Kurzprofil

Wie anfällig ist das Ökosystem ‘Permafrost’ auf sich ändernde klimatische Bedingungen?

Der Forschungsschwerpunkt unserer Gruppe ist es, die beiden wichtigsten Kreisläufe der Natur (Wasser und Energie) in dem komplexen Ökosystem der Arktis auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen zu analysieren und zu erklären. Das Ziel dabei ist, die Lücke zwischen unserem Wissen über diese Prozesse auf der Mikroskala und den verfügbaren großflächigen Daten aus Satellitenaufnahmen zu füllen. 

Dafür arbeitet unsere Gruppe intensiv in zwei Testregionen in  der Arktis – eines in Sibirien (Lena Delta) und eines auf Spitzbergen, Norwegen (Ny Alesund). Durch die Zusammenarbeit mit anderen Forschergruppen mit Testgebieten in Alaska und Kanada können wir weitere Ökosysteme der Arktis abdecken: warmen, maritime Bedingungen und wenig Biomasse (Spitzbergen), kontinentales Klima und hohe Biomassenproduktion (North Slope, Alaska), sowie extrem kaltes und trockenes Klima mit einer mittleren Biomassenproduktion (Lena Delta).

Durch unsere Forschung in diesen Regionen hoffen wir, ein detailliertes Verständnis über die Veränderungen des Wasser- und Energiekreislaufes über das Jahr und zwischen den Jahren zu bekommen, insbesondere:

  • Herstellung eines räumlichen und zeitlichen Bezugs zwischen den Wasser- und Energieflüssen in Permafrostgebieten auf verschiedenen Skalen. 
  • Entwicklung eines prozessorientierten Models zur Berechnung der  hydrologischen und energetischen Prozesse im arktischen Permafrostboden.
  • Anwendung innovativer Methoden wie Luftaufnahmen von Sensoren an Teleskopen, Ballons, Drachen und Drohnen.
  • Räumlich verteilte Messungen von Wasser- und Energieflüssen im Boden, sowie des Mikroklimas.
  • Langzeit Monitoring der Daten, prozessorientierte Modellierung.

Publikationen

2019

Aas, K. S. , Martin, L. , Nitzbon, J. , Langer, M. , Boike, J. , Lee, H. , Berntsen, T. K. and Westermann, S. (2019) Thaw processes in ice-rich permafrost landscapes represented with laterally coupled tiles in a land surface model, The Cryosphere, 13 (2), pp. 591-609. doi:https://doi.org/10.5194/tc-13-591-2019, hdl:10013/epic.2cde5927-8f74-4d49-832e-a0b4e4344d1f

Biskaborn, B. K. , Smith, S. L. , Noetzli, J. , Matthes, H. , Vieira, G. , Streletskiy, D. A. , Schoeneich, P. , Romanovsky, V. E. , Lewkowicz, A. G. , Abramov, A. , Allard, M. , Boike, J. , Cable, W. L. , Christiansen, H. H. , Delaloye, R. , Diekmann, B. , Drozdov, D. , Etzelmüller, B. , Grosse, G. , Guglielmin, M. , Ingeman-Nielsen, T. , Isaksen, K. , Ishikawa, M. , Johansson, M. , Johannsson, H. , Joo, A. , Kaverin, D. , Kholodov, A. , Konstantinov, P. , Kröger, T. , Lambiel, C. , Lanckman, J. P. , Luo, D. , Malkova, G. , Meiklejohn, I. , Moskalenko, N. , Oliva, M. , Phillips, M. , Ramos, M. , Sannel, A. B. K. , Sergeev, D. , Seybold, C. , Skryabin, P. , Vasiliev, A. , Wu, Q. , Yoshikawa, K. , Zheleznyak, M. and Lantuit, H. (2019) Permafrost is warming at a global scale, Nature Communications, 10 (1), pp. 1-11. doi:https://doi.org/10.1038/s41467-018-08240-4 , hdl:10013/epic.54a153dc-a87e-4c2e-a9cd-35bdccc15cfc

Boike, J. , Nitzbon, J. , Anders, K. , Grigoriev, M. , Bolshiyanov, D. , Langer, M. , Lange, S. , Bornemann, N. , Morgenstern, A. , Schreiber, P. , Wille, C. , Chadburn, S. , Gouttevin, I. , Burke, E. and Kutzbach, L. (2019) A 16-year record (2002–2017) of permafrost, active-layer, and meteorological conditions at the Samoylov Island Arctic permafrost research site, Lena River delta, northern Siberia: an opportunity to validate remote-sensing data and land surface, snow, and permafrost models, Earth System Science Data, 11 (1), pp. 261-299. doi:https://doi.org/10.5194/essd-11-261-2019 , hdl:10013/epic.55b0cd61-441d-4b6b-a884-3fb8a03601e2

Holl, D. , Wille, C. , Sachs, T. , Schreiber, P. , Runkle, B. R. K. , Beckebanze, L. , Langer, M. , Boike, J. , Pfeiffer, E. M. , Fedorova, I. , Bolshianov, D. Y. , Grigoriev, M. N. and Kutzbach, L. (2019) A long-term (2002 to 2017) record of closed-path and open-path eddy covariance CO<sub>2</sub> net ecosystem exchange fluxes from the Siberian Arctic, Earth System Science Data, 11 (1), pp. 221-240. doi:https://doi.org/10.5194/essd-11-221-2019 , hdl:10013/epic.1df604ac-e67f-4b41-9c5c-b654280aa1ac

Muster, S. , Riley, W. J. , Roth, K. , Langer, M. , Cresto Aleina, F. , Koven, C. D. , Lange, S. , Bartsch, A. , Grosse, G. , Wilson, C. J. , Jones, B. M. and Boike, J. (2019) Size Distributions of Arctic Waterbodies Reveal Consistent Relations in Their Statistical Moments in Space and Time, Frontiers in Earth Science, 7 (5), pp. 1-15. doi:https://doi.org/10.3389/feart.2019.00005 , hdl:10013/epic.1f7fa776-9fe3-49bb-aa98-275275945b53

Nitzbon, J., Langer, M., Westermann, S., Martin, L., Aas, K. S., and Boike, J.: Pathways of ice-wedge degradation in polygonal tundra under different hydrological conditions, The Cryosphere, 13, 1089-1123, https://doi.org/10.5194/tc-13-1089-2019, 2019.

2018

Aalstad, K. , Westermann, S. , Schuler, T. V. , Boike, J. and Bertino, L. (2018) Ensemble-based assimilation of fractional snow-covered area satellite retrievals to estimate the snow distribution at Arctic sites , The Cryosphere, 12 (1), pp. 247-270. doi:10.5194/tc-12-247-2018 , hdl:10013/epic.d9e11b5e-fcf7-4f8e-aacc-76edf1c00812

Antonova, S. , Sudhaus, H. , Strozzi, T. , Zwieback, S. , Kääb, A. , Heim, B. , Langer, M. , Bornemann, N. and Boike, J. (2018) Thaw subsidence of a yedoma landscape in northern Siberia, measured in situ and estimated from TerraSAR-X interferometry , Remote Sensing, 10(4) (494). doi:10.3390/rs10040494, hdl:10013/epic.62882e04-5b28-4d72-846c-5476d339af29

Franz, D. , Mammarella, I. , Boike, J. , Kirillin, G. , Vesala, T. , Bornemann, N. , Larmanou, E. , Langer, M. and Sachs, T. (2018) Lake-Atmosphere Heat Flux Dynamics of a Thermokarst Lake in Arctic Siberia, Journal of Geophysical Research: Atmospheres. doi:10.1029/2017JD027751 , hdl:10013/epic.75ef96ca-a159-462e-bd04-a0dcd1e24712

Kneier, F. , Overduin, P. , Langer, M. , Boike, J. and Grigoriev, M. N. (2018) Borehole temperature reconstructions reveal differences in past surface temperature trends for the permafrost in the Laptev Sea region, Russian Arctic, arktos, 4 (7). doi:https://doi.org/10.1007/s41063-018-0041-3 , hdl:10013/epic.4efb536e-78fd-4d98-abc5-19300e907e2d

Krinner, G. , Derksen, C. , Essery, R. , Flanner, M. , Hagemann, S. , Clark, M. , Hall, A. , Rott, H. , Brutel-Vuilmet, C. , Kim, H. , Ménard, C. B. , Mudryk, L. , Thackeray, C. , Wang, L. , Arduini, G. , Balsamo, G. , Bartlett, P. , Boike, J. , Boone, A. , Chéruy, F. , Colin, J. , Cuntz, M. , Dai, Y. , Decharme, B. , Derry, J. , Ducharne, A. , Dutra, E. , Fang, X. , Fierz, C. , Ghattas, J. , Gusev, Y. , Haverd, V. , Kontu, A. , Lafaysse, M. , Law, R. , Lawrence, D. , Li, W. , Marke, T. , Marks, D. , Ménégoz, M. , Nasonova, O. , Nitta, T. , Niwano, M. , Pomeroy, J. , Raleigh, M. S. , Schaedler, G. , Semenov, V. , Smirnova, T. G. , Stacke, T. , Strasser, U. , Svenson, S. , Turkov, D. , Wang, T. , Wever, N. , Yuan, H. , Zhou, W. and Zhu, D. (2018) ESM-SnowMIP: assessing snow models and quantifying snow-related climate feedbacks, Geoscientific Model Development, 11 (12), pp. 5027-5049. doi:https://doi.org/10.5194/gmd-11-5027-2018, hdl:10013/epic.91547151-7815-4731-8140-a858ea7bed8e

Obu, J. , Košutnik, J. , Overduin, P. P. , Boike, J. , Blatnik, M. , Zwieback, S. , Gostinčar, P. and Mihevc, A. (2018) Sorted patterned ground in a karst cave, Ledenica pod Hrušico, Slovenia, Permafrost and Periglacial Processes, pp. 1-10. doi:10.1002/ppp.1970 , hdl:10013/epic.bca82e0a-711b-41c8-a9c5-f58d3135dda6

Rößger, N. , Wille, C. , Veh, G. , Boike, J. and Kutzbach, L. (2018) Scaling and balancing methane fluxes in a heterogeneous tundra ecosystem of the Lena River Delta, Agricultural and Forest Meteorology. doi:10.1016/j.agrformet.2018.06.026 , hdl:10013/epic.bf327927-df35-42f6-abb1-a1caa038e8cf

Zwieback, S. , Kokelj, S. V. , Günther, F. , Boike, J. , Grosse, G. and Hajnsek, I. (2018) Sub-seasonal thaw slump mass wasting is not consistently energy limited at the landscape scale, The Cryosphere, 12 (2), pp. 549-564. doi:10.5194/tc-12-549-2018 , hdl:10013/epic.0965e7c9-defd-4db3-adbc-a2f1ca338337

2017

Abramova, E. , Vishnyakova, I. , Boike, J. , Abramova, A. , Solovyev, G. and Martynov, F. (2017) Structure of freshwater zooplankton communities from tundra waterbodies in the Lena River Delta, Russian Arctic, with a discussion on new records of glacial relict copepods ,Polar Biology, pp. 1-15. doi:10.1007/s00300-017-2087-2 , hdl:10013/epic.50477

Barrio, I. C. , Lindén, E. , Te Beest, M. , Olofsson, J. , Rocha, A. , Soininen, E. M. , Alatalo, J. M. , Andersson, T. , Asmus, A. , Boike, J. , Bråthen, K. A. , Bryant, J. P. , Buchwal, A. , Bueno, C. G. , Christie, K. S. , Denisova, Y. V. , Egelkraut, D. , Ehrich, D. , Fishback, L. , Forbes, B. C. , Gartzia, M. , Grogan, P. , Hallinger, M. , Heijmans, M. M. P. D. , Hik, D. S. , Hofgaard, A. , Holmgren, M. , Høye, T. T. , Huebner, D. C. , Jónsdóttir, I. S. , Kaarlejärvi, E. , Kumpula, T. , Lange, C. Y. M. J. G. , Lange, J. , Lévesque, E. , Limpens, J. , Macias-Fauria, M. , Myers-Smith, I. , van Nieukerken, E. J. , Normand, S. , Post, E. S. , Schmidt, N. M. , Sitters, J. , Skoracka, A. , Sokolov, A. , Sokolova, N. , Speed, J. D. M. , Street, L. E. , Sundqvist, M. K. , Suominen, O. , Tananaev, N. , Tremblay, J. P. , Urbanowicz, C. , Uvarov, S. A. , Watts, D. , Wilmking, M. , Wookey, P. A. , Zimmermann, H. H. , Zverev, V. and Kozlov, M. V. (2017) Background invertebrate herbivory on dwarf birch (Betula glandulosa-nana complex) increases with temperature and precipitation across the tundra biome ,Polar Biology, 40 (11), pp. 2265-2278. doi:10.1007/s00300-017-2139-7 , hdl:10013/epic.728a3326-bda4-49f4-ad90-acc8c0452f39

Beermann, F. , Langer, M. , Wetterich, S. , Strauss, J. , Boike, J. , Fiencke, C. , Schirrmeister, L. , Pfeiffer, E. M. and Kutzbach, L. (2017) Permafrost Thaw and Liberation of Inorganic Nitrogen in Eastern Siberia ,Permafrost and Periglacial Processes. doi:10.1002/ppp.1958 , hdl:10013/epic.51702

Muster, S. , Roth, K. , Langer, M. , Lange, S. , Cresto Aleina, F. , Bartsch, A. , Morgenstern, A. , Grosse, G. , Jones, B. , Sannel, A. K. , Sjöberg, Y. , Günther, F. , Andresen, C. , Veremeeva, A. , Lindgren R., P. , Bouchard, F. , Lara, M. J. , Fortier, D. , Charbonneau, S. , Virtanen, T. A. , Hugelius, G. , Palmtag, J. , Siewert, M. B. , Riley, W. J. , Koven, C. D. and Boike, J. (2017) PeRL: a circum-Arctic Permafrost Region Pond and Lake database, Earth System Science Data, 9 , pp. 317-348. doi:10.5194/essd-9-317-2017 , hdl:10013/epic.51288

Westermann, S. , Peter, M. , Langer, M. , Schwamborn, G. , Schirrmeister, L. , Etzelmüller, B. and Boike, J. (2017) Transient modeling of the ground thermal conditions using satellite data in the Lena River delta, Siberia, The Cryosphere, 11 , pp. 1441-1463. doi:10.5194/tc-11-1441-2017 , hdl:10013/epic.51289

Yao, Y. , Liang, S. , Li, X. , Zhang, Y. , Chen, J. , Jia, K. , Zhang, X. , Fisher, J. B. , Wang, X. , Zhang, L. , Xu, J. , Shao, C. , Posse, G. , Li, Y. , Magliulo, V. , Varlagin, A. , Moors, E. J. , Boike, J. , Macfarlane, C. , Kato, T. , Buchmann, N. , Billesbach, D. , Beringer, J. , Wolf, S. , Papuga, S. A. , Wohlfahrt, G. , Montagnani, L. , Ardö, J. , Paul-Limoges, E. , Emmel, C. , Hörtnagl, L. , Sachs, T. , Gruening, C. , Gioli, B. , López-Ballesteros, A. , Steinbrecher, R. and Gielen, B. (2017) Estimation of high-resolution terrestrial evapotranspiration from Landsat data using a simple Taylor skill fusion method, Journal of Hydrology, 553 , pp. 508-526. doi:10.1016/j.jhydrol.2017.08.013 , hdl:10013/epic.51716

2016

Antonova, S. , Duguay, C. , Kääb, A. , Heim, B. , Langer, M. , Westermann, S. and Boike, J. (2016)
Monitoring Bedfast Ice and Ice Phenology in Lakes of the Lena River Delta Using TerraSAR-X Backscatter and Coherence Time Series, Remote Sensing,8 (11), p. 903 . doi:10.3390/rs8110903 , hdl:10013/epic.48963

Antonova, S. , Kääb, A. , Heim, B. , Langer, M. and Boike, J. (2016)
Spatio-temporal variability of X-band radar backscatter and coherence over the Lena River Delta, Siberia , Remote Sensing of Environment, 182 , pp. 169-191 . doi:10.1016/j.rse.2016.05.003 , hdl:10013/epic.47995

Boike, J. , Grau, T. , Heim, B. , Günther, F. , Langer, M. , Muster, S. ,Gouttevin, I. and Lange, S. (2016)
Satellite-derived changes in the permafrost landscape of central Yakutia, 2000–2011: Wetting, drying, and fires , Global and Planetary Change, 139 , pp. 116-127 . doi:10.1016/j.gloplacha.2016.01.001 , hdl:10013/epic.46867

Liljedahl, A. K. , Boike, J. , Daanen, R. P. , Fedorov, A. N. , Frost, G. V. , Grosse, G. , Hinzman, L. D. , Iijma, Y. , Jorgenson, J. C. , Matveyeva, N. , Necsoiu, M. , Raynolds, M. K. , Romanovsky, V. E. , Schulla, J. , Tape, K. D. , Walker, D. A. , Wilson, C. J. , Yabuki, H. and Zona, D. (2016)
Pan-Arctic ice-wedge degradation in warming permafrost and its influence on tundra hydrology , Nature Geoscience . doi:10.1038/ngeo2674 , hdl:10013/epic.47421

López-Moreno, J. , Boike, J. , Sanchez-Lorenzo, A. and Pomeroy, J. (2016)
Impact of climate warming on snow processes in Ny-Ålesund, a polar maritime site at Svalbard , Global and Planetary Change, 146 , pp. 10-21 . doi:10.1016/j.gloplacha.2016.09.006 , hdl:10013/epic.48647

Zwieback, S. , Liu, X. , Antonova, S. , Heim, B. , Bartsch, A. , Boike, J. and Hajnsek, I. (2016)
A Statistical Test of Phase Closure to Detect Influences on DInSAR Deformation Estimates Besides Displacements and Decorrelation Noise: Two Case Studies in High-Latitude Regions , IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54 (9), pp. 5588-5601 . doi:10.1109/TGRS.2016.2569435 , hdl:10013/epic.48652

Methoden

Um unsere Forschungsziele zu erreichen, werden verschiedene Methoden eingesetzt.

Dazu gehören sowohl herkömmliche Messmethoden, wie auch technisch innovative Ansätze. Genaue Information zu den angewandten Methoden gibt es hier.

 

 

Projekte und Partner

Derzeit laufen folgende Projekte in Kooperation mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen

Langjährige Kooperationen bestehen mit:

Team

In unserem Team arbeiten Wissenschaftler, Ingenieuere u.ä. und Studenten gemeinsam an verschiedenen Forschungsprojekten.

Hier finden Sie mehr Informationen über laufende und abgeschlossene Projekte, sowie über Doktor-, Master- und Bachelorarbeiten.

 

 

Expeditionen

Für unsere Feldmessungen werden jährlich verschiedene Expeditionen in unsere Testgebiete durchgeführt.

Aktuelle Informationen zu laufenden und abgeschlossenen Expeditionen, sowie einige Bilder gibt es hier.

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Testgebiete und Beobachtungsstationen

Je nach Kooperationspartner und Forschungsprojekt arbeitet unserer Gruppe in verschiedenen Testgebieten in der Arktis.

Langjährige Forschungsstationen werden auf Spitzbergen und im Lena Delta betrieben.

Die genaue Lage, einige Bilder und noch mehr Information zu den Testgebieten gibt es hier.

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Lehre und Öffentlichkeitsarbeit

Unsere Gruppe bemüht sich, auch in der Lehre und der Öffentlichkeitsarbeit aktiv zu sein, um unsere Forschungsergebnisse transparent und allgemein verständlich für Jeden zugänglich zu machen.

Im Wintersemester wird von Julia Boike der Kurs Polargeographie and der Humboldt Universität zu Berlin angeboten.

Unter Anderem sind wir auch an Schulen aktiv oder unterstützen die Kinderuniversität.

Weitere Beispiele sind die Teilnahme an der Fairplanet Diskussion über Permafrostböden oder das Mitwirken an dem Artikel: 'Siberia's melting permafrost fuels climate change' oder die Veröffentlichung des Artikels 'Im hohen Norden. Wenn die Klimawüste auftaut' von Inga Beck im Forschungsmagazin Ruperto Carola der Universität Heiderberg.

Unter Aktuelles finden Sie, was wir in der letzten Zeit unternommen haben.

Tuktoyaktuk Science Day