Les phénomènes météorologiques extrêmes tels que les orages, de fortes précipitations et les inondations qui en résultent, influencer les systèmes terrestres et environnementaux à long terme. Pour étudier les impacts des extrêmes hydrologiques de manière holistique - des précipitations à l'eau entrant dans le sol au rejet pour se jeter dans l'océan - une campagne de mesure à Müglitztal/Saxe est sur le point de démarrer dans le cadre de l'initiative MOSES Helmholtz. La campagne de mesure est coordonnée par le Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

Un seul événement de fortes précipitations peut avoir de graves impacts sur l'ensemble d'un système fluvial, allant de l'érosion des terres par les inondations aux transports de nutriments et de polluants en passant par les changements de l'écosystème. La campagne de mesures MOSES actuelle étudie les événements hydrologiques extrêmes depuis la source dans l'atmosphère jusqu'à la réponse des biosystèmes.

MOSES signifie « Solutions d'observation modulaires pour les systèmes terrestres ». Dans le cadre de cette initiative commune, neuf centres de recherche de l'Association Helmholtz ont mis en place des systèmes d'observation mobiles et modulaires pour étudier les impacts d'événements dynamiques temporairement et spatialement limités, tels que les événements extrêmes de précipitations et de débits, sur le développement à long terme des systèmes terrestres et environnementaux. La campagne de mesures en cours sur les extrêmes hydrologiques coordonnée par le KIT se déroule de mi-mai à mi-juillet 2019 à Müglitztal, Saxe. Dans cette région, situé dans l'Erzgebirge oriental (montagnes Métallifères), certaines conditions météorologiques peuvent entraîner des précipitations extrêmes et des inondations, un exemple étant l'inondation de 2002. Ces événements extrêmes sont déclenchés soit par des dépressions qui, avec des effets de blocage par les montagnes, provoquer de fortes précipitations, ou par des événements de précipitations convectives à petite échelle, c'est à dire., des orages, qui peuvent être associées à des inondations dans une zone limitée comme une vallée de montagne.

Outre la division de recherche sur la troposphère de l'Institut de météorologie et de recherche climatique du KIT (IMK-TRO), le Centre Helmholtz pour la recherche environnementale (UFZ) de Leipzig, Forschungszentrum Jülich (FZJ), et le Helmholtz Center Potsdam—Centre de recherche allemand pour les géosciences (GFZ) sont impliqués dans la campagne de mesure actuelle avec leurs systèmes de mesure.

KIT utilisera son observatoire mobile KITcube. Il fournit des informations sur la formation et le développement de fortes précipitations, répartition des précipitations, et l'évaporation. Entre autres, un radar est appliqué pour mesurer les précipitations dans un rayon de 100 km, un radiomètre hyperfréquence sert à déterminer les profils de température et d'humidité atmosphériques, et un système lidar est utilisé pour mesurer le profil du vent à l'aide de lasers. Les radiosondes fournissent des informations sur l'état de l'atmosphère jusqu'à 18 km d'altitude. Un réseau de distromètres, c'est-à-dire des systèmes de surveillance continue de l'intensité des précipitations et de la taille des gouttes de pluie, fournit des informations supplémentaires sur les processus dans la zone d'observation.

Les scientifiques de l'UFZ se concentreront sur l'humidité du sol qui est une variable importante pour contrôler l'évacuation des eaux de pluie. Si le sol est trop humide ou extrêmement sec, l'eau de pluie s'écoule de la surface du sol et les inondations peuvent se développer plus rapidement. Pour surveiller de manière optimale l'évolution de l'humidité du sol, UFZ va installer un mobile, réseau de capteurs sans fil pour mesurer l'humidité et la température du sol à des profondeurs variables. Contrairement aux systèmes classiques, le réseau de capteurs permet un ajustement précis des positions et de la distribution des capteurs ainsi que des taux de balayage aux conditions de mesure locales. Outre le réseau de capteurs fixes, des rovers mobiles à rayons cosmiques dotés de capteurs à neutrons spécialement développés seront utilisés. Avec eux, les chercheurs peuvent observer une variation à grande échelle de l'humidité du sol dans le bassin versant du Müglitz.

Les scientifiques du Forschungszentrum Jülich lanceront des ballons sondes jusqu'à 35 km de hauteur pour déterminer, entre autres, comment les orages affectent le climat à long terme. À l'aide de vapeur d'eau, ozone, et instruments cloud, ils étudient le transport des gaz à l'état de traces à travers les orages dans la haute troposphère—la couche inférieure de l'atmosphère terrestre—ou même dans la stratosphère au-dessus.

Les chercheurs du GFZ utiliseront des unités de mesure mobiles pour étudier l'influence de l'eau stockée sur le développement d'une crue. Outre les capteurs de rayons cosmiques pour mesurer l'eau dans la couche supérieure du sol et les capteurs pour mesurer les eaux souterraines proches de la surface, ils utiliseront également des gravimètres. Ces systèmes détectent les variations de la gravité terrestre dues à l'évolution des masses d'eau souterraines, aussi à de plus grandes profondeurs.