Detektion der Auftauschicht in Permafrostgebieten mittels flugzeuggestütztem GPR

• Main Authors: Sobiech-Wolf, Jennifer, Ullmann, Tobias, Kunz, Julius, Kneisel, Christof, Steinhage, Daniel, Helm, Veit, Hartmann, Jörg, Baumhauer, Roland, Dierking, Wolfgang
• Format: Conference Object
• Language: unknown
• Published: Deutsche Geophysikalische Gesellschaft 2019
• Subjects: Boden; Inuvik; Arktis; Arktis*; permafrost; taiga; Tundra
• Online Access: https://epic.awi.de/id/eprint/49436/; https://hdl.handle.net/10013/epic.4e49867a-7a43-4419-8ea4-fb258da0e02c

Die vom Permafrost dominierten Gebiete der Arktis sind von der globalen Erwärmung besonders betroffen. Als Folge der höheren Temperaturen nehmen die Dicke der Auftauschicht und die Anzahl der frostfreien Tage im Jahr immer weiter zu, wodurch der Ausstoß von Treibhausgasen durch erhöhte Bakterienaktivität steigt. Wenn Infrastruktur in diesen Gebieten vorhanden ist oder angelegt werden soll, muss sie im Permafrost gegründet sein, um dauerhaft stabil zu sein. Somit ist es sowohl für die Klimamodellierung als auch für die Infrastruktur wichtig, die Auftautiefe der oberen Bodenschicht flächendeckend zu kennen. Zu diesem Zweck wurde im August 2018 eine große Feldkampagne rund um Inuvik, NW-Kanada, durchgeführt. Das Gebiet ist durch Permafrost geprägt, die Mächtigkeit der Auftauschicht liegt zwischen 30cm und 2m. Die Vegetation wechselt zwischen offener Tundra, strauchdominierter Tundra und Taiga (Nadelwald). Während der Feldarbeiten hat ein Team im Gelände die Vegetation, die Bodeneigenschaften und die Dicke der Auftauschicht punktuell erfasst, sowie GPR-Messungen mit 200 MHz Antennen zur Kartierung der Auftauschicht und geoelektrische Messungen zur Charakterisierung des Permafrostkörpers durchgeführt. Ein zweites Team hat mittels flugzeuggestützter Messungen mit der Polar 5 des Alfred-Wegener-Instituts das Gebiet großflächig kartiert. Bei niedrigen Flügen in ca. 300m Höhe über Grund wurden GPR Messungen zur Erfassung der Dicke der Auftauschicht durchgeführt. Das verwendete Radarsystem ist ein FMCW Radar mit einem Frequenzbereich von 400 – 800 MHz, wodurch eine hohe vertikale und horizontale Auflösung gegeben ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Untersuchungsgebiet ist variabel mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 0,044m/ns in der Auftauschicht. Auf höheren Flügen (ca. 1000m über Grund) wurden unter anderem eine VIS+NIR und eine SWIR-Hyperspektralkamera (AISA EAGLE und HAWK) sowie ein RIEGL Laserscanner betrieben, womit Vegetation und Geomorphologie charakterisiert werden können. Um die Ergebnisse auf das gesamte Untersuchungsgebiet zu übertragen, werden zusätzlich Satellitendaten des Gebiets ausgewertet. Somit ist eine umfassende Charakterisierung des aktuellen Zustands aller Faktoren des Ökosystems, die den Permafrostkörper und die Auftauschicht betreffen, möglich. Hier präsentieren wir erste Ergebnisse der GPR Messungen aus den Befliegungen sowie vom Boden und ordnen diese in die räumliche Struktur des Untersuchungsgebiets ein.