Swabian MOSES 2021 - Eine Messkampagne zur Untersuchung hydro-meteorologischer Extreme und deren Folgen in Baden-Württemberg

<p>Swabian MOSES 2021 ist eine hydro-meteorologische Messkampagne, die zwischen Mai und Oktober 2021 im Neckartal und auf der Schwäbischen Alb im Südwesten Deutschlands im Verbund von zehn deutschen wissenschaftlichen Einrichtungen und unter Beteiligung von über 30 Forschenden durchgeführt wurde. Im Fokus von Swabian MOSES 2021 stehen zwei Wetterextreme, die nicht nur für das Untersuchungsgebiet von großer Relevanz sind: Starkniederschläge durch hochreichende Konvektion (Gewitter) und Hitzewellen mit den damit verbundenen Trockenperioden. </p> <p>Mehrere heftige Unwetterereignisse, aber auch sogenannte <em>"non cases"</em>, bei denen trotz guter prä-konvektiver Bedingungen keine Gewitter entstanden, lieferten einen umfangreichen Datensatz. Mit diesem lässt sich die gesamte Ereigniskette abbilden: von der Entstehung hochreichender Konvektion über die Intensivierung und den Zerfall der Gewittersysteme, die Dynamik der damit verbundenen Begleiterscheinungen (z.B. Starkregen, Hagel, Windböen) bis hin zu Abflüssen und Schadstoffeinträgen in Fließgewässern sowie zum Wasserdampftransport in die untere Stratosphäre. Eine Hitzewelle mit Dürreepisoden hat sich dagegen nicht eingestellt.</p> <p>Swabian MOSES 2021 ist Teil der Implementierungsphase von MOSES (<em>Modular Observation Solutions for Earth Systems</em>), einem Beobachtungssystem, das vom Forschungsbereich "Erde und Umwelt" der Helmholtz-Gemeinschaft entwickelt wird. Die Koordination von MOSES liegt beim Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Federführendes Institut bei Swabian MOSES 2021 ist das Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), welches sein mobiles integriertes Atmosphärenbeobachtungssystem KITcube als größte Messinfrastruktur einbrachte. Insgesamt wurden an über 20 Standorten im Untersuchungsgebiet <em>in situ</em> und Fernerkundungssysteme wie z.B. Regen- und Wolkenradar, Aerosolmessgeräte, Wasserprobenahmesysteme, ein Infraschallsensor, Energiebilanz- und Eddy-Kovarianz-Stationen, Wolkenkameras, eine Station für Ballonsondierungen sowie Netzwerke aus Windlidaren, Niederschlags-, Hagel- und Bodenfeuchtesensoren von den Projektbeteiligten installiert und betrieben. Zum Messkonzept gehörten zudem die Forschungsflugzeuge D-ILAB, D-IBUF und D-CFFU, der UFZ-Rover zur Messung der Bodenfeuchte mittels Neutronensensoren und kleine Schwarmsonden, die ein Team aus "Gewitterjägern" im unmittelbaren Vorfeld von Gewittern startete. </p> <p>Präsentiert werden zum einen das Konzept des interdisziplinären Forschungsprojekts und die abgestimmten Messstrategien der verschiedenen beteiligten Gruppen. Zum anderen wird ein Überblick über die zugrundeliegenden wissenschaftlichen Fragestellungen und Ziele gegeben und diese anhand erster Messergebnisse veranschaulicht. Zu den Fragestellungen und Zielen, die auch die Standorte der Messgeräte bestimmten, gehören unter anderem die Rolle der topografischen Strömungsmodifikation auf die Gewitterauslösung sowie der Einfluss von Aerosolpartikeln (z.B. Saharastaub) auf die Veränderung der atmosphärischen Stabilität und die Entstehung konvektiver Zellen. Weiterhin erlaubt das dichte Messnetz die Untersuchung der Inhomogenität von Starkregen, Hagel und Bodenfeuchte bei konvektiven Ereignissen. Wie der Einsatz der teils neuartigen mobilen Messsysteme zeigt, nimmt neben den inhaltlichen hydro-meteorologischen Forschungsfragen auch die (Weiter-)Entwicklung neuer Messtechniken einen wichtigen Platz in der Messkampagne ein. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf die geplante Folgekampagne im Jahr 2023 gegeben, an der weitere Forschungspartner teilnehmen können.</p>

MOSES – Ein neuartiges Beobachtungssystem zur systemübergreifenden Untersuchung dynamischer Ereignisse

<p>MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems) ist ein neuartiges Beobachtungssystem der Helmholtz-Gemeinschaft, das speziell für die Untersuchung der Auswirkungen einzelner dynamischer Ereignisse auf die langfristige Entwicklung von Umweltsystemen entwickelt wurde. MOSES konzentriert sich auf vier Arten von dynamischen Ereignissen: Hitzewellen und Dürren, hydrologische Extreme, das abrupte Auftauen von Permafrost und Ozeanwirbel. Diese Ereignisse wurden ausgewählt, weil sie für Klima- und Umweltveränderungen und deren sozioökonomische Auswirkungen relevant sind. So haben zum Beispiel Wetterextreme, wie die jüngsten Dürren in Europa 2018, 2019 oder die Überschwemmungen in 2013, 2021 u.a. auch schwere und dauerhafte Umweltschäden verursacht.</p><p>Obwohl es immer mehr Hinweise darauf gibt, dass solche dynamischen Ereignisse das Potenzial für weitreichende Umweltauswirkungen haben, ist unser Wissen über die von ihnen ausgelösten Prozesse noch sehr begrenzt. MOSES zielt darauf ab, solche Ereignisse von ihrer Entstehung bis zu ihren unmittelbaren Folgen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erfassen. Als solches erweitert und ergänzt das Beobachtungssystem damit bestehende nationale und internationale Beobachtungsnetze, die meist auf stationäre Langzeitbeobachtung ausgelegt sind.</p><p>Mehrere Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft haben diese Forschungsinfrastruktur aufgebaut. Als mobiles und modulares "System der Systeme" wurde es entwickelt, um die Energie-, Wasser-, Treibhausgas- und Nährstoffkreisläufe an der Landoberfläche, in Küstenregionen, im Ozean, in den Polarregionen und in der Atmosphäre zu erfassen - vor allem aber die Wechselwirkungen zwischen den Kompartimenten zu untersuchen. Während der Implementationsphase (2017-2021) wurden die Messsysteme in Betrieb genommen und Testkampagnen durchgeführt, um ereignisgesteuerte Kampagnenroutinen zu etablieren. Mit dem Beginn des regulären Betriebs von MOSES ab 2022 wird das Beobachtungssystem dann für die system- und disziplinübergreifende Forschung dynamischer Ereignisse einsatzbereit sein.</p><p>Mit der Präsentation soll der Aufbau von MOSES sowie die Komponenten der Forschungsinfrastruktur vorgestellt und erste Einsatzbeispiele veranschaulicht werden. Dabei wollen wir die MOSES-Initiative fokussiert auf die Beobachtungssysteme und Betriebskonzepte präsentieren, die für Wetterextreme wie hydrometeorologische Ereignisse oder Hitzewellen und Dürren konzipiert wurden. Die Entwicklung der Konzepte für die ereignisgesteuerte Beobachtung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Praxis und wird auch in den kommenden Jahren eine breite Plattform für Kooperationen bieten.</p>

Perspectives on tipping points in integrated models of the natural and human earth system: cascading effects and telecoupling

The Earth system and the human system are intrinsically linked. Anthropogenic greenhouse gas emissions have led to the climate crisis, which is causing unprecedented extreme events and could trigger Earth system tipping elements. Physical and social forces can lead to tipping points and cascading effects via feedbacks and telecoupling, but the current generation of climate-economy models do not generally take account of these interactions and feedbacks. Here, we show the importance of the interplay between human societies and Earth systems in creating tipping points and cascading effects and the way they in turn affect sustainability and security. The lack of modeling of these links can lead to an underestimation of climate and societal risks as well as how societal tipping points can be harnessed to moderate physical impacts. This calls for the systematic development of models for a better integration and understanding of Earth and human systems at different spatial and temporal scales, specifically those that enable decision-making to reduce the likelihood of crossing local or global tipping points.

Trends in Media Coverage and Information Diffusion Over Time: The Case of the American Earth Systems Research Centre Biosphere 2

This study examined research centre Biosphere 2 (B2) coverage by US newspapers between 1984 (as stories of conception before construction emerged) and 2019 (at the time this research was conducted) in order to uncover news diffusion relative to B2 in public media across historic eras and amid shifts in stakeholders over time. The analysis focussed on how a scientific institution and its innovative activities implied values, impacted the meaning-making of its project, as well as influenced the amount of information shared across sources (i.e., regional, metropole or elite) and media scale (i.e., local, regional, national outlets). This analysis identified nine eras delimited by scientific or organisational events. The findings emerging from this study can inform understandings of media behaviour around other scientific institutions and experiments.

3. Growth Unlimited

This chapter covers a response to the discourse of limits which stresses the unlimited capacity of ingenious humans to overcome ecological limits, especially when they are organized in capitalist markets. For Prometheans, long term trends show environmental improvement and declining resource scarcity, such that economic growth can therefore go on forever. This Promethean discourse has often been advanced by market economists, and has often been highly influential in government, especially in the United States. More recently a Promethean environmentalism looks forward to a ‘good Anthropocene’ in which government too plays a role in bringing natural systems under benign human control, so that technologies such as geoengineering can be used effectively against problems such as climate change. In the background of Promethean argument is an older cornucopian discourse that stresses natural abundance of resources and the capacity of ecosystems to absorb pollutants. Ecologists and Earth systems scientists are not convinced and remain critical of Promethean discourse.

A Brief Perspective on Environmental Science in the Anthropocene: Recalibrating, Rethinking and Re-Evaluating to Meet the Challenge of Complexity

A convincing case has been made that the scale of human activity has reached such pervasiveness that humans are akin to a force of nature. How environmental science responds to the many new challenges of the Anthropocene is at the forefront of the field. The aim of this perspective is to describe Anthropocene as a concept and a time period and discuss its relevance to the contemporary study of environmental science. Specifically, we consider areas in environmental science which may need to be revisited to adjust to complexity of the new era: (a) recalibrate the idea of environmental baselines as Anthropogenic baselines; (b) rethink multiple stressor approaches to recognize a system under flux; (c) re-evaluate the relationship of environmental science with other disciplines, particularly Earth Systems Science, but also social sciences and humanities. The all-encompassing nature of the Anthropocene necessitates the need to revise and reorganize to meet the challenge of complexity.

Planetary Cities: Fluid Rock Foundations of Civilization

Whereas recent framings of planetary urbanization stress the planet-scaled impacts of contemporary urban processes, we might also conceive of cities as being constitutively ‘planetary’ from their very outset. This article looks at two ways in which the earliest urban centres or ‘civilizations’ on the floodplains of the Fertile Crescent harnessed the deep, geological forces of the Earth. The first is the tapping and channelling of sedimentary processes, central to what Wittfogel referred to as hydraulic civilizations (1963). The second is the use of high-heat technologies to smelt and forge metals, which can be construed as a capture of igneous processes. What both sets of practices have in common is that they involve skilled intervention in fluid-solid phase transitions between solid rock and flowing particulate matter. Viewing cities as constitutively geological or planetary in this way can help us reimagine the challenges posed to urban spaces by looming transformations in Earth systems.