Fernerkundung - Der Blick von oben

Flugzeug- und satellitengestützte Fernerkundungssensoren können zusammenhängende Daten über grosse Flächen auch in unzugänglichen Gebieten aufnehmen. Diese Eigenschaften machen sie zu einem wertvollen Werkzeug für die Schnee- und Naturgefahrenforschung. 
Fernerkundungsinstrumente lassen sich grob in drei Gruppen unterteilen:

Optische Sensoren (passiv) messen das an der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht in verschiedenen Wellenlängen und können so interessante Informationen über physikalische und chemische Eigenschaften der Oberfläche von Objekten erfassen. Solche Daten sind meist relativ einfach interpretierbar und haben eine sehr hohe räumliche Auflösung, allerdings sehen diese Sensoren nicht durch Wolken hindurch und können deshalb nicht bei schlechtem Wetter eingesetzt werden.

Radar Sensoren (aktiv) senden Radarwellen aus und messen den Anteil, welcher an der Erdoberfläche reflektiert wird. Radarwellen können Wolken durchdringen und auch bei schlechtem Wetter Daten erfassen. Zudem dringen die längeren Wellen auch in Materialien wie Schnee ein und liefern so wichtige Informationen über tiefer liegende Schichten. Allerdings sind Radardaten relativ schwierig zu interpretieren, hier besteht noch Forschungsbedarf.

LiDAR Sensoren (aktiv) senden Wellen im sichtbaren oder nahinfraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrum aus und messen die Laufzeit bis zur Erdoberfläche und zurück. Daraus lassen sich sehr präzise Modelle der Geländeoberfläche erstellen. Diese Technologie kann aber nur von Flugzeugen und Helikoptern aus eingesetzt werden und beschränkt sich deshalb auf kleinere Flächen.

Das SLF setzt Fernerkundungssensoren unter anderem für folgende Anwendungen und Forschungsfragen ein:

Digitale Geländemodelle

DEM (digitale Geländemodelle) und DSM (digitale Oberflächenmodelle) sind die Grundlage für die numerische Simulation von Massenbewegungen wie Lawinen, Murgänge oder Steinschlag mit RAMMS (Christen et al. 2010) und für viele weitere Forschungsanwendungen. Wir erforschen verschiedene Technologien zur Herstellung von präzisen Geländemodellen im Hochgebirge wie LiDAR oder photogrammetrische Bildkorrelation. In den alpinen Testgebieten Wannengrat, Davos und Dorfbach, Mattertal testen wir verschiedene Methoden zur Herstellung von Geländemodellen und überprüfen deren Genauigkeit. Wir untersuchen ausserdem die Auswirkungen der Geländemodellqualität und Auflösung auf Simulationsresultate (Bühler et al. 2011).

Kartierung von Lawinen

Aktuelle Informationen über Lawinenniedergänge sind essenziell für die Lawinenwarnung und Lawinenforschung. Nach Extremereignissen wie dem Winter 1999 können Fernerkundungssensoren eingesetzt werden um die Ereignisse grossflächig zu kartieren. Dabei sind vor allem die Auslaufdistanz, die Anrisszonen und die Ablagerungshöhen von grossem Interesse. Mit neu entwickelten Verfahren zur automatisierten Erkennung von Lawinenkegeln können die riesigen Datenmengen effizient und schnell ausgewertet werden (Bühler et al. 2009). Diese Informationen sind auch für die Evaluation und Kalibration der Lawinendynamik-Modellen wichtig.

Kleinräumige Variabilität der Schneehöhe

Informationen über die Schneehöhe und ihre räumliche Variabilität sind relevant für zahlreiche Anwendungen in der Schnee- und Lawinenforschung, zum Beispiel für Untersuchungen zur Lawinenbildung oder Schneeverteilung (Schweizer et al. 2008) sowie für die Hydrologie (Lehning et al. 2006). Heute wird die Schneehöhe vorwiegend durch Punktmessungen an Stationen oder von Beobachtern erhoben, diese Methoden können aber die räumliche Variation im Alpinen Gelände nicht erfassen. Wir testen fernerkundungsbasierte Methoden zur grossflächigen, kontinuierlichen Erhebung der Schneehöhe und evaluieren deren Potential für die Einbindung in bereits existierende Dienstleistungen wie die Lawinenwarnung oder die Abflussvorhersage.

Dreidimensionale Darstellung der Schneehöhe abgeleitet aus flugzeuggestützten Scannerdaten im Raum Wannengrat, Davos GR.

Kartierung von Schneetypen

Die Reflexion der Sonnenstrahlen im Nahinfrarot reagiert stark auf Schnee-Eigenschaften wie die Korngrösse (Warren 1982). Insbesondere grobkörniger Altschnee und angefeuchteter Schnee erscheinen deutlich dunkler im Bild als zum Beispiel feinkörniger Triebschnee. Deshalb können optische Fernerkundungsinstrumente genutzt werden um verschiedene Schneetypen zu unterschieden (Dozier et al. 2009). Wir testen sowohl flugzeug- wie auch satellitengestützte Instrumente auf ihre Eignung für die Schneetypenkartierung.

Derselbe Ausschnitt einer schneebedeckten Fläche einmal für unser Auge sichtbar und einmal im Nahinfrarot (für unser Auge unsichtbar).

Kontakt

• Dr. Yves Bühler

  Organisationseinheit	Lawinen und Prävention Lawinendynamik und Risikomgmt
  Tel:	+41 81 4170 163
  Fax:	+41 81 4170 110
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  E-Mail:	,
  Web:	http://www.wsl.ch/info/mitarbeitende/buehlery