgebieten in die Täler, wächst dort die Masse. Mehr Masse bedeutet eine größere Anziehungskraft. Dadurch verändert sich die Satellitenbahn von Grace minimal. Das besondere an diesem Satellitensystem ist, dass diese Veränderungen in der Größenordnung eines Haares genau gemessen werden können. „Wir beobachten ständig die Entfernung zwischen beiden Satelliten. Stößt der erste Satellit auf mehr Masse, beschleunigt er und die Distanz zum zweiten Satelliten wird größer“, erläutert Weigelt die Funktionsweise. Auch Dürren können so durch eine Reduzierung der Masse messbar gemacht werden mit dem Unterschied, dass sie sich über Wochen ankündigen. Hier könnte das Frühwarnsystem allerdings wichtige Informationen über die verbleibenden Grundwasserreserven liefern.
Die Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von sieben Kilometern pro Sekunde in einer Umlaufbahn um die Pole. Durch die Erdrotation ist es so möglich, Massenveränderungen auf der ganzen Erde zu messen. „Wir beobachten ständig die ganze Erde“, sagt van Dam.
Bearbeitungsdauer auf wenige Tage reduzieren
Die Aufgabe der Forscher ist es, diese gewaltige Datenansammlung auszuwerten, anhand derer Karten erstellt werden können, auf denen die Bewegung der Wassermassen sichtbar wird. Denn die Satelliten messen die Gesamtmenge an Wasser in einem Gebiet von jeweils 350 Kilometern, unabhängig davon, wo sich Seen, Flüsse oder Berge befinden.
Da das Grace-Satellitensystem nicht für den Zweck der Vorhersage konzipiert ist, dauerte die Bearbeitung der Daten bisher allerdings drei bis vier Monate. Sie soll auf wenige Tage reduziert werden, um die Daten als Frühwarnsystem nutzen zu können. Um diese Herausforderung zu meistern, arbeiten neben der Universität Luxemburg auch die Universität Bern, das Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), die Technische Universität Graz, die Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, das Centre National d´Etudes Spatiales, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Géode & Cie am EGISEM-Projekt mit. „In diesem Projekt teilen wir die Ressourcen und können so den Prozess beschleunigen“, erklären die Geophysiker. Das Projekt läuft zunächst auf drei Jahre, also bis Ende 2017. „Wir hoffen, dass das Projekt so erfolgreich ist, dass es sich als Standard-Monitoring-Tool etabliert“, sagt Weigelt. „Von einem wissenschaftlichen Standpunkt aus ist erwiesen, dass es möglich ist. Die Frage ist, ob es umgesetzt werden kann“.
Weitere Einsatzmöglichkeiten
In Zukunft könnte die Methode durch noch genauere Daten im Ressourcenmanagement genutzt werden. 2017 wird die etwa 1.000 Mal genauere Nachfolgemission Grace-Follow On starten. Genauere Daten erlauben Vorhersagen auf einer viel kleineren Skala. So könnten im Sinne eines bewussteren Umgangs mit der Ressource Wasser beispielsweise Landwirte in Zukunft online den Wassergehalt des Bodens nachsehen, ihre Bewässerung planen und Grundwasser geschont werden- auch wenn Satelliten hier an eine Auflösungsgrenze stoßen und andere Sensoren ergänzend zum Einsatz kommen müssen, erklärt Weigelt. Zum jetzigen Zeitpunkt ist das allerdings noch Zukunftsmusik.