Die Speicherung der Schneedecke und der Zeitpunkt des Abflusses in Brandnarben hängen von Standort und Gelände ab

Immer heftigere Waldbrände in großen Höhen beeinträchtigen die Schneedecke – ein wichtiges Reservoir für den Westen der USA. Die veränderte Landschaft macht es schwieriger vorherzusagen, wann der Schnee schmilzt und wie viel Wasser zur Verfügung stehen wird.

Forscher der Colorado State University untersuchten die Auswirkungen des Cameron-Peak-Feuers im Jahr 2020 auf die Schneedecke in bergigem Gelände und fanden heraus, dass der Standort entscheidend für die Schmelzrate und den Schmelzzeitpunkt ist.

Die Geschwindigkeit der Schneeschmelze variiert von Hang zu Hang, je nachdem, wie viel Sonne der Hang abbekommt und wie die Vegetation ist. Schnee schmilzt im Allgemeinen schneller an Südhängen, die mehr Sonne abbekommen. Die Forscher fanden heraus, dass die Wassermenge im Schnee an verbrannten Südhängen früher in der Saison ihren Höhepunkt erreicht als an anderen Schneedeckenstandorten, und dass der Schnee an Südhängen früher schmilzt.

Die maximale Wassermenge in der Schneedecke trat an den nach Süden ausgerichteten Brandstellen 22 Tage früher auf als an den nach Norden ausgerichteten Brandstellen auf gleicher Höhe, da die nach Süden ausgerichteten Brandstellen mehr Sonnenstrahlung absorbierten und es keine Bäume gab, die diese abfangen konnten. Der Schnee an den nach Süden ausgerichteten Brandhängen schmolz zudem 11 Tage früher vollständig als der Schnee an den nach Norden ausgerichteten Brandhängen.

„Dies stellt einen Fortschritt gegenüber bisherigen Erkenntnissen dar, da wir diese räumliche Variabilität in komplexem Gebirgsgelände auf eine Weise erfasst haben, wie es noch nie zuvor getan wurde“, sagte Dan McGrath, Koautor der Studie und außerordentlicher Professor für Geowissenschaften am Warner College of Natural Resources.

Energiebilanz – das Wichtigste in Kürze

Die Studie, veröffentlicht in Wasserressourcenforschungist das erste Unternehmen, das die Auswirkungen der gesamten Energiebilanz – sowohl der Lang- als auch der Kurzwellenenergie – auf die Schneedecke in Brandgebieten quantifiziert.

Die Forscher verwendeten Radiometer, um ein- und ausgehende lang- und kurzwellige Energie zu messen. Kurzwellige Energie stammt aus der Sonnenstrahlung, und die langwellige Form ist thermische Energie.

Thermische Energie wird von allem abgegeben, was Sonnenenergie absorbiert, darunter die Erdoberfläche, Bäume und sogar kalte Stoffe wie Schnee. Der Verlust der Baumkronen verringert diese Energiequelle in verbrannten Gebieten, sodass die Schneedecke im Winter kälter bleibt. Im Frühling jedoch kehrt sich die Energiebilanz um und die Baumkronen in unverbrannten Gebieten halten den Schnee länger, indem sie ihn vor Sonnenlicht abschirmen, während verbrannte Gebiete unter der höher stehenden Sonne und den längeren Tagen austrocknen.

Nach einem Waldbrand verdunkeln Ruß und Asche von verbliebenen Baumstämmen den Schnee und verringern seine Reflektivität – das sogenannte Albedo. Der dunklere Schnee absorbiert mehr Sonnenenergie und schmilzt dadurch schneller. Durch die Untersuchung der gesamten Energiebilanz konnten die Forscher feststellen, wie viel der Energieveränderung auf das durch Asche und Ruß verringerte Albedo und wie viel auf den Verlust des Walddachs zurückzuführen war.

„Wir haben festgestellt, dass die eingehende Kurzwellenenergie fünf- bis sechsmal wirkungsvoller ist als die Änderung des Albedos“, sagte der Hauptautor Wyatt Reis, der an dem Projekt als Abschlussarbeit für seinen Master-Abschluss an der CSU arbeitete. Reis ist jetzt Bauingenieur für das Army Corps of Engineers, wo er sich mit Hydrologie im Westen der USA beschäftigt.

Reis fügte hinzu, dass dieses verbesserte Verständnis der Energiebilanz als Grundlage für die Entwicklung von Modellen und Werkzeugen dienen werde, die Wassermanager für ihre Entscheidungen nutzen können.

Nachhaltige Auswirkungen auf die Landschaft

Vier Winter nach dem Brand sei die Schneedecke deutlich sauberer, sagte McGrath, doch die Bäume seien nicht zurückgekommen und er sei sich nicht sicher, ob das jemals passieren werde.

Da an nach Süden ausgerichteten, verbrannten und daher unbeschatteten Hängen weniger Schnee anfällt und die Hänge früher schneefrei sind als solche an anderen Standorten, kann es sein, dass sie zu trocken sind, als dass sich Baumsetzlinge festsetzen könnten.

„Diese Südhänge könnten sich für immer verändern und ihren Zustand vor dem Brand nicht mehr erreichen“, sagte McGrath.

Infolgedessen wird das Einzugsgebiet möglicherweise nie wieder dasselbe sein. Die Summe aller von Waldbränden betroffenen Hänge bedeutet eine Unsicherheit hinsichtlich der Ressourcen flussabwärts.

„Wenn man die Ausmaße der Brandfläche im Westen der USA bedenkt, die sich zunehmend in großen Höhen ereignet, in denen sich hohe Schneedecken ansammeln, handelt es sich um ein wirklich kritisches Problem, das die Wasserversorgung der Region beeinträchtigt hat und weiterhin beeinträchtigen wird“, sagte McGrath.

Er fuhr fort: „Diese Feldbeobachtungen in bergigem Gelände bieten uns den Rahmen, um die Modellierung und Verwaltung dieser Ressource zu verbessern.“

Mitarbeiter der Studie, „Quantifizierung der aspektabhängigen Reaktion der Schneedecke auf Waldbrände in großen Höhen in den südlichen Rocky Mountains,“ sind Kelly Elder von der Rocky Mountain Research Station des US Forest Service, CSU-Professorin Stephanie Kampf und David Rey vom US Geological Survey.