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Projekt
Verbesserte Quantifizierung von Bodenfeuchte und Biomasse durch Kombination von bodengestützter Neutronen- und LiDAR-Sensorik und Modellierung
Antragsteller
Dr. Heye Bogena; Professor Dr. Johan Huisman
Fachliche Zuordnung
Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 357874777
In der ersten Phase der Forschungsgruppe Cosmic Sense konzentrierten wir uns auf Feldexperimente, die Cosmic-ray Detektoren mit umfangreichen Messungen mit in-situ Sensoren und Rover-Kampagnen mit dem Jülicher Cosmic Rover kombinieren. Wir fanden heraus, dass die oberirdische Biomasse im Falle von Zuckerrüben aus dem Verhältnis von thermischen zu epithermischen Neutronen abgeleitet werden kann. Die Auswertung von Kampagnen für Weizen und Mais lieferte jedoch weniger schlüssige Ergebnisse. Diese deutet daraufhin, dass das gemessene thermische Neutronensignal auch von der Vegetationsstruktur beeinflusst wird. Daher haben wir die Flächencharakteristik des thermischen Neutronensignals durch Monte-Carlo-Simulationen mit dem Neutronentransportmodell URANOS untersucht.In der zweiten Phase werden wir die Untersuchungen zur verbesserten Quantifizierung von Bodenfeuchte und Biomasse erweitern. Wir werden die Daten von 15 neuen CRNS-Stationen nutzen, die an landwirtschaftlichen Standorten betrieben werden, um zu untersuchen, wie Biomasse das thermische und epithermische Neutronensignal beeinflusst. An ausgewählten Standorten werden in Zusammenarbeit mit dem Forschungsmodule SD und RS kontinuierliche Vegetationshöhenmessungen mit drei bodengestützten 3D-LiDAR-Systemen und gelegentlichen Kampagnen mit einer LiDAR-bestückten Drohne durchgeführt, um detaillierte Informationen über die räumliche und zeitliche Variation der Biomasse zu erhalten. Die Feldexperimente werden mit dem prozessbasierten Landoberflächenmodell CLM5 modelliert, um kontinuierliche Zeitreihen von Bodenfeuchteprofilen und Biomasse zu erzeugen. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie das thermische Neutronensignal von der Bodenchemie, der oberirdischen Biomasse sowie der Pflanzenstruktur beeinflusst wird, indem wir spezielle Modellexperimente mit URANOS zusammen mit dem Forschungsmodul NS durchführen. Außerdem werden wir ein neu entwickeltes Neutronendetektorgerät aus dem Forschungsmodul DD testen, das Messungen auf zusätzlichen Energieniveaus ermöglicht. Die experimentellen und modellhaften Daten sowie das gewonnene physikalische Prozessverständnis werden genutzt, um Methoden zur Abschätzung der Biomasse sowie zur Korrektur der Bodenfeuchte unter Verwendung geeigneter Vereinfachungen zu entwickeln.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
