PMARS - Bodenfeuchtemessungen in Marokko

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

Satellitenbasierte Radaraltimetrie (z.B. JASON-2) oder Bodenfeuchtemessungen mit SMOS (engl. Soil Moisture and Ocean Salinity) bieten hohe Genauigkeiten und globale Abdeckung aber mit unzureichender räumlicher und zeitlicher Auflösung. Bodenbasierte Instrumente bieten eine hohe Genauigkeit und zeitliche Auflösung aber nur lokal. Die GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) ist 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 hydrologischen Modelle mit verbesserten Bodenfeuchteparametern und Wasserstandshöhen, abgeleitet aus GNSS-R, zu verbessern. GFZ arbeitet hierbei mit der Universität von Mohammedia für Ingenieure in Rabat zusammen (Abb. 1). Das Projekt wird von den deutschen und marokkanischen Ministerien für Bildung und Forschung finanziert.

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, siehe Abb. 2a und 2b).

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 (Abb. 3).

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 (Abb. 4). 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/

Kontakt

Jens Wickert
Wissenschaftler
Prof. Dr. Jens Wickert
Geodätische Weltraumverfahren
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