TY  - THES
A1  - Mamede, George Leite
T1  - Reservoir sedimentation in dryland catchments : modelling and management
N2  - Semi-arid environments are mainly characterized by scarce water resources and are usually subject to risks of water stress. In these regions, water supply for drinking and irrigation purposes depends strongly on storage in surface reservoirs and sediment deposition in these reservoirs affects adversely the water storage. In order to reproduce the complex behaviour of sediment deposition in reservoirs located in semi-arid environments and the effects of using sediment management techniques, a reservoir sedimentation model is developed and coupled within the WASA-SED model, which simulates rainfall-runoff processes and sediment transport at the hillslope and river network. The reservoir sedimentation model consists of two modelling approaches, which may be applied according to reservoir size and data availability. For reservoirs with information about their geometric features (reservoir topography, stage-area and stage-volume curves) and physical properties of sediment deposits, such as deposition thickness, grain size distribution of sediment deposits and sediment densities, a detailed modelling approach of reservoir sedimentation may be applied. For reservoirs without those characteristics, a simplified modelling approach is used. The detailed modelling approach of reservoir sedimentation enables the assessment of sediment deposition pattern in reservoirs and the evaluation of sediment release efficiency of sediment management techniques. It simulates sediment transport along the longitudinal profile of a reservoir. The reservoir is divided into cross sections to elaborate the sediment budget. The sediment transport component is calculated using a non-uniform sediment transport approach based on the concept of sediment carrying capacity. Four different sediment-transport equations can be selected for the simulations. The simplified modelling approach of reservoir sedimentation is suitable to simulate water and sediment transfer in dense reservoirs network. Nevertheless, it allows simulating neither sediment management techniques, nor spatial distribution of sedimentation. In this approach, the reservoirs are classified into small and strategic reservoirs according to their location and size. Strategic reservoirs are medium and large-sized reservoirs located on main rivers at the sub-basin’s outlet or reservoirs of particular interest. The small reservoirs are located at tributary streams and represented in the model in an aggregate manner by grouping them into size classes according to their storage capacity. A cascade routing scheme is used to describe the upstream-downstream position of the reservoir classes. The water and sediment balances of small reservoirs are computed for one hypothetical representative reservoir of mean characteristics. Sediment trapping efficiency and effluent grain size distribution are estimated using the overflow rate concept. Three model applications are carried out within this research, as follows: • The detailed modelling approach of reservoir sedimentation is applied to the 92.2 Mm³ Barasona Reservoir, located in the foothills of the Central Pyrenees (Aragon, Spain). A two-stage calibration was performed to account for changes on the sediment deposition pattern caused by sediment management. The reservoir sedimentation model is then validated for another simulation period which confirms that the processes related to reservoir sedimentation are well represented by the model. • An application is carried out to the 933-km² Benguê catchment, located in the semi-arid region of Northeast Brazil. The catchment is characterized by a dense reservoir network, covering almost 45% of the catchment area, with a significant lack of data. Water and sediment balances of those reservoirs are computed using the simplified modelling approach. Three spatial configurations describing the cascade routing scheme are tested. • The reservoir sedimentation model is applied again to the Barasona reservoir to evaluate the sediment release efficiency of sediment management strategies. Cost analysis is presented to help in the choice of the most promising sediment management technique for that situation. Thus, the model enables the assessment of technical features of the sediment management strategies. Overall, simulation results are characterized by large uncertainties, partly due to low data availability and also due to uncertainties of the model structure to adequately represent the processes related to reservoir sedimentation.
N2  - Semiaride Gebiete sind hauptsächlich durch geringe Wasserressourcen gekennzeichnet und unterliegen häufig dem Risiko der Wasserknappheit. In diesen Gebieten ist die Wasserbereitstellung für Bewässerung und Trinkwasserversorgung stark von der oberflächlichen Speicherung in Stauseen abhängig, deren Wasserverfügbarkeit nachteilig durch Sedimentablagerung beeinflusst wird. Zur Wiedergabe des komplexen Sedimentablagerungsverhaltens in Stauseen von semiariden Gebieten und die Auswirkungen von Sedimentmanagementmaßnahmen wird ein Sedimentationsmodell entwickelt und mit dem WASA-SED Modell gekoppelt, das für die Modellierung der Abflussbildung und des Sedimenttransportes in Einzugsgebieten geeignet ist. Das Sedimentationsmodell beinhaltet zwei Ansätze, die unter der Berücksichtigung verschiedener Stauseengrößenklassen und Datenverfügbarkeit eingesetzt werden können. Für die Stauseen mit verfügbaren Informationen über ihre geometrischen Eigenschaften (wie Stauseetopographie und Höhe-Fläche-Volumen-Beziehung) und weitere Kenngrößen wie Ablagerungsmächtigkeit, Korngrößenverteilung und Sedimentdichte, kann ein detaillierter Modellansatz für die Sedimentablagerung verwendet werden. Wo diese Informationen nicht verfügbar sind, wird auf einen vereinfachten Ansatz zurückgegriffen. Der detaillierte Modellansatz ermöglicht die Betrachtung von Ablagerungsmustern im Stausee und Einschätzungen über die Effektivität von Sedimentmanagementmaßnahmen hinsichtlich der Sedimententlastung. Dieser Ansatz beruht auf der Simulation des Sedimenttransportes entlang eines Stauseelängsprofils. Für die Berechnung des Sedimenttransfers wird der Stauseekörper in einer Folge von Querprofilen repräsentiert. Der Sedimenttransport wird dabei korngrößenspezifisch entsprechend der Transportkapazität berechnet. Dafür stehen vier verschiedenen Sedimenttransportgleichungen zur Verfügung. Der vereinfachte Modellansatz ist für die Simulation des Sedimenttransfers in Gebieten mit hoher Stauseedichte geeignet, jedoch können weder Sedimentmanagementmaßnahmen noch die räumliche Verteilung der Ablagerungen berücksichtigt werden. Dafür werden die Stauseen in Abhängigkeit von ihrer Größe und Position in kleine und strategische Stauseen unterteilt. Dabei sind strategische Stausseen solche mit mittlerem bis großem Volumen sowie einer Lage im Hauptgerinne oder solche mit sonstiger besonderer Bedeutung. Kleine Stauseen hingegen befinden sich an den Nebenflüssen und werden im Modell in aggregierter Form durch ihre Einteilung in Stauseegrößenklassen repräsentiert. Ein Kaskadenverfahren wird für den Wasser- und Sedimentlauf zwischen den Stauseeklassen verwendet. Dabei werden für jede Stauseeklasse der Wasser- sowie Sedimenthaushalt für einen hypothetischen repräsentativen Stausee mit mittleren Eigenschaften berechnet. Die Sedimentaufnahme und die Korngrößenverteilung des abgegebenen Sediments werden mit dem Überlaufanteil-Ansatz berechnet. In dieser Studie werden drei Modellanwendungen vorgestellt: • Für den 92,2 Mio.m³-großen Barasona-Stausee (Vorland der Zentralpyrenäen, Aragon, Spanien) wird die Modellierung der Sedimentablagerung mit dem detaillierten Modellansatz vorgenommen. Die Kalibrierung dafür wurde in zwei Schritten durchgeführt, um Änderungen im Stauseemanagement Rechnung zu tragen. Die ModellValidierung wird schließlich für eine andere Simulationsperiode vorgenommen. Dabei wird ersichtlich, dass die Prozesse der Sedimentablagerung gut durch das Modell wiedergegeben werden. • Das Modell wird auf das 933 km²-große Benguê-Einzugsgebiet, das sich im semiariden Nordosten Brasiliens befindet, angewendet. Dieses Einzugsgebiet ist durch eine hohe Dichte an kleinen Stauseen, charakterisiert, die fast 45% des Gebietes umfasst, wofür jedoch wenige Messdaten verfügbar sind. Deshalb werden der Wasser- und Sedimenttransport mit dem vereinfachten Modellansatz berechnet. Dabei werden drei Konfigurationen des Kaskadenverfahrens getestet. • Die Modellanwendung erfolgt erneut für den Barasona-Stausee bezüglich der Effektivität der Sedimentmanagementmaßnahmen. Eine Kostenanalyse ermöglicht die Auswahl geeigneter Maßnahmen für den Stausee. Dadurch wird eine Beurteilung der verschiedenen Sedimentmanagementstrategien ermöglicht. Im Allgemeinen unterliegen die Simulationsergebnisse großen Unsicherheiten, teilweise wegen der geringen Datenverfügbarkeit, andererseits durch die Unsicherheiten in der Modellstruktur zur korrekten Wiedergabe der Sedimentablagerungsprozesse.
T2  - Verlandung von Stauseen in semiariden Gebieten : Modellierung und Management
KW  - Sedimentation
KW  - semiarides Gebiet
KW  - Sedimenttransport
KW  - reservoir sedimentation
KW  - sediment management
KW  - modelling
KW  - dryland catchments
KW  - sediment transport
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17047
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kämpf, Lucas
T1  - Extreme events in geoarchives
T1  - Extremereignisse in Geoarchiven
BT  - deciphering processes of detrital flood layer formation in lake sediments
BT  - Bildung von Hochwasserlagen in Seesedimenten
N2  - A main limitation in the field of flood hydrology is the short time period covered by instrumental flood time series, rarely exceeding more than 50 to 100 years. However, climate variability acts on short to millennial time scales and identifying causal linkages to extreme hydrological events requires longer datasets. To extend instrumental flood time series back in time, natural geoarchives are increasingly explored as flood recorders. Therefore, annually laminated (varved) lake sediments seem to be the most suitable archives since (i) lake basins act as natural sediment traps in the landscape continuously recording land surface processes including floods and (ii) individual flood events are preserved as detrital layers intercalated in the varved sediment sequence and can be dated with seasonal precision by varve counting.
The main goal of this thesis is to improve the understanding about hydrological and sedimentological processes leading to the formation of detrital flood layers and therewith to contribute to an improved interpretation of lake sediments as natural flood archives. This goal was achieved in two ways: first, by comparing detrital layers in sediments of two dissimilar peri-Alpine lakes, Lago Maggiore in Northern Italy and Mondsee in Upper Austria, with local instrumental flood data and, second, by tracking detrital layer formation during floods by a combined hydro-sedimentary monitoring network at Lake Mondsee spanning from the rain fall to the deposition of detrital sediment at the lake floor.
Successions of sub-millimetre to 17 mm thick detrital layers were detected in sub-recent lake sediments of the Pallanza Basin in the western part of Lago Maggiore (23 detrital layers) and Lake Mondsee (23 detrital layers) by combining microfacies and high-resolution micro X-ray fluorescence scanning techniques (µ-XRF). The detrital layer records were dated by detailed intra-basin correlation to a previously dated core sequence in Lago Maggiore and varve counting in Mondsee. The intra-basin correlation of detrital layers between five sediment cores in Lago Maggiore and 13 sediment cores in Mondsee allowed distinguishing river runoff events from local erosion. Moreover, characteristic spatial distribution patterns of detrital flood layers revealed different depositional processes in the two dissimilar lakes, underflows in Lago Maggiore as well as under- and interflows in Mondsee. Comparisons with runoff data of the main tributary streams, the Toce River at Lago Maggiore and the Griesler Ache at Mondsee, revealed empirical runoff thresholds above which the deposition of a detrital layer becomes likely. Whereas this threshold is the same for the whole Pallanza Basin in Lago Maggiore (600 m3s-1 daily runoff), it varies within Lake Mondsee. At proximal locations close to the river inflow detrital layer deposition requires floods exceeding a daily runoff of 40 m3s-1, whereas at a location 2 km more distal an hourly runoff of 80 m3s-1 and at least 2 days with runoff above 40 m3s-1 are necessary. A relation between the thickness of individual deposits and runoff amplitude of the triggering events is apparent for both lakes but is obviously further influenced by variable influx and lake internal distribution of detrital sediment.
To investigate processes of flood layer formation in lake sediments, hydro-sedimentary dynamics in Lake Mondsee and its main tributary stream, Griesler Ache, were monitored from January 2011 to December 2013. Precipitation, discharge and turbidity were recorded continuously at the rivers outlet to the lake and compared to sediment fluxes trapped close to the lake bottom on a basis of three to twelve days and on a monthly basis in three different water depths at two locations in the lake basin, in a distance of 0.9 (proximal) and 2.8 km (distal) to the Griesler Ache inflow. Within the three-year observation period, 26 river floods of different amplitude (10-110 m3s-1) were recorded resulting in variable sediment fluxes to the lake (4-760 g m-2d-1). Vertical and lateral variations in flood-related sedimentation during the largest floods indicate that interflows are the main processes of lake internal sediment transport in Lake Mondsee. The comparison of hydrological and sedimentological data revealed (i) a rapid sedimentation within three days after the peak runoff in the proximal and within six to ten days in the distal lake basin, (ii) empirical runoff thresholds for triggering sediment flux at the lake floor increasing from the proximal (20 m3s-1) to the distal lake basin (30 m3s-1) and (iii) factors controlling the amount of detrital sediment deposition at a certain location in the lake basin. The total influx of detrital sediment is mainly driven by runoff amplitude, catchment sediment availability and episodic sediment input by local sediment sources. A further role plays the lake internal sediment distribution which is not the same for each event but is favoured by flood duration and the existence of a thermocline and, therewith, the season in which a flood occurred.
In summary, the studies reveal a high sensitivity of lake sediments to flood events of different intensity. Certain runoff amplitudes are required to supply enough detrital material to form a visible detrital layer at the lake floor. Reasonable are positive feedback mechanisms between rainfall, runoff, erosion, fluvial sediment transport capacity and lake internal sediment distribution. Therefore, runoff thresholds for detrital layer formation are site-specific due to different lake-catchment characteristics. However, the studies also reveal that flood amplitude is not the only control for the amount of deposited sediment at a certain location in the lake basin even for the strongest flood events. The sediment deposition is rather influenced by a complex interaction of catchment and in-lake processes. This means that the coring location within a lake basin strongly determines the significance of a flood layer record. Moreover, the results show that while lake sediments provide ideal archives for reconstructing flood frequencies, the reconstruction of flood amplitudes is a more complex issue and requires detailed knowledge about relevant catchment and in-lake sediment transport and depositional processes.
N2  - Die Erforschung von Hochwasserereignissen, ihrer Wiederkehrhäufigkeiten und Entwicklung im Zuge des prognostizierten Klimawandels wird durch die kurzen instrumentellen Datenreihen stark begrenzt. Diese umfassen selten mehr als die letzten 50 bis 100 Jahre. Das Klima verändert sich jedoch in kurzen bis hin zu sehr langen Zeiträumen, welche mehrere tausend Jahre umfassen können. Die Feststellung von Zusammenhängen zwischen Klimaänderungen und dem Auftreten von Hochwasserereignissen bedarf daher längerer Datenreihen. Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren Geoarchive als Zeugen vergangener Hochwasserereignisse stärker in den Fokus der Forschung gerückt. Besonders geeignete Archive sind jährlich geschichtete Seesedimente, da Seen natürliche Senken für Stoffflüsse aus der Landschaft darstellen. Sedimenteinträge durch Hochwasserereignisse führen zur Bildung charakteristischer Lagen am Seeboden. Diese Eintragslagen können im Seesediment untersucht und aufgrund der Jahresschichtung mit saisonaler Präzision datiert werden.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verständnis über jene Prozesse, die zur Bildung solcher Hochwasserlagen in Seesedimenten führen, zu erweitern und damit zu einer verbesserten Interpretation von Seesedimenten als natürliche Hochwasserarchive beizutragen. Dieses Ziel wurde auf zwei Wegen verfolgt. Zum einen wurden einzelne Hochwasserlagen in zwei unterschiedlichen Seen, Lago Maggiore in Norditalien und Mondsee in Oberösterreich, mit instrumentellen Hochwasserdaten verglichen und zum anderen wurden Prozesse, die zur Bildung von Hochwasserlagen führen, durch ein umfassendes Messnetz im Mondsee überwacht.
Für den Vergleich der Hochwasserlagen mit instrumentellen Hochwasserdaten wurden zunächst die zum Teil unter einem Millimeter dünnen Sedimentlagen in den obersten Sedimentschichten aus dem Mondsee und der Pallanzabucht im Westen des Lago Maggiore mittels Mikroskopie und geochemischen Verfahren untersucht. Das Alter jeder einzelnen Lage wurde durch Zählung der Jahresschichten im Mondsee (23 Lagen zwischen 1976 und 2005) und im Lago Maggiore durch detaillierte Korrelation zu einer bereits datierten Kernsequenz (23 Lagen zwischen 1965 und 2006) bestimmt. Die Verbindung der einzelnen Hochwasserlagen zwischen fünf Sedimentkernen im Lago Maggiore und 13 Sedimentkernen im Mondsee zeigte verschiedene räumliche Verbreitungsmuster von Hochwasserlagen auf. Das heißt, dass die Prozesse, die zur Bildung der Hochwasserlagen führen in den beiden Seen unterschiedlich sind. Im Lago Maggiore wird das eingetragene Sediment durch Ströme am Seeboden transportiert. Dagegen erfolgt der Sedimenttransport im Mondsee im oberen Bereich der Wassersäule entlang der Sprungschicht, wo die Temperatur- und Dichteunterschiede im See am größten sind. Weiterhin wurden die Hochwasserlagen mit instrumentellen Abflusszeitreihen der Hauptzuflüsse, dem Toce am Lago Maggiore und der Griesler Ache am Mondsee, verglichen. Die Vergleiche zeigten nicht nur, dass die Hochwasserlagen zeitgleich mit erhöhten Abflüssen auftreten, sondern auch, dass die Ablagerung erst ab einem bestimmten Abflusswert wahrscheinlich wird. Die meisten Hochwasserlagen im Lago Maggiore korrelieren mit Hochwasserereignissen, die einen Tagesabfluss von 600 m3s-1 überschreiten. Im Mondsee ist der Abflusswert zum einen geringer als im Lago Maggiore und zum anderen nicht im ganzen Seebecken gleich, sondern steigt vom Delta (Tagesabfluss: 40 m3s-1) zur Seemitte hin an (stündlicher Abfluss: 80 m3s-1, 2 Tage über 40 m3s-1 Tagesabfluss). Weiterhin wurde für beide Seen eine Beziehung zwischen der Stärke des Abflusses und der Dicke der Hochwasserlagen festgestellt. Diese ist allerdings stark durch Variationen im Sedimenteintrag und in der Verbreitung innerhalb des Seebeckens beeinflusst.
Um die Prozesse, welche zur Bildung von Hochwasserlagen führen, besser zu verstehen, wurden im Mondsee und dem Hauptzufluss, der Griesler Ache, verschiedene Messparameter von 2011 bis 2013 aufgezeichnet. Der Niederschlag wurde an verschiedenen Stationen im Einzugsgebiet und der Abfluss sowie die Trübung des Flusswassers am Austritt der Griesler Ache in den Mondsee kontinuierlich gemessen. Im See wurde an zwei Stellen, in 0.9 km und in 2.8 km Entfernung zum Delta der Griesler Ache, Sediment mittels Sedimentfallen gesammelt, zum einen nahe dem Seeboden mit einer zeitlichen Auflösung von drei bis zwölf Tagen und zum anderen monatlich in drei unterschiedlichen Wassertiefen. Innerhalb des dreijährigen Messzeitraums wurden 26 Hochwasserereignisse mit unterschiedlicher Abflussstärke (10-110 m3s-1) aufgezeichnet, die einen unterschiedlichen Sedimenteintrag am Seeboden auslösten (4-760 g m-2d-1). Die räumliche Verteilung des Sediments nach den Hochwasserereignissen deutet wieder auf einen Sedimenttransport im oberen Teil der Wassersäule hin. Durch den Vergleich von Abflussdaten der Griesler Ache und der gefangenen Sedimentmenge für jedes einzelne der 26 Ereignisse konnte zunächst die Zeitspanne zwischen Hochwasserereignis und Sedimentation am Seeboden ermittelt werden. Nahe dem Zufluss wird das Sediment zum größten Teil bereits innerhalb von drei Tagen nach der Hochwasserspitze abgelagert. In der Seemitte dauert die Sedimentation sechs bis zehn Tage. Des Weiteren wurden, ähnlich wie bereits bei der Untersuchung der Hochwasserlagen festgestellt, bestimmte Abflusswerte detektiert über welchen ein erhöhter Sedimenteintrag am Seeboden gemessen wurde. Nahe dem Flussdelta führen Hochwasser mit mehr als 20 m3s-1 Spitzenabfluss zum erhöhten Sedimenteintrag, während in der Seemitte ein Spitzenabfluss von 30 m3s-1 notwendig ist. Obwohl ein statistischer Zusammenhang zwischen der Hochwasserstärke und der abgelagerten Sedimentmenge besteht, wurde gezeigt, dass weitere Faktoren die Sedimentation am Seeboden beeinflussen. Der Sedimenteintrag in den See wird neben der Abflussstärke durch die Sedimentverfügbarkeit im Einzugsgebiet und episodischen Sedimenteinträgen von lokalen Quellen bestimmt. Eine weitere Rolle spielt die Verteilung des Sediments innerhalb des Seebeckens. Diese ist nicht für jedes Hochwasserereignis gleich, sondern wird durch die Dauer des Hochwasserereignisses und die Existenz der Sprungschicht in den Sommermonaten limitiert.
Insgesamt zeigen die Untersuchungen, dass Seesedimente Hochwasserereignisse unterschiedlicher Stärke aufzeichnen. Eine bestimmte Hochwasserstärke ist notwendig, damit ausreichend Sediment für eine sichtbare Hochwasserlage am Seeboden abgelagert wird. Die Ursache ist der Einfluss von Niederschlags- und Abflussstärke auf Erosion, Sedimenttransport im Fluss und die Sedimentverteilung innerhalb des Seebeckens. Da diese Faktoren in unterschiedlichen Seen verschieden wirken, sind die Abflusswerte über denen es zur Hochwasserlagenbildung kommt, in jedem See verschieden. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen weiterhin, dass die Menge an abgelagertem Sediment am Seeboden nicht nur durch die Abflussstärke bestimmt wird. Die Sedimentation ist vielmehr durch die komplexe Wechselwirkung von Prozessen im Einzugsgebiet und innerhalb des Sees kontrolliert. Dass bedeutet, dass jene Stelle innerhalb eines Seebeckens, an welcher ein Sedimentkern entnommen wird, die Güte eines Hochwasserarchivs maßgeblich beeinflusst. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass Seesedimente für die Rekonstruktion von Hochwasserhäufigkeiten ideale Archive darstellen. Die Ableitung von Hochwasserstärken aus der Dicke einzelner Hochwasserlagen ist allerdings komplexer und setzt eine detaillierte Kenntnis der relevanten Transport- und Ablagerungsprozesse im See und seinem Einzugsgebiet voraus.
KW  - lake sediments
KW  - flood reconstruction
KW  - sediment transport
KW  - environmental monitoring
KW  - Seesedimente
KW  - Hochwasserrekonstruktion
KW  - Sedimenttransport
KW  - Umweltmonitoring
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85961
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heim, Birgit
T1  - Qualitative and quantitative analyses of Lake Baikal's surface-waters using ocean colour satellite data (SeaWiFS)
T1  - Qualitative und quantitative Analysen des Baikalsee Oberflächenwassers auf der Grundlage von Ocean Colour Satellitendaten (SeaWiFS)
N2  - One of the most difficult issues when dealing with optical water remote-sensing is its acceptance as a useful application for environmental research. This problem is, on the one hand, concerned with the optical complexity and variability of the investigated natural media, and therefore the question arises as to the plausibility of the parameters derived from remote-sensing techniques. Detailed knowledge about the regional bio- and chemico-optical properties is required for such studies, however such information is seldom available for the sites of interest. On the other hand, the primary advantage of remote-sensing information, which is the provision of a spatial overview, may not be exploited fully by the disciplines that would benefit most from such information. It is often seen in a variety of disciplines that scientists have been primarily trained to look at discrete data sets, and therefore have no experience of incorporating information dealing with spatial heterogeneity.  In this thesis, the opportunity was made available to assess the potential of Ocean Colour data to provide spatial and seasonal information about the surface waters of Lake Baikal (Siberia). While discrete limnological field data is available, the spatial extension of Lake Baikal is enormous (ca. 600 km), while the field data are limited to selected sites and expedition time windows. Therefore, this remote-sensing investigation aimed to support a multi-disciplinary limnological investigation within the framework of the paleoclimate EU-project ‘High Resolution CONTINENTal Paleoclimate Record in Lake Baikal, Siberia (CONTINENT)’ using spatial and seasonal information from the SeaWiFS satellite (NASA). From this, the SeaWiFS study evolved to become the first efficient bio-optical satellite study of Lake Baikal.  During the course of three years, field work including spectral field measurements and water sampling, was carried out at Lake Baikal in Southern Siberia, and at the Mecklenburg and Brandenburg lake districts in Germany. The first step in processing the SeaWiFS satellite data involved adapting the SeaDAS (NASA) atmospheric-correction processing to match as close as possible the specific conditions of Lake Baikal. Next, various Chl-a algorithms were tested on the atmospherically-corrected optimized SeaWiFS data set (years 2001 to 2002), comparing the CONTINENT pigment ground-truth data with the Chl-a concentrations derived from the satellite data. This showed the high performance of the global Chl-a products OC2 and OC4 for the oligotrophic, transparent waters (bio-optical Case 1) of Lake Baikal. However, considerable Chl-a overestimation prevailed in bio-optical Case 2 areas for the case of discharge events. High-organic terrigenous input into Lake Baikal could be traced and information extracted using the SeaWiFS spectral data. Suspended Particulate Matter (SPM) was quantified by the regression of the SeaDAS attenuation coefficient as the optical parameter with SPM field data.  Finally, the Chl-a and terrigenous input maps derived from the remote sensing data were used to assist with analyzing the relationships between the various discrete data obtained during the CONTINENT field work. Hence, plausible spatial and seasonal information describing autochthonous and allochthonous material in Lake Baikal could be provided by satellite data.Lake Baikal, with its bio-optical complexity and its different areas of Case 1 and Case 2 waters, is a very interesting case study for Ocean Colour analyses. Proposals for future Ocean Colour studies of Lake Baikal are discussed, including which bio-optical parameters for analytical models still need to be clarified by field investigations.
N2  - Die Gewässerfernerkundung entwickelte sich seit den 70ern vor allem aus der Ozeanographie und der Atmosphärenforschung, und wird inzwischen als anerkannte Methode genutzt, um global die Phytoplanktonverteilung in den Weltmeeren erfassen zu können, u.a. für CO2-Haushaltsmodellierungen. Atmosphärenkorrigierte Multi- und Hyperspektralscannerdaten ermöglichen die Qualifizierung bio-optischer Gewässertypen und die Quantifizierung optisch sichtbarer Wasserinhaltsstoffe und bieten gerade auch für dynamische und heterogene Küsten- und Binnengewässer das große Potential des räumlichen Informationsgewinnes.Im Rahmen des Paläoklimaprojektes CONTINENT wurde in dieser Arbeit das Oberflächenwasser des Baikalsees mit Gewässerfernerkungsmethoden analysiert. Wichtig für die Interpretation von Klima-Proxies sind v.a. auch Hinweise auf die Verteilung des autochthonen Materials im Baikalsee (Fernerkundungsparameter: Chlorophyll-a), ebenso wie Hinweise auf allochthone Einträge an den Bohrungsstellen (Fernerkundungsparameter ‚Terrigener Eintrag’). Auf den Geländekampagnen in den Sommern 2001, 2002, 2003 in Sibirien und in Deutschland wurden Feldspektrometermessungen mit gleichzeitiger Wasserprobenahme auf die optisch sichtbaren Wasserinhaltsstoffe Phytoplankton, Schwebstoff, und DOC durchgeführt. Dabei konnten Messtechniken für Geländespektrometer evaluiert, und grundlegende Aussagen über die spektrale Verteilung des In-Wasser Lichtfeldes im Baikalsee gemacht werden.  Die Ocean Colour Satellitendaten des NASA-Instrumentes SeaWiFS und die Möglichkeiten der komplexen NASA Software SeaDAS wurden genutzt. Für die Ableitung des am Baikalsee anzutreffenden organikreichen terrigenen Eintrages, wurde ein vorläufiger Algorithmus aus den Geländedaten generiert. Verschiedene Algorithmen für den Parameter ‚Chlorophyll-a’ wurden mit dem Geländedatensatz der Projektpartnerin S. Fietz (Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, IGB) evaluiert. Als geeignetester etablierte sich der auf oligotrophe Gewässer optimierte NASA Chlorophyll Algorithmus ‚Ocean Colour (OC) 2’. Die Quantifizierungen und Ergebnisse werden diskutiert.  Als Endergebnis wird der Überblick über Sedimenteintrag und Phytoplanktondynamik im Baikalsee für den Zeitraum 2001-2002 zur Verfügung gestellt und die autochthonen versus allochthonen Einflüsse an den Projektlokationen werden beschrieben. Der Baikalsee erwies sich als bio-optisch ein sehr komplexes und interessantes Studienobjekt. Ein wichtiger Punkt, der in dieser Arbeit angesprochen wird, ist die Atmosphärenkorrektur, die wesentliche Einflüsse auf die Qualifizierungen und Quantifizierungen hat, aber als Standardprogramm nur für den pelagialen Wasserkörper in Meeresspiegelhöhe mit marinen, bzw. Küstenatmosphären konditioniert ist. Ein weiterer bedeutender Punkt, der in dieser Arbeit diskutiert wird, ist der relevante spektrale Einfluss des organikreichen terrigenen Eintrages auf die Gewässerfarbe und dadurch auf die Qualität der Chlorophyll-Ableitung. Somit boten sich die Möglichkeiten, das räumliche Ausmaß und die Dynamik rezenter terrigener Einträge zu erfassen. Auch die Entwicklung des Phytoplankton von Frühsommer bis Spätsommer im Baikalsee konnte mit den SeaWiFS Daten nachvollzogen werden. Die hier vorgestellte Studie stellte sich als die erste grundlegende optische Gewässerfernerkundungsstudie mit Satellitendaten am Baikalsee heraus, und konnte erfolgreich abgeschlossen werden.
KW  - Baikalsee
KW  - Optische Fernerkundung
KW  - Phytoplankton
KW  - Sedimenttransport
KW  - Palaeoklima
KW  - SeaWiFS Ocean-Colour Satellitendaten
KW  - autochthon
KW  - allochthon
KW  - Gewässerfernerkundung
KW  - Lake Baikal
KW  - Ocean Colour satellite data
KW  - terrigenous input
KW  - phytoplankton distribution
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7182
ER  -