Beobachtung der Schneeschichten mit aufwärtsschauenden Radarsystemen

Ausgangslage

Für die Lawinenvorhersage, ist es wichtig, den Aufbau der Schneedecke zu kennen. Bisher liefern Schneeprofile Informationen über die verschiedenen Schneeschichten. Diese Profile zu erstellen ist jedoch zeitaufwendig und wegen der Lawinengefahr nicht immer und überall möglich. Ausserdem lässt sich so nicht verfolgen, wie die Schneedecke sich im Verlauf der Zeit verändert, weil die Schneeschichten beim Graben eines Schneeprofils zerstört werden.

Deshalb haben Forschende der Universität Heidelberg (in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven), der Fachhochschule JOANNEUM Kapfenberg in Österreich und des SLF im Versuchsfeld Weissfluhjoch und in der Nähe eines Lawinenzuges am Dorfberg spezielle Radars im Boden vergraben, die die Schneedecke zerstörungsfrei von unten nach oben durchleuchten. In Zukunft könnte ein derartiges Messsystem direkt in einem Lawinenzug vergraben werden, ohne selber von einer Lawine mitgerissen zu werden. Da die Lawinenhänge abgelegen und nicht immer zugänglich sind, müssen die Radare autonom funktionieren. Sie werden von einem sicheren Ort aus mit Solarstrom gespeist und senden die Daten von dort schnurlos zum SLF.

Abb. 1: Im Boden vergrabenes, eingeschneites Radar. Das Radar befindet sich im Kasten unter der Holzplatte.		Abb. 2: An einem sicheren Ort befinden sich der Schaltkasten, die Solarpanels und die Antenne um die Daten zum SLF zu senden. Die Kabel werden unterirdisch zum Radar gezogen

Erste Resultate

Im Winter 2010/2011 standen diese aufwärtsschauenden Radarsysteme zum ersten Mal während einer gesamten Saison im Einsatz. Wie die Daten zeigen (Abb. 3), eignen sich diese Systeme gut, um die absolute Schneehöhe zu messen (grüne Linie) und die Schneeschichten im Innern der Schneedecke und auch deren Veränderung zu verfolgen. Nach dem Schneefall vom 26. Januar sieht man zum Beispiel, wie sich die 30 cm Neuschnee innerhalb der nächsten 2 Wochen setzen, während die Mächtigkeiten der unteren Schichten beinahe konstant bleiben.

Auch die Durchfeuchtung der Schneedecke ist mithilfe der Radardaten gut sichtbar (Abb. 4). Am 22. März wird die Oberfläche zum ersten Mal angefeuchtet. Vom 23. März bis zum 1. April staut sich das Wasser auf einer Höhe von 1.4 m. Danach findet ein Schichtwechsel der Durchfeuchtung statt.

Ausblick

Das Radar ist das erste System, das interne Schneeschichten messen kann. Auch im Winter 2011/2012 stehen die beiden Radars wieder im Einsatz. Ziel ist es, anhand dieser Daten auch Dichte, Flüssigwassergehalt und dessen Tagesverlauf für jede Schneeschicht herleiten zu können. Geplant ist ausserdem, mit den Radardaten in Zukunft das Schneedecken-Modell SNOWPACK zu aktualisieren und verifizieren. Zum Beispiel könnte die Schneehöhe im Modell korrigiert werden, wenn Diskrepanzen aufgrund von Schneeverfrachtungen durch das Radar beobachtet werden.

Das Projekt wird im Rahmen des Programms D-A-CH von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Fonds für wissenschaftliche Forschung in Österreich (FWF) und dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gefördert.

Abb.3: Prozessierte Radardaten vom 26.01 – 22.02.2011, aufgenommen im Versuchsfeld Weissfluhjoch. Die grüne Linie zeigt die gemessene Schneehöhe (HS) aus den Radardaten. Die rötlichen Linien zeigen die Schneehöhen, gemessen mit zwei herkömmlichen Messgeräten (IMIS, Laser). Es sind zwei Schneefälle und dazwischen die Setzung des Schnees beobachtbar.
Abb. 4: Prozessierte Radardaten vom 22.03 – 08.04.2011, aufgenommen im Versuchsfeld Weissfluhjoch. Die grüne Linie zeigt die gemessene Schneehöhe (HS) aus den Radardaten. Die rötlichen Linien zeigen die Schneehöhen, gemessen mit zwei herkömmlichen Messgeräten (IMIS, Laser). Der Übergang von trockenem zu nassem Schnee weist eine starke Reflexion auf. Somit ist die fortschreitende Durchnässung des Schnees (von oben nach unten) gut sichtbar.