Bodenfeuchtemessungen in Marokko

PMARS-Arbeitssgruppe am GNSS-Messstandort für Bodenfeuchte in Marokko.

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© GFZ

Aufgrund des Klimawandels ist eine Zunahme der Häufigkeit von meteorologischen Extremereignissen (Überschwemmungen und Trockenperioden) zu beobachten. Aus diesem Grund ist die Beobachtung von Wasserstand und Bodenfeuchte für die Verbesserung hydrologischer Modelle, wichtig vor allem in Gebieten mit landwirtschaftlichem Hintergrund wie in Marokko.

Satellitenbasierte Altimetrie (JASON-2) oder Bodenfeuchte (SMOS Messungen) bieten hohe Genauigkeiten aber mit unzureichender räumlicher und zeitlicher Auflösung. Bodenbasierte Instrumente bieten eine hohe Genauigkeit und zeitliche Auflösung aber nur lokal. Die GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) bildet eine gute Ergänzung zu den bekannten Messmethoden.

Ziel des marrokanisch-deutschen Forschungsvorhabens PMARS (Programme Maroc-Allemand de Recherche Scientifique) ist es daher, die Grundlage für eine wissenschaftliche Zusammenarbeit zu schaffen und somit die hydrologischen Modelle mit Bodenfeuchteparametern und Wasserstandshöhen zu verbessern. Die wissenschaftliche zusammenarbeit ist zwischen der GFZ und das Labor zur Analyze von Hydrauliksysteme der Universität von Mohammedia für Ingenieure in Rabat, Marokko. Das Projekt wird finanziert vom deutschen und marokkanischen Ministerium für Bildung und Forschung.

Die erste PMARS-Messkampagne wurde am 16. Dezember 2013 in der Nähe des Staudamms Hassan II, Midelt, Marokko, begonnen (32°47´30.06´´N, 4°46´06.21´´W).

Dabei wurden zwei GNSS-R-Experimente durchgeführt. Der erste GNSS-Versuchsaufbau wurde direkt auf der Staumauer installiert, um Wasserstandsänderungen des Stausees zu messen. Um das direkte und reflektierte GPS-Signal separat registrieren zu können, wurden drei Antennen benutzt. Eine Antenne zeigt in Richtung Zenit, um die direkten Signale zu empfangen und zwei andere Antennen zeigen in Richtung des Wassers, um die reflektierten GPS-Signale (L1 und L2) zu registrieren.

Der zweite GNSS-Versuchsaufbau wurde in der Nähe des Staudammes für Bodenfeuchtemessungen installiert. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, wird die Station ein Jahr lang Daten erfassen. Die GNSS-R basierten Bodenfeuchteparameter werden dabei mit Daten anderer Bodenfeuchtesensoren des Herstellers TOMS® [3] verglichen. Zusätzlich werden in regelmäßigen Abständen vor Ort Bodenproben genommen und die Bodenfeuchte analysiert.

Referenzen:

[1] K. M. Larson, J. J. Braun, E. E Small, V. U. Zavorotny, E. D. Gutmann, and A. L. Bilich: : GPS Multipath and Its Relation to Near-Surface Soil Moisture Content, IEEE JSTARS, Vol. 3, No. 1, 2010, Doi: 10.1109/JSTARS.2009.2033612.

[2] J. Beckheinrich, G. Beyerle, S. Schön, H. Apel, M. Semmling, J. Wickert: WISDOM: GNSS-R based flood monitoring, in Proc. IEEE Workshop on Reflectometry Using GNSS and Other Signals of Opportunity (GNSS+R), 10–11, 2012. Doi: 10.1109/GNSSR.2012.6408257

[3] http://www.tomst.com/site/en/ [2]