ALBERT

Description: Waterbodies in the arctic permafrost zone are considered a major source of the greenhouse gas methane (CH4). Spatial extrapolation of these CH4 fluxes to a region or the circum-Arctic, however, are still associated with large uncertainties. Here, we address this issue by using a combination of airborne CH 4 flux measurements and waterbody mapping based on TerraSAR-X and Sentinel-1 data across two study areas (1000 km2) in the Mackenzie Delta, Canada. Our results indicate that permafrost waterbodies, even if they seem to be strong emitters on an individual basis, do not necessarily translate into significant CH 4 emission hot spots on a regional scale. Our results show inconsistent patterns in the correlations between waterbody types and the CH 4 flux in the two study areas and across different spatial resolutions. Technical advances enabling the determination of the CH4 flux of individual waterbodies across a region provide a prospective direction to improve our understanding.

Description: The goal of this study is to scale aircraft measured fluxes of sensible and latent heat to the North Slope of Alaska and develop high resolution flux maps. For this purpose we analyzed an eddy-covariance data set obtained by the research aircraft POLAR 5 as part of the AIRMETH-2012 campaign, and investigated the spatial patterning of energy fluxes. Environmental response functions between flux observations and corresponding biophysical and meteorological drivers were estimated using a combination of time-frequency decomposition, dispersion modeling and machine learning. The extracted relationships are then used to scale observational data across heterogeneous Arctic landscapes, thus improving the spatial coverage and representativeness of the energy fluxes. Maps of projected energy fluxes are used to asses energy partitioning in northern ecosystems and to determine dominant energy exchange processes of permafrost area.

Description: 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.