Räumliche integrierte Bodenfeuchtemessungen unter Verwendung von Radiofrequenzen im Langwellenbereich

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Großflächig integrierte Bodenfeuchtemessungen werden für viele Anwendungsbereiche in den Gebieten Meteorologie, Hydrologie sowie Land- und Forstwirtschaft benötigt. Eine kontinuierliche Erfassung der Bodenfeuchte in der obersten, vegetationsrelevanten Bodenschicht von 1 m bis 2 m und mit einer Auflösung von einigen Kilometern bis hin zu Dekakilometern existiert derzeit nicht. Ziel ist, die Grundlagen für ein nationales oder internationales Bodenfeuchtemessnetz auf der Basis eines neuartigen Messverfahrens mit langwelligen Radiowellen zu schaffen. Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen hängt von der Leitfähigkeit des übertragenden Mediums ab, die eine Funktion der Feuchte ist. Es soll der Nachweis geführt werden, dass Radiowellen - genauer gesagt nur die am Boden entlang laufende Welle eines Senders, separiert von anderen störenden Ausbreitungswegen - Bodenfeuchtemessungen mit einer Auflösung von ca. 10 km erlauben. Dazu sollen mehrere Langwellenempfänger in Abständen von ca. 10 km installiert werden, die die Phasen- und Amplitudenänderungen der Wellen erfassen. Diese Messungen werden mit den analytischen Lösungen der elektromagnetischen Feldtheorie über die Ausbreitung von Oberflächenwellen in Abhängigkeit von komplexen elektrischen Eigenschaften korreliert. Aus dieser Beziehung werden Bodenparameter wie mittlere Leitfähigkeit und Dielektrizitätskoeffizient bestimmt, die anschließend zur Berechnung der Bodenfeuchte dienen. Eine Validierung der Bodenfeuchteermittlung und die Bestimmung der erreichbaren Genauigkeit erfolgt durch zusätzlich durchgeführte, hochauflösende in situ-Messungen.