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Beobachtung der Frühjahrserwärmung in der Arktis

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Die Forschungsgruppe Schneehydrologie beobachtete im Sodankylä Arctic Research Center die ersten Anzeichen des Frühlings durch den Einsatz von Drohnen zur thermischen Bildgebung und am schmelzenden Flusseis.

 

Nach langem Warten kamen all unsere Drohnen im Finnish Meteorological Institute Arctic Research Center (FMI ARC) an. Sie sind ein wichtiger Teil unserer Feldkampagne, da Beobachtungen aus der Luft uns ermöglichen, Bäume und Schnee aus einer neuen Perspektive von oberhalb der Wälder zu beobachten. Eine der von uns eingesetzten Drohnen ist die EVO II Dual 640T RTK Autel der Forschungsgruppe Schneehydrologie, die sowohl optische als auch thermische Infrarot-Bilder macht. Wir verwendeten diese Drohne, um mehrfach unsere Feldstandorte zu überfliegen und Raummuster bei Bäumen und Schneetemperatur zu messen sowie Veränderungen der Wärmestrahlungsmuster während des Tages und der Nacht.

 

Während die Autel-Drohne im Flug Messungen aus der Luft vornahm, war eines unserer Teammitglieder am Boden im Wald und machte Messungen mit einer Hand-Wärmebildkamera. Beide Kameras waren wichtig, weil die direkte Exposition des Waldes und des Schnees gegenüber den Sonnenstrahlen interessante thermische Muster erzeugt, die wir nur mit thermischer IR-Bildgebung erkennen können (Foto 2). Wir machten Infrarotbilder aus der Luft und am Boden, sowohl am Tag bei direkter Sonneneinstrahlung als auch bei Nacht, lange nach dem Sonnenuntergang, um die Temperaturmuster von Bäumen und Schnee zu erfassen. Am Abend, nach einem sonnigen Tag, stechen die Baumstämme in Wärmebildern oft hervor, weil sie anders als Schnee und andere Elemente des Baumkronendaches noch bis in die Nacht warm bleiben (Foto 2, Video 1).

 

Video 1. Video aus der Sicht der Autel-Drohne über unserem Studienstandort während eines Fluges am Abend. Das innere Bild zeigt das, was die IR-Kamera filmt, während die Drohne landet.

 

Clare Webster von der Universität Oslo (UiO), Drohnenlabor der Abteilung Geowissenschaften, flog eine von Hand gebaute Drohne im Wald, um vertikale Profile von Lufttemperatur und Wind zu messen, die die stationären Messungen an den mikrometeorologischen Stationen ergänzen. Die Drohne mit dem Namen Flamingo wurde von ihrem Kollegen Norbert Pirk als Teil eines „Drohnenschwarms“ gebaut, den er einsetzt, um Kohlenstoff und Energieaustausch in der arktischen Tundra zu messen. Unser Besuch in Sodankylä war eine ausgezeichnete Gelegenheit, um zu testen, ob diese Drohnen auch eingesetzt werden können, um vertikale Veränderungen in der Mikrometeorologie des Waldes zu messen, die von unseren mikrometeorologischen Stationen nicht erfasst werden können.

 

Unsere Kombination von Beobachtungen mit Drohnen und am Boden werden einzigartige Erkenntnisse über die physikalischen Prozesse liefern, die die Schneedecke und den Energieaustausch in nördlichen Wäldern bestimmen. Wir werden unsere mit Drohnen und am Boden gemachten Wärmebilder kombinieren, um ein 3D-Modell zu erstellen, das sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Veränderungen der Temperaturen der Oberfläche des Baumkronendaches zeigt. Diese Daten werden von entscheidender Bedeutung sein, um unser Strahlungstransfermodell zu bestätigen, das wir verwenden, um unsere hochauflösenden Strahlungsdaten zu berechnen, die wir als Eingabe für unsere Schneemodelle nutzen. Mit unseren detaillierten Messungen wollen wir uns in die Lage versetzen, die Auswirkung einzelner Bäume auf den Prozess der Schneeschmelze in unseren Modellen zu erkennen.

 

Anzeichen von Frühling in der Arktis

Sodankylä war warm und ruhig über das Osterwochenende, und die Wildtiere vor Ort haben diese Ruhe sicher gespürt. Wir folgten einigen Wolfsspuren entlang einer Skipiste und beobachteten Rentiere, die ihre letzte Chance nutzten, den noch gefrorenen Fluss Kitinen zu überqueren.

 

Nach einigen aufeinanderfolgenden warmen Tagen erlebten wir, wie das Eis auf dem Fluss Kitinen unmittelbar oberhalb des FMI aufbrach. Es war eine spektakuläre Art und Weise, den Einfluss der längeren und wärmeren Tage auf diese arktische Landschaft zu beobachten, und ein klares Zeichen dafür, dass unser Besuch zum Sammeln von Daten während der Schneeschmelze und der Erwärmung im Frühjahr genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgte.

 

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