Räumliche Muster der Schneedeckenstabilität und ihre Ursachen
Meteorologische Prozesse – der Schlüssel zur Prognose räumlicher Stabilitätsmuster?
Schneebrettlawinen stellen im dicht besiedelten Alpenraum eine der wesentlichen Naturgefahren dar. Auf regionaler Stufe lässt sich diese Lawinengefahr heute recht zuverlässig vorhersagen. Es ist jedoch nach wie vor nicht möglich, genau zu prognostizieren, wo und wann eine Lawine abgehen wird. Für eine verlässliche Vorhersage ist es einerseits wichtig, zu beobachten, wie die Schneedecke vor Ort aufgebaut und wie stabil sie ist. Andererseits sollte bekannt sein, wie ihre Stabilität räumlich variiert.
Grundsätzlich ist es denkbar, die räumlichen Variationen im Gelände mittels Fernerkundungsmethoden vom Satelliten oder einer dreidimensionalen Modellierung der Schneedecke zu bestimmen. Beide Ansätze sind bisher jedoch nicht so weit entwickelt, dass sie bereits angewandt werden könnten. Mittels Fernerkundung lässt sich die Stabilität der Schneedecke nicht direkt bestimmen, und die Anforderungen an die Modellierung sind heute noch zu komplex. Um die räumlichen Muster der Schneedeckenstabilität modellieren zu können, muss bekannt sein, wie diese Muster aussehen und wie Niederschlag, Wind und Strahlung sie verursachen. Erst dann wird es möglich sein, aufgrund des Witterungsverlaufs abzuschätzen, wie die Schneedecke und damit die Schneedeckenstabilität in einer bestimmten Situation variieren könnte.
Details zum Projekt
Projektdauer
2016 - 2016
Projektleitung
Messkampagne hoch über Davos
Im Rahmen einer vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützten Dissertation gingen Forschende des SLF Mustern und Ursachen dieser räumlichen Unterschiede in der Schneedeckenstabilität auf den Grund. In einem kleinen Hochtal oberhalb von Davos, dem Steintälli, führten sie wiederholt Messkampagnen durch (Abbildung 1). Sie bestimmten mit terrestrischem Laser-Scannen die Schneehöhe und schätzten mittels Schneeprofilen und Stabilitätstests die Schneedeckenstabilität ab. Ausserdem massen sie mit dem SnowMicroPen (SMP) die Schichtung der Schneedecke, d. h. Änderungen im Eindringwiderstand; innerhalb eines Tages konnten sie so rund 150 Messungen durchführen. Zusätzlich lieferten mehrere Wetterstationen im Gebiet Daten für die Schneedeckenmodellierung.
Dem Forscherteam ist es erstmals gelungen, aus den SMP-Daten Informationen abzuleiten, die mit der Schneedeckenstabilität verknüpft sind. Sie entwickelten eine Methode, um den Stabilitätsindex und die kritische Risslänge aus dem Signal des Eindringwiderstandes abzuleiten. Beide Grössen sind eng mit den lawinenbildenden Prozessen, Bruchbildung und Bruchausbreitung, verknüpft und eignen sich deshalb gut zum Messen der Schneedeckenstabilität. Die Forscher überprüften die errechneten Werte dieser beiden Messgrössen mit Beobachtungen im Gelände (Abbildung 2).
Karten der Schneestabilität
Mithilfe eines geostatistischen Modells konnten die Forschenden schliesslich aus den Punktmessungen Karten für den Stabilitätsindex und die kritische Risslänge erstellen. Die wichtigste Grösse war hierbei die Exposition der Hänge, mit der – neben Schneehöhe oder Hangneigung – die Interpolation verbessert werden konnte. Mit anderen Worten, die Ausrichtung eines Hanges ist die wichtigste Geländeeigenschaft im Hinblick auf die Stabilität. Erstmals überhaupt bilden diese Karten die Schneedeckenstabilität in einer hohen Auflösung von etwa 1 m ab (Abbildung 3) und können nun für Vergleiche mit den Ergebnissen der Schneedeckenmodellierung verwendet werden. Es war nicht überraschend zu sehen, dass es einen Zusammenhang der mittleren Stabilität mit der Gefahrenstufe gibt, jedoch trotz gleicher Gefahrenstufe die räumlichen Verteilungen recht verschieden sein können.
In einem weiteren Schritt simulierten die Forscher mit dem am SLF entwickelten Modell Alpine3D, wie und unter welchen meteorologischen Bedingungen die Schneedeckeneigenschaften variieren. Trotz der Komplexität der Prozesse und eines zunächst einfachen Modellierungsansatzes konnten sie manche Muster bereits reproduzieren. Die gemessenen Variationen in der Schneedeckenstabilität liessen sich vor allem auf die Unterschiede in der Strahlungsbilanz und der Niederschlagsverteilung zurückführen. Für eine Fortsetzung dieses Projektes müsste der Modellierungsansatz verfeinert werden. Denn nur mit einer möglichst realitätstreuen Modellierung der Schneeverfrachtung lassen sich die für die Stabilität wichtigen Unterschiede in der Schneehöhe im Gebiet erfassen.
Räumliche Variation der Schneedeckenstabilität vorhersagen
Diese Forschungsergebnisse zeigen: Schneedeckenmodelle, die an hochaufgelöste meteorologische Wettermodelle gekoppelt sind, können die Lawinenvorhersage unterstützen. So sollte es in Zukunft möglich sein, nicht nur den Grad der Lawinengefahr (Gefahrenstufe), sondern auch die Variation der Gefahr zu beschreiben. Bis dies jedoch Realität wird, benötigt es noch einiges an Forschung: Schneemechanische Grössen und bruchmechanische Konzepte müssen in die Schneedeckenmodellierung eingeführt werden, und es ist eine sehr detaillierte Vorhersage meteorologischer Grössen im Gebirge nötig.