Sina Muster, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Die Arktis weist einzigartige Lebensräume mit noch weitgehend unbekannten und unberührten Ökosystemen auf. Sie ist wesentlich geprägt durch Permafrost, d.h. Boden oder Sediment, dessen Temperatur mindestens zwei Jahre in Folge bei oder unter 0°C liegt und somit dauerhaft gefroren ist. Die Klimabedingtheit macht Permafrost besonders empfindlich gegenüber der derzeitigen Klimaerwärmung und führt vielerorts zu einer Verringerung der räumlichen Ausdehnung und der Mächtigkeit des Permafrostes. Permafrost speichert 30 Prozent des weltweiten Bodenkohlenstoffes und ist damit weltweit eines der größten Kohlenstoffreservoire. Um die potenzielle Kohlenstofffreisetzung durch auftauenden Permafrost und ihre Auswirkungen auf das regionale und globale Klima beurteilen zu können, bedarf es eines quantifizierten Verständnisses der Energie- und Gasflüsse arktischer Permafrostgebiete.
Zu den Energieflüssen zählen der Austausch sensibler und latenter Wärme zwischen Böden, Landoberfläche und Atmosphäre, welche maßgeblich die Bodentemperatur und Auftautiefe dieser arktischen Böden bestimmen. Sie stehen in enger Wechselwirkung mit den Gasflüssen, d.h. dem Austausch von Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan, welche in ihrer Funktion als Treibhausgase wiederum einen Rückkopplungseffekt auf das Klima haben. Vegetation und im weiteren Sinne die Landbedeckung stellt eine wesentliche Schlüsselgröße für die Quantifizierung von Energie- und Gasflüssen dar. Globale Schätzungen von Energie- und Gasflüssen beruhen auf satellitengestützten Klassifizierungen der Vegetation und Landbedeckung, deren maximale Auflösung oft unzureichend ist und zu erheblichen Schwankungen der geschätzten Werte führt.
Das vorliegende Dissertationsprojekt beschäftigt sich mit der Kartierung und Skalierung von Landoberflächenparameter für die Quantifizierung von Energie- und Gasflüssen an drei Permafroststandorten in Sibirien, Svalbard und Kanada. Mit Hilfe innovativer Methoden der Fernerkundung sollen die räumliche Struktur der Bodenoberfläche und Vegetation flächenhaft hochaufgelöst kartiert und die Auswertung von Satellitendaten optimiert werden. Am kanadischen Standort werden außerdem eventuelle Vegetationsänderungen der letzten 20 Jahre analysiert und im Zusammenhang mit Klimadaten interpretiert. Der Vergleich dreier Standorte in unterschiedlichen bioklimatischen Zonen ermöglicht es, ökosystemspezifische Skalen zu identifizieren, welche die landschaftliche Heterogenität und damit zusammenhängende Prozesse möglichst präzise beschreiben. Aufgrund ihrer globalen Tragweite sind realitätsnahe Prognosen arktischer klimarelevanter Parameter wie Methanemissionen nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für politische Entscheidungsträger von Bedeutung. Das vorliegende Dissertationsprojekt hat zum Ziel, bestehende Prognosen von Energie- und Gasflüssen zu evaluieren und zukünftige Prognosen zu verbessern. Damit stellt das Projekt einen wichtigen Beitrag dar, Minderungs-, Anpassungs- und Präventionsstrategien an den globalen Wandel auf regionaler und globaler Ebene zu optimieren.