Sie brauchen nicht immer einen Laser – manchmal reicht auch eine Kamera. Forscher des WSL-Instituts für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) haben nun das Paradigma widerlegt, dass die Höhe der Schneedecke nur mit Laserscannern aus der Luft genau bestimmt werden kann, sagt Yves Bühler, Leiter der Forschungsgruppe Alpine Fernerkundung des SLF.
„Wir waren selbst überrascht, dass wir den Schnee anhand von Fotos, die aus einem Flugzeug mit sehr hoher Auflösung aufgenommen wurden, so genau kartieren konnten.“ Die Methode ist als Photogrammetrie bekannt. Die Wissenschaftler kartierten die Schneedecke auf einer Fläche von rund 250 Quadratkilometern rund um Davos, von Klosters im Norden bis zum Piz Fourun im Süden, mit dem Dischmatal im Zentrum. Die Auflösung betrug einen halben Meter und die Genauigkeit 15 Zentimeter, wie ein Vergleich mit Messungen von Hand und von Drohnen zeigt.
Genaue Schneedaten sind eine wichtige Ressource für die Vorhersage von Naturgefahren wie Lawinen und Überschwemmungen sowie für die Bestimmung der Schneelast auf Dächern. Auch Energieversorger können sich solche Ergebnisse zunutze machen. „Unsere Daten helfen, Modelle zu verbessern, die zeigen, wie viel Wasser sich in der Schneedecke befindet“, erklärt Bühler. Dies sei wichtig für den Betrieb von Wasserkraftwerken. Forscher können die Informationen auch nutzen, um geeignete Standorte für Wetterstationen zu ermitteln, deren Messergebnisse sie dann auf das gesamte Gebiet hochrechnen.
Ein weiterer Vorteil der Methode ist die Kostenersparnis. Für die Photogrammetrie operieren Flugzeuge in einer Höhe von rund 6000 Metern, sagt Bühler. „Mit Laserscannern müssen sie viel tiefer und langsamer fliegen.“ Auch andere Ansätze haben ihre Nachteile. Drohnen eignen sich nur für kleine Flächen von vier bis fünf Quadratkilometern, Satellitendaten sind noch nicht genau genug.
Das SLF verfügt nun über umfassende Schneehöhen für das Untersuchungsgebiet von 2010 bis heute und bildet damit einen beispiellosen Langzeitdatensatz. Die Bilder wurden vom Ingenieurbüro Flotron im Auftrag des SLF Ende März und Anfang April aufgenommen, der Jahreszeit, in der der Schnee in höheren Lagen in der Region Davos seine maximale Tiefe erreicht.
Die Flugzeuge waren mit Überwachungskameras ausgestattet. „Im Wesentlichen handelt es sich dabei um herkömmliche Kameras, nur mit einer extrem hohen Auflösung von 450 Megapixeln statt 24 Megapixeln bei Standardgeräten“, erklärt Bühler. Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, die auf einem schneefreien Oberflächenmodell angezeigten Höhen von denen eines Oberflächenmodells mit Schneedecke zu subtrahieren. Der Unterschied liegt in der Schneehöhe.
Die Messungen zeigen, dass die Schneehöhe von Jahr zu Jahr schwankt, dies gilt jedoch nur für die absoluten Werte. „Relativ betrachtet ist das Verhältnis der Schneehöhen von Punkt zu Punkt über die Jahre hinweg meist sehr ähnlich“, sagt Bühler. Es gibt jedoch Ausnahmen, bei denen die Schneehöhen zwischen den Jahren teilweise erheblich variieren. Als mögliche Gründe nennt er Lawinen und Schneetransport. Diese Unterschiede sind für die Lawinenforschung spannend und die Daten von Bühlers Team ermöglichen nun eine detaillierte Analyse.
Um diese einzigartige Zeitreihe fortzuführen, wird das SLF in den kommenden Wintern weitere Flüge in Davos durchführen. Die bisher gewonnenen Ergebnisse würden bereits von vielen Projekten genutzt, etwa um Modellrechnungen für die ganze Schweiz zu validieren, sagt Bühler. „Auch in anderen Regionen haben wir bereits Anfragen erhalten, die Schneehöhe mit dieser Methode großflächig zu messen.“
Die Forschung ist veröffentlicht in Die Kryosphäre.
Mehr Informationen:
Leon J. Bührle et al, Räumlich kontinuierliche Schneehöhenkartierung durch Flugzeugphotogrammetrie für den jährlichen Höhepunkt des Winters von 2017 bis 2021, Die Kryosphäre (2022). DOI: 10.5194/tc-2022-65
Zur Verfügung gestellt von Schnee und Landschaft WSL