Extreme Umwelten reagieren besonders empfindlich auf den Klimawandel und verändern sich in einem beschleunigten Tempo. Dies kann erhebliche globale Auswirkungen haben. Das EERL strebt ein integriertes Prozessverständnis an, indem es die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Kryosphäre, Biosphäre, Ozean, Land und Anthroposphäre untersucht. Ziel ist es, klimarelevante und vertikal aufgelöste Prozesse zu charakterisieren, die direkt vom Menschen beeinflusst werden, sowie natürliche Prozesse, die sich gleichzeitig aufgrund von Klimaerwärmung verändern. Das verbesserte Prozessverständnis wird uns in die Lage versetzen, das Schicksal extremer Umwelten im Kontext des globalen Wandels und die daraus resultierenden Folgen für die Gesellschaft besser zu simulieren.
Forschungsthemen
1
Wir untersuchen die chemische Zusammensetzung von Aerosolen auf molekularer Ebene mit modernsten Instrumenten, um die Quellen der Aerosolpartikel zu bestimmen.
2
Wir untersuchen die vertikale thermodynamische Struktur der Atmosphäre und wie Aerosole von der Oberfläche bis in größere Höhen verteilt werden, wo sie an der Wolkenbildung beteiligt sind.
3
Wir entwickeln neue Analysemethoden und Einrichtungen für vertikale atmosphärische Messungen, vor allem einen Fesselballon, den EERL-Helikit.
Unsere Schlüsselprojekte
ORACLES
Wie bilden sich Wolken in der Antarktis? Um diese Frage zu beantworten, haben wir in der zweiten Saison in Folge Fesselballonbeobachtungen an der Station Neumayer III durchgeführt.
Mit dem Schweizer Forschungssegelschiff Forel untersuchten wir die Wechselwirkungen zwischen Ozean, Eis und Atmosphäre in den südgrönländischen Fjorden. In diesem Jahr setzten wir unsere neue automatisierte Fesselballonanlage AVATAR ein, um die vertikale Verteilung von Aerosolpartikeln zu messen.
Das TPS wird 18 Monate lang zehnmal im zentralen Arktischen Ozean driften, um den Rückgang des Meereises in den nächsten 20 Jahren zu beobachten. Das EERL spielt eine führende Rolle bei atmosphärischen Beobachtungen, um die Auswirkungen von Aerosolen auf den Klimawandel zu verstehen.
Das EERL hat in Zusammenarbeit mit dem Startup Invisible Light Labs (Wien, Österreich) und dem LESC-Labor der EPFL eine neue Technologie zur Messung der chemischen Zusammensetzung von Aerosolen entwickelt. Mit Hilfe von nanoelektrischen Membransystemen, die mit der Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (NEMS-FTIR) gekoppelt sind, können wir nun Pikogramm der Aerosolmasse messen. Das System ist so leicht, dass es mit der Fesselballonanlage von EERL geflogen werden kann.
Julia Schmale wurde zum Nationalen Institut für Polarforschung in Japan eingeladen, um über die künftigen Missionen des neuen Eisbrechers Mirai II zu sprechen.
2
Auszeichnungen
Roman Pohorsky erhielt den Environmental Engineering Doctoral School Thesis Award sowie den Early Career Scientist Award der European Aerosol Society
Dr. Benjamin Heutte erhielt den Posterpreis auf der Farrady-Diskussionskonferenz der Royald Chemical Society, UK
MSc Lorenzo Comi erhielt den Master Thesis Award der Societé Suisse des Ingénieurs et des Architectes, Vaud.
Lionel Favre gewann einen Fotopreis der Zeitschrift Nature in der Kategorie „Wissenschaftler bei der Arbeit“
3
Neue Fördermittel
Wir sind Partner von zwei neu geförderten Flagship-Programmen des Schweizerischen Polarinstituts: ARKTIS für die Tara-Polarstation und DOMINO für die Antarktisforschung.
Außerdem wurden wir von der Stiftung BNP Paribas in Zusammenarbeit mit französischen Partnern für die Tara-Polarstation finanziert.
Team & talents
Größe des Laborteams
Die EERL hat derzeit 17 Mitglieder.
Allgemeine Fähigkeiten
Die EERL-Mitglieder haben einen Bildungshintergrund in den Bereichen Ingenieurwesen, Meteorologie, Chemie, Physik und Umweltwissenschaften. Wir suchen Menschen, die kreativ denken, Herausforderungen lieben, sich gerne in den Polarregionen aufhalten und denen Umwelt und Menschen am Herzen liegen.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Zu unseren Kompetenzen gehören der Bau neuer wissenschaftlicher Instrumente, die Entwicklung von Analysecodes, die Veranschaulichung unserer wissenschaftlichen Ergebnisse und das Festhalten unserer Forschung in beeindruckenden Bildern.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Unsere Forschung trägt zur Verbesserung von Klimamodellsimulationen bei, um die globalen Herausforderungen des Klimawandels besser vorhersehen zu können.
2
Unsere Konzentration auf die Luftqualität kann dazu beitragen, schwierige Wettermuster zu erkennen, die die lokale Luftverschmutzung verschlimmern, insbesondere im Winter, wenn Temperaturinversionen zu einer hohen Luftverschmutzung im Rhonetal führen. Darüber hinaus können wir die Auswirkungen von Saharastaubereignissen und weiträumig verfrachteten Feueremissionen auf die Luftverschmutzung quantifizieren.
3
Unsere Routinebeobachtungen im Wallis bei ALPOLE können den Betreibern von Solarmodulen als Orientierung dienen, wenn eine starke Staubablagerung und damit eine geringere Leistung zu erwarten ist.
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Untersuchung des Rückgangs des arktischen Meereises und der Auswirkungen auf das Wetter in Europa
Priorität 2
Verstehen, wie schnell und wann die Antarktis auf den Klimawandel reagieren wird
Priorität 3
Eine regenerative Denkweise kultivieren, um die Herausforderungen der Nachhaltigkeit zu bewältigen
Künftiger Bedarf
Es müssen neue Instrumente entwickelt werden, die qualitativ hochwertige Daten liefern und leicht sind. Es werden langlebige Batterien für autonome Forschungsstationen benötigt.
Partnerschaften mit der Industrie
Wir suchen Partnerschaften mit der Industrie und mit Start-ups, um an Lösungen für unsere drei wichtigsten Herausforderungen zu arbeiten.
CRYOS erforscht die Prozesse, die den Schnee und die Atmosphäre in Berg- und Polarregionen formen, und ihre Rolle in einem sich verändernden Klima. CRYOS arbeitet auch am Risikomanagement und an der Optimierung der Erzeugung erneuerbarer Energien in alpinem Gelände, basierend auf seinem Fachwissen über Wind-, Wasser- und Strahlungsprozesse.
Forschungsthemen
1
Wir untersuchen die Prozesse an der Schnittstelle von Schnee und Eis mit der Atmosphäre, um die Energie- und Massenbilanz zu verstehen und zu quantifizieren, die sich in einem sich erwärmenden Klima verändern. Die Ergebnisse werden bei der Vorhersage und Anpassung an den Klimawandel in den Bereichen Naturgefahren, alpiner Tourismus, Landwirtschaft und erneuerbare Energieerzeugung nützlich sein.
2
Das Labor untersucht das Potenzial von Wind- und Solarressourcen für die Erzeugung erneuerbarer Energie in Bergregionen, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung liegt, d. h. auf dem besseren Ausgleich zwischen Sommer- und Winterproduktion und der Steigerung der Energieproduktion im Winter, um das saisonale Produktionsdefizit zu verringern.
3
CRYOS entwickelt und verwendet physikalisch basierte numerische Modelle für Schnee, Permafrost und die untere Atmosphäre, die in der theoretischen und angewandten Forschung eingesetzt werden. Solche Modelle ermöglichen Vorhersagen und die Simulation von Szenarien für Ereignisse und mögliche Veränderungen in alpinen und polaren Regionen.
Unsere Schlüsselprojekte
SWEET EDGE
Im Rahmen des Programms "SWiss Energy research for the Energy Transition" will EDGE wissenschaftliche Erkenntnisse liefern, um den Ausbau dezentraler erneuerbarer Energien in der Schweiz zu beschleunigen und so die Ziele für erneuerbare Energien in den Jahren 2035 und 2050 zu erreichen.
Im Projekt UrbanTwin, einer gemeinsamen Initiative des ETH-Bereichs, untersuchen wir das städtische Mikroklima und seine Auswirkungen auf die Produktion erneuerbarer Energie. Es werden die Eigenschaften der städtischen Wärmeinsel und mögliche Maßnahmen zur Eindämmung modelliert und Szenarien für die Zukunft entwickelt
Mehrere Gruppen an der EPFL und der ETHZ über Schulen und Disziplinen hinweg
In dem vom SNF geförderten Projekt "SmallScaleSnow@Large" untersuchen wir den Austausch zwischen Schnee und Atmosphäre in extremen Umgebungen, insbesondere die grossräumigen Auswirkungen von Schneedrift und Transport durch Wind. Erste Ergebnisse zeigen nicht nur den Einfluss auf die lokale Massenbilanz, sondern auch auf Wolkenbildung und Niederschlag.
Swiss Polar Institute
WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
International Polar Foundation (IPF)
Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO)
Abschluss einer vollständigen Bewertung der Schneeverteilung und des Stromertrags für eine geplante Photovoltaik-Anlage auf Prafleuri zusammen mit dem Spin-Off-Unternehmen SUNWELL
2
Herausragende mündliche Präsentation von Dr. Hendrik Huwald, 30. Internationales Symposium für Polarwissenschaften (ISPS) – verliehen vom Minister für Ozean und Fischerei, Republik Korea
3
Aktuelle und künftige Verschiebungen von Schneeregimen in extremen Umgebungen (SNOWSHIFTS) 2026-2032, finanziert vom Europäischen Forschungsrat (ERC)
Dynamische Veränderungen in den Wechselwirkungen zwischen Luft, Schnee, Eis und Ozean im Zuge der globalen Erwärmung: Ein Beobachtungsprogramm in der Antarktis und im Südlichen Ozean, unterstützt durch Multiskalenmodellierung (DOMINO) 2026-2030, finanziert durch das Swiss Polar Institute (SPI)
4
Der „Antarctic Wind Atlas“ ist ein hochauflösender Datensatz, der die Windverhältnisse in der Antarktis kartiert und mit einer Kombination aus atmosphärischen Modellen, Beobachtungen und maschinellem Lernen entwickelt wurde. Er liefert detaillierte Informationen über die Windgeschwindigkeit und das Energiepotenzial, selbst in abgelegenen und bisher nicht gemessenen Regionen. Dieses Produkt hilft Wissenschaftlern und Interessengruppen, das antarktische Klima besser zu verstehen und unterstützt die Planung nachhaltiger Energie- und Forschungsinfrastrukturen.
Team & talents
Größe des Laborteams
Derzeitiges Team: 16 (1 Professor, 7 leitende Wissenschaftler (Post-Doc und wissenschaftliche Mitarbeiter), 7 Doktoranden, 1 Verwaltungsmitarbeiter)
Bestimmtes Teammitglied
Rainette Engbers ist eine Doktorandin im ersten Jahr. Ihre Arbeit fügt sich gut in die Kryosphärenforschung der Gruppe ein, die Schneeverwehung durch Modellierung und Datenanalyse untersucht. In diesem Rahmen hat sie während ihrer Feldexpedition in die Antarktis Sensoren aufgestellt. Kurz nach ihrer Rückkehr aus der Antarktis hatte sie eine sehr gute Kandidaturprüfung.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Die CRYOS-Mitglieder arbeiten unter gezielter wissenschaftlicher Anleitung sehr selbstständig. Sie entwickeln Fachwissen in den Bereichen Umweltwissenschaft und -technik, Feldarbeit und Instrumenteneinsatz, numerische Modellierung und maschinelles Lernen sowie Wissenschaftskommunikation und Öffentlichkeitsarbeit.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Fakten und Informationen über die lokalen Folgen des Klimawandels. Vorschläge zur Abschwächung der Folgen des Klimawandels und Lösungen für eine bessere Anpassung an diese Folgen.
2
Beitrag zum Management der lokalen Wasserressourcen und Naturgefahren. Bewertung und Potenzial von erneuerbaren Energiequellen in alpinen Regionen.
3
Daten und Szenariosimulationen für Skigebiete und Bergtourismus im Allgemeinen. Wissen, Daten und Simulationen für den Wasserkraftsektor. Unterstützung bei der Entwicklung von hochalpinen Photovoltaik- und Windressourcen.
4
Besseres Stadtklima in Sitten.
Perspektiven und Herausforderungen
Wichtigste Prioritäten
Erfolgreicher und koordinierter Start der Projekte SnowShifts und DOMINO
Entwicklung eines neuen Forschungsantrags zum Thema Schnee (SNF)
Wichtigste Herausforderungen
Fortsetzung der Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien nach Abschluss des EDGE-Projekts
Zukünftige Partnerschaften
CESBIO Toulouse
GFZ Potsdam
Laboratory of Catchment Hydrology and Geomorphology (CHANGE)
Prof. Sara Bonetti
Laboratory of Catchment Hydrology and Geomorphology (CHANGE)
Bei CHANGE versuchen wir, das derzeitige Verständnis und die Vorhersagefähigkeiten von Landoberflächenprozessen in natürlichen und bewirtschafteten Ökosystemen zu verbessern. Unser oberstes Ziel ist die Festlegung von Anpassungsstrategien, um die Boden- und Wasserressourcen angesichts der zunehmenden anthropogenen und klimatischen Belastungen zukunftssicher zu machen.
Forschungsthemen
1
Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffdynamik in Einzugsgebieten. Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen Boden-Pflanzen-Dynamik, Klimaschwankungen und Bodenerosion in natürlichen und bewirtschafteten Ökosystemen, wobei die Anwendungen von der Forstwirtschaft über die Landwirtschaft bis zum Klima reichen.
2
Ökohydrologie von Agrarökosystemen. Wir nutzen und entwickeln mathematische Rahmenwerke, um die miteinander verknüpften Herausforderungen der Ernährungssicherheit, der Anpassung an den Klimawandel und seiner Abschwächung sowie der ökologischen Nachhaltigkeit in Agrarökosystemen anzugehen.
3
Landschaftsentwicklung und Bodenerosion. Wir möchten verstehen, wie sich Landschaften durch verschiedene Erosions- und Ablagerungsprozesse entwickeln und wie sich diese letztlich auf die Vegetation und die Bodenkarbondynamik auswirken (und von diesen beeinflusst werden).
Unsere Schlüsselprojekte
SOCscape
Wir kombinieren neu konzipierte Überwachungskampagnen in alpinen Einzugsgebieten mit hochmodernen detaillierten numerischen Modellen, um die Dynamik der Umverteilung, der Flüsse und der Vorräte von Bodenkohlenstoff in topografisch komplexen Landschaften zu bewerten. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/assessing-soil-carbon-dynamics-in-landscapes-of-complex-topography-socscape/ .
Durch den Einsatz detaillierter numerischer Modelle der Boden-Pflanzen-Dynamik quantifizieren wir die Vorteile verschiedener klimafreundlicher landwirtschaftlicher Praktiken und ermitteln die Kombinationen von Praktiken, die gleichzeitig die Pflanzenproduktion, den Klimaschutz und die Erhaltung der Umweltressourcen in verschiedenen Böden und Ökoregionen optimieren. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/global-quantification-of-the-benefits-of-climate-smart-agriculture-under-future-climates-smart-agri/
Kohlenstoffabbau bei der Wiederherstellung von Feuchtgebieten
Wir entwickeln einen prozessbasierten Rahmen, der hydrologische und vegetationsbedingte Faktoren mit der Mikromorphologie von Feuchtgebieten verknüpft, um ihre Rolle im Netto-Kohlenstoffaustausch des Ökosystems zu bewerten und so ein Instrument zur Quantifizierung der Kohlenstoffflüsse in Feuchtgebieten bereitzustellen. Mehr hier: https://www.epfl.ch/labs/change/research/carbon-removal-in-wetland-restoration/
Ernährungssicherheit, Anpassung an den Klimawandel und dessen Abschwächung, nachhaltige Nutzung von Boden- und Wasserressourcen
2
Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf alpine Ökosysteme. Anpassung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsmethoden an den Klimawandel.
3
Unterstützung bei der Entwicklung von Entscheidungshilfesystemen, Information über MRV-Protokolle, Analyse von Managementszenarien
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Verstehen, wie die Bewirtschaftung von Ökosystemen klimatische Veränderungen beeinflusst und von ihnen beeinflusst wird
Priorität 2
Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Instrumenten zur quantitativen Bewertung der Reaktionen von Ökosystemen auf klimatische und anthropogene Einflüsse
Komplexe Ökosysteme
Ökosysteme sind hochkomplexe Systeme, die durch komplexe Wechselwirkungen zwischen zahlreichen biotischen und abiotischen Prozessen gekennzeichnet sind
Ausgleich von Schlüsselvariablen
Hohe räumliche und zeitliche Variabilität vieler Schlüsselgrößen – Notwendigkeit, bei der Ausarbeitung optimaler Bewirtschaftungsstrategien mehrere gesellschaftliche Bedürfnisse miteinander in Einklang zu bringen
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