Abb. 1: Nassschneelawinen am
Dorfberg oberhalb von Davos (Foto: W. Steinkogler/SLF).
Abb. 2: Regen
und oberflächliche Schmelze erzeugen Wasser in der Schneedecke. Wasser kann
sich stauen, die Festigkeit des Schnees nimmt drastisch ab und es kann zu
Lawinen kommen.
Abb. 3: Wasser kann Verbindungen von Schneekristallen verstärken (Saugkraft), wie
hier im Bild. Es kann die Verbindungen aber auch auflösen und somit schwächen
(Foto: C. Fierz/SLF).
Abb. 4:
Tracer-Experimente zeigen komplexe Fliesswege von Wasser in der Schneedecke (Foto: Ch. Pielmeier/SLF)
Der Frühling ist Nassschneelawinensaison.
Nassschneelawinen folgen typischerweise einer Periode hoher Lufttemperatur
(über Null Grad) und starker Strahlung im Frühling oder lösen sich während
Regenfällen (auch im Hochwinter). Sie können Infrastruktur, Siedlungsraum und
auch Menschen in den Bergen gefährden. Ungefähr jeder zehnte tödliche
Lawinenunfall in den Schweizer Alpen wird durch eine Nassschneelawine verursacht.
Im Unterschied zu Lawinen aus trockenem Schnee entstehen Nassschneelawinen
meist spontan; künstliche Auslösungen (z. B. durch Skifahrer) sind eher selten
und Lawinensprengungen generell weniger Erfolg versprechend.
Nassschneelawinen
bisher kaum erforscht
Die Mechanismen, die zur Entstehung von
Nassschneelawinen führen, sind bis heute nur wenig erforscht. Klar ist, dass
das Eindringen von Schmelz- bzw. Regenwasser und seine Wechselwirkung mit der
umgebenden Schneedecke deren Stabilität bestimmen. Um den Abgangszeitpunkt und
die Grösse von Nassschneelawinen abschätzen zu können, müssen sowohl die
meteorologischen Bedingungen als auch der Schneedeckenzustand berücksichtigt
werden. Messungen der Schneedeckeneigenschaften sind schwierig, da sich diese
schnell verändern, wenn Wasser eindringt. Die instabilen Verhältnisse, die
daraus resultieren, dauern oft nur kurz an, und es kann je nach Exposition,
Neigung und Höhenlage markante Unterschiede geben.
Radar
ermöglicht neue Messungen
Die Stabilität der nassen Schneedecke hängt
von der Menge an Wasser im Schnee ab. Ist nur wenig Wasser vorhanden, wirkt
dies sogar stabilisierend, da durch kapillare Kräfte die Schneekristalle
aneinander gebunden werden. Gelangt viel Wasser in die Schneedecke und wird es
an einer Schichtgrenze gestaut, zerstört es die Bindungen zwischen den
Schneekristallen und die Schicht wird instabiler. Wasser wird dabei nicht nur
oberhalb von Krusten gestaut, sondern auch beim Übergang von feinkörnigem zu
grobkörnigem Schnee (kapillare Barriere).
Es ist also wichtig, die Menge an Wasser und
seine Bewegung in der Schneedecke genau zu kennen. Wasser kann gleichmässig,
aber auch ganz unregelmässig in der Schneedecke abfliessen. Dieses komplexe
Stau- und Abflussverhalten erschwert die Platzierung von Messinstrumenten und
verkompliziert die numerische Simulation von Wasserbewegungen im Schnee.
Sensoren, die direkt im Schnee stecken, können ausserdem die Messung des
Wassergehaltes beeinflussen und somit ein falsches Bild erzeugen. Besser
geeignet sind im Boden vergrabene Radar-Geräte, die die Schneedecke von unten
her durchleuchten. Mit je einem Radar im Versuchsfeld Weissfluhjoch (2540 m)
und am Dorfberg (2240 m), oberhalb von Davos, kann so der Wassergehalt und die
Infiltrationsgeschwindigkeit bestimmt werden, ohne die Schneedecke zu
beeinflussen oder zu zerstören (s. Projekt "Beobachtung der
Schneeschichten mit aufwärtsschauenden Radarsystemen"). Bisher ist es
allerdings noch nicht gelungen, die Menge an Wasser in den einzelnen
Schneeschichten exakt zu berechnen.
Das Schneeprofil
bei nassem Schnee
Genau wie im trockenen Schnee ist auch im
nassen Schnee das Schneeprofil eine wichtige Untersuchungsmethode. Auswertungen
von Profilen aus eher instabilen Schneedecken und solchen aus Anrissen von nassen
Schneebrettlawinen haben gezeigt, dass häufig eine isotherme (vollständig auf
Null Grad aufgewärmte) Schneedecke sowie weiche, oft noch kantige Schichten und
ein hoher Wassergehalt anzutreffen sind. Wichtige Grössen wie die Menge an
Wasser in einer Schneeschicht sind ohne quantitative Messinstrumente aber
schwierig zu bestimmen. Verglichen mit objektiven Messmethoden wird der
Wassergehalt in der Schneedecke auch von erfahrenen „Schneeschmöckern“ gerne
überschätzt.
Je mehr
Energie, desto mehr Nassschneelawinen
Erst wenn die Schneedecke auf 0°C erwärmt wurde
und dann noch überschüssige Energie vorhanden ist, kann Schnee schmelzen. Entscheidend
für den Schmelzprozess ist also die Energiebilanz einer Schneedecke, d.h. wie
viel Energie in den Schnee gelangt bzw. wie viel er wieder an die Atmosphäre
verliert. Das Schneedeckenmodell SNOWPACK erlaubt zu analysieren, welche Bestandteile
der Energiebilanz die Schneeschmelze vor und während erhöhter
Nassschneelawinenaktivität am stärksten beeinflussen (Abb. 5). Der grösste
Energielieferant ist die Sonne mit ihrer kurzwelligen Strahlung. Energie
gelangt aber auch durch Austausch von Wärme aus der Luft in die
Schneeoberfläche. Diesersensible
Wärmestrom ist nicht einfach zu bestimmen, da er aus dem Zusammenspiel von Lufttemperatur,
Schneeoberflächentemperatur und Windgeschwindigkeit entsteht. Besonders anfangs
Frühling, wenn die Sonne noch nicht so stark scheint, kann diese Art
Energieeintrag den Beitrag der kurzwelligen Strahlung übertreffen. Schnee gibt
aber auch Energie ab, insbesondere als langwellige Strahlung. Ist der Himmel
wolkenlos, so verliert sich diese Abstrahlung der Schneedecke im Weltall und
ihre Oberfläche kann sich gegenüber der Luft stark abkühlen. Auch der latente
Wärmestrom, also die Energie, die nötig ist, um Schnee zu schmelzen oder zu
sublimieren, entzieht der Schneedecke Wärme. Grundsätzlich gilt: Je positiver
die Energiebilanz für die Schneedecke, desto höher die Wahrscheinlichkeit für Schmelze
und somit für Nassschneelawinen.
Gute Vorhersagen
bei Kombination von Strahlung, Lufttemperatur und Schneetemperaturen
Modelle für die Prognose von Nassschneelawinen
können grundsätzlich Werte der Energiebilanz oder gewöhnliche meteorologische
Messgrössen wie die Lufttemperatur verwenden. Beide Modellarten zeigen eine
ähnliche Vorhersagequalität. Die beste Trefferquote erfolgt in beiden Fällen,
wenn Informationen über den Energieeintrag (d.h. kurzwellige Strahlung,
Lufttemperatur) und Informationen über den Wärmehaushalt der Schneedecke (d.h.
Schneetemperaturen) miteinander kombiniert werden. Die Information zur
Schneedecke ist wichtig, um festzustellen, ob die überschüssige Energie noch
zum Wärmen der Schneedecke verbraucht wird oder ob schon Schnee schmilzt und Schmelzwasser
entsteht.
Abb. 5:
Modellierte Energiebilanz (weisse Linie) im April 2008 für einen 35° steilen
Südhang oberhalb von Davos. Schlägt die Kurve nach oben aus, geht die Energie
in die Schneedecke. Die orangen Balken zeigen die Sonneneinstrahlung, die roten
Balken den sensiblen Wärmestrom, die grauen Balken die langwellige Strahlung
und die blauen Balken den latenten Wärmestrom. Graue Hinterlegung stellt
Perioden mit hoher Nassschneelawinenaktivität dar.
Diese
Forschungsergebnisse wurden u.a. im Paper „Analysis of the snow-atmosphere energy
balance during wet-snow instabilities and implications for avalanche
prediction“ im Journal „The Cryosphere“ veröffentlicht (pdf paper).
