G-MONARCH: Gravimetrie in der Alpinen Hydrologie

Die Schneedecke im hochalpinen Raum spielt, speziell auch unter Klimawandelbedingungen, eine sehr wichtige Rolle für den Tourismus und die Wasser- und Energieversorgung und ist ein entscheidender Faktor bei der Entstehung von Hochwasserereignissen. Eine große Herausforderung der alpinen Hyd- rologie ist es, die saisonale Schneedecke und das darin gespeicherte Wasser flächendeckend und zeit- lich hochaufgelöst beobachten und messen zu können. Bisherige Beobachtungs- und Messmöglichkei- ten beschränken sich v.a. auf einzelne Punkte im Gelände, an denen über Messstationen die Schnee- höhe oder das Schneewasseräquivalents (SWE) ermittelt werden können. Eine kleinskalige Erfassung des SWE im komplexen, hochalpinen Gebieten mit Satellitendaten ist bislang nicht möglich. Neben der Erfassung der Schneedecke, ist es sehr wichtig zu verstehen und vorherzusagen, wie sich Regen bzw. Eis- und Schneeschmelzwasser oberflächlich bzw. im Boden und Gestein bewegt und wann es in die Fließgewässer gelangt. Auf dem deutsch-österreichischen Gipfel Zugspitze (2962 m ü. NN) betreibt das Deutsche Geofor- schungszentrum (GFZ) seit Herbst 2018 das Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG) mit einem hochpräzisen Supraleitgravimeter. Dieses ist in der Lage, die Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche (in Lehrbüchern allgemein als 9.81 m/s angegeben) bis auf 9 Nachkommastellen genau in einer zeitlichen Auflösung von 1 Minute zu messen. Neben der genauen Bestimmung der alpinen Hebung über langjährige Messungen, kann auch jede Art von Massenbewegungen bzw. änderungen in einem Umkreis von bis zu ca. 4 km durch Regen, Schneefall, Verdunstung, Schneeschmelzprozesse, Abnahme von Eisflächen und Versickerung in den Boden, sowie Änderungen im tiefliegenden Grund- wasserspeicher bestimmt werden. Diese weltweit einmalige Installation eines Supraleitgravimeters im hochalpinen Gelände in Kombina- tion mit einem hervorragend ausgestatteten hydrometeorologischen Messnetz und Computersimula- tionen in verschiedenen Komplexitäten dient als neuartiges hydrologisches Monitoringsystem zur di- rekten, integralen und nicht-invasiven Beobachtung der Schwerkraftwirkung von Wasserspeicherän- derungen. Ziel des Projektes ist es, zu untersuchen, inwieweit der schnee-hydro-gravimetrische Ansatz zu einem besseren Verständnis und zur Quantifizierung hydrologischer Prozesse beitragen kann und in der Lage ist, mögliche Erkenntnisse auf nicht-instrumentierte Regionen zu übertragen. Wir erwarten zudem, wichtige Beiträge zur Unterstützung zukünftiger Satellitenmission liefern zu können, um welt- weit eine bessere flächendeckende Beobachtung der Schnee- und Wasservorräte zu ermöglichen. G-MONARCH wird vom Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft der BOKU Wien in Zusammenar- beit mit den Projektpartnern GFZ Potsdam, TU Berlin und Universität Augsburg geleitet. AT PI: Dr. Franziska Koch Co-PI: Univ.Prof. Dr. Karsten Schulz DE PI: Prof. Dr. Frank Flechtner Co-PI: Dr. Christian Voigt Co-PI: Apl.Prof. Dr. Karl-Friedrich Wetzel