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Projektdauer: 2008 - 2012
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Swiss Experiment
Um in den Umweltwissenschaften präzise
wissenschaftliche Schlussfolgerungen ziehen, Prognosen stellen oder Modelle
validieren zu können, braucht man ein sowohl zeitlich als auch räumlich breit
angelegtes Monitoring. Der Verwaltungsaufwand zum Sammeln all dieser
Beobachtungen ist hoch und fällt oft im Rahmen verschiedener Projekte oder in
unterschiedlichen Institutionen mehrfach an. Die gesammelten Daten können
effizienter genutzt werden, wenn sie mehreren Projekten gleichzeitig zur
Verfügung stehen, so dass Synergien erzeugt werden.
Das Swiss Experiment (SwissEx) ist eine Initiative des
Competence Centre Environment and Sustainability (CCES) unter der Leitung des
WSL/SLF und wurde ins Leben gerufen, um eine Plattform für die Einrichtung
eines breit angelegten Sensorennetzwerks und das Auffinden und Nutzen von
Informationen zu schaffen. Umfangreiche finanzielle Unterstützung durch externe
Organisationen, insbesondere durch das NCCR-MICS, ermöglichen diese Plattform.
Abbildung 1: Microsoft Research ist einer der Sponsoren des SwissEx
und entwickelt das Tool SensorMap für den Zugriff auf Geodaten. Microsoft SensorMap stellt einen
zentralen Zugriffspunkt zur Verfügung, von dem aus Datensammlungen aller
Institutionen abgerufen werden können.
SwissEx ist eine Kooperation von Forschungsprojekten
(vom CCES und anderen Institutionen in der ganzen Schweiz) in den Bereichen
Umweltwissenschaften und Technologie und verbindet Feldexperimente mit einer
gemeinsamen, modernen und anwendungsübergreifenden Cyber-Infrastruktur in einem
bisher unbekannten Ausmass. So werden die gemeinsame Anschaffung und Nutzung von
Technologie ermöglicht und der Austausch von Daten sowie die Aufarbeitung von
Wissen durch modernste Datenbankkonzepte und leistungsfähige Infrastruktur für
die Datenverarbeitung gefördert. Durch die mehrfache Nutzung von Daten will
SwissEx eine Brücke zwischen traditionellen Wissenschaftsbereichen schlagen und
wissenschaftliche Erkenntnisse im Rahmen interdisziplinärer Prozessinteraktionen
erweitern. Diese Verknüpfungen sollen letztlich in breit angelegten
Sensornetzen genutzt werden, so dass Umweltgefahren sich besser prognostizieren
lassen und entsprechende Warnungen herausgegeben werden können.
Die Herausforderung hat drei Aspekte:
- Wissenschaftlich: Die Nutzung eines übergreifenden Systems für die Sammlung von
Daten (für eine umfassende Palette von Parametern sowie ein breites räumliches
und zeitliches Spektrum) und zur Unterstützung der Validierung und
Interpretation von Daten.
- Technologisch: Die Implementierung einer grossen Zahl von Sensoren mit
unterschiedlichen Anforderungen an Datenraten, Auflösungen, integrierte
Intelligenz, Kosten, Datenerfassung, Streaming, Speicherung, Sicherheit,
Genehmigung usw.
- Wissensmanagement: Aufzeichnen des Sammelszenarios, der Methoden, Orte und
Zeiten der Datenerfassung und der Weiterverarbeitung neben den Echtzeitdaten,
so dass Wissenschaftler die Möglichkeit haben, effizient nach den von ihnen
benötigten Daten zu suchen.
Weitere allgemeine Informationen über SwissEx finden
Sie auf der Website SwissEx wiki www.swiss-experiment.ch.
Swiss Experiment am SLF
Neben der Tatsache, dass das Management von SwissEx
beim SLF in Davos angesiedelt ist, spielt SwissEx eine zentrale Rolle bei der
Verbesserung der Infrastruktur für experimentelle Daten in Davos. Nicht zuletzt
bringt es zusätzliche Sensoren ein, die im Rahmen von SwissEx entwickelt werden
und die die zeitliche und räumliche Auflösung der verfügbaren Daten verbessern
werden.
Die Experimente in Davos im Winter 2009 werden sich
auf die Regionen Wannengrat und Dorfberg konzentrieren. Die für die Projekte
verfügbare Messausrüstung ist in Abb. 2 dargestellt.
Abbildung 2: Alle oben dargestellten Sensoren werden
dem Projekt über ein zentrales Datenportal zur Verfügung stehen. Das bedeutet,
dass Sensorennetze unterschiedlicher Grössen gleichzeitig für die
Datenverarbeitung in Echtzeit und für die direkte Übernahme in Modelle genutzt
werden können.
Öffentlich verfügbare Sensordaten aus dem Projekt Swiss
Experiment finden Sie hier.
Radar-Daten aus Davos finden Sie hier.
Ein Beispiel für die mögliche Nutzung der
Datensammlung
Für die Überprüfung und Weiterentwicklung von Triebschneeablagerungsmodellen
müssen wir wissen, wo der Schnee fällt und welchen Transportmechanismen er
ausgesetzt ist. Die Verteilung des Niederschlags liefert das Radar. Die
meteorologischen Parameter stehen aus der Kombination von IMIS-Stationen,
festen Wetterstationen und SensorScope-Stationen zur Verfügung, und die
aktuellen Informationen über den vom Wind neu verteilten Schneemengen erhalten
wir von Laser-Scannern. Aufgrund der unterschiedlichen Grössen der
meteorologischen Messmittel stehen Überprüfungsdaten zur Verfügung, mit denen
man die Messungen des dichten Netzes auf der Basis breiter angelegter Messungen
und der Topographie verifizieren kann. Dies ist die Grundlage für das Projekt
„SwissEx Science“.
Die hochauflösenden Messungen der Schneetiefe, die mit
Laser-Scannern am Wannengrat vorgenommen werden, stehen auch anderswo zur
Verfügung. Das innovative an den Messungen am Wannengrat ist jedoch, dass sie
routinemässig durchgeführt werden, so dass sich Zeitreihen erstellen lassen.
Aus diesen Zeitreihen können wir nicht nur die Neuverteilung von Schnee
erkennen, sondern auch die Entwicklung der Verteilung, wenn der Schnee
schmilzt. In Verbindung mit der eingehenden Strahlung, Lysimetern,
Schneewasseräquivalent-Messungen und den Abflussmessungen aus der darunter
liegenden Abflussmessstation bieten diese Daten Schneehydrologen die
einzigartige Möglichkeit, das Ansammeln von Wasser minutengenau zu messen.
Präzise Messungen der Schneedecke und der
Sonneneinstrahlung ermöglichen Pflanzenökologen, die Veränderungen der
Biodiversität im kleinen Massstab auf der Grundlage der Dauer der
Schneebedeckung zu betrachten.
Die konstanten, hochauflösenden Messungen von Wetter-
und Schneetiefeparametern liefern wertvolle Informationen für Lawinenforscher.
Diese Informationen ergänzen die manuell vorgenommenen Messungen des
Schneeprofils, die am Wannengrat vorgenommen werden und ermöglichen eine
detaillierte Einschätzung der räumlichen und zeitlichen Stabilität der
Schneedecke.
Wo hoch auflösende Windfeldmessungen durchgeführt
werden, lassen sich nicht nur Schneeverwehungen charakterisieren.
Wissenschaftler am WSL/SLF und an der ETHZ, die Bodenerosion durch Wind
untersuchen, werden diese Messungen auch nutzen können, um die Verteilung von
Sand am Standort zu untersuchen.
Messanwendung 6
Die Zentralisierung dieser ganzen Messausrüstung
liefert ausserdem eine Sammlung von Daten, die für die Entwicklung und Prüfung
neuer Sensoren verwendet werden können. Das Radar, der Prototyp eines neuen
energiesparenden Distrometers, ein neuer Anemometer und das Hydrosys-System
gehören alle zu den Beispielen von neuen Sensorentwicklungen, denen diese
dichte Messinfrastruktur zugute kommen wird.
Die oben erwähnten Messungen sind keine erschöpfende
Aufzählung der Anwendungsbeispiele für die Messungen am Wannengrat. Zudem
werden Messungen am Weissfluhjoch und am Dorfberg, die auch weiterhin
regelmässig vom SLF durchgeführt werden, die Arbeiten im Bereich
Schneeforschung und Sensorentwicklung unterstützen. All diese Daten werden in einer
Infrastruktur zentralisiert, in der die Daten mühelos erforscht und unter den
Standorten, in der Region Davos, in der Schweiz und darüber hinaus verglichen
werden können.
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