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Wie viel schneit es wirklich, wenn es schneit?

Bei Schneefall wir die Niederschlagsmenge oft unterschätzt. Die Meteorologie arbeitet an Methoden zur genaueren Messung, die bereits zum Einsatz kommen. Quelle: ZAMG/Pitztaler Gletscher

Niederschlag, der in flüssiger Form als Regen auf die Erde fällt, lässt sich mit relativ hoher Genauigkeit messen. Sobald es sich allerdings um Schneefall handelt, treten unterschiedliche Schwierigkeiten auf. Für Gebirgsregionen ist die Schneemenge eine wichtige Information, sei es, um Lawinengefahr einzuschätzen, Straßenräumungen zu planen oder Schmelzwassermengen zu bestimmen, die großen Einfluss auf die Stromerzeugung mittels Wasserkraft haben. Zur Bestimmung von Schneemengen werden unterschiedliche Methoden angewandt, von der händischen Messung durch Schneebeobachter bis hin zu vollautomatischen Messstationen, mit jeweils verschiedenen Vor- und Nachteilen. An exponierten Punkten, wo starker Wind weht, sind automatisierte Messungen des Niederschlages sowie der Schneehöhe teils unzuverlässig.

Händische Messungen werden üblicherweise nur einmal täglich durchgeführt. Die österreichische Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) unterhält über ganz Österreich verteilte, automatisierte Stationen zur Messung der Schneehöhe. Diese wurden in den vergangenen Jahren durch optische Schneesensoren ergänzt, die mit Laser arbeiten und die Schneehöhe alle zehn Minuten messen können. Werden die Daten der Niederschlagsmessung mit Messungen des Wetterradars kombiniert, kann die gesamte Niederschlagsmenge in einer bestimmten Region bestimmt werden. Doch die Ergebnisse sind besonders im Winter ungenau. Der Hydrologe und Meteorologe Kay Helfricht aus Innsbruck hat nun mit Mitteln des vom Wissenschaftsfonds FWF verwalteten Gottfried und Vera Weiss-Stiftungsfonds die Daten von Laser-Messstationen für die Schneehöhe analysiert, um Fehler aufzuspüren und zu korrigieren.

Schnee setzt sich

„Dass bei Schneefall die tatsächliche Niederschlagsmenge generell unterschätzt wird, weiß man“, erklärt Projektleiter Helfricht. „In Standardprodukten zur Bestimmung der Niederschlagsverteilung wird der Messwert daher mit Korrekturfaktoren multipliziert.“ Der Fehler rührt etwa daher, dass der Schnee am beheizten Messgerät verdampft oder mit dem Wind daran vorbeigeweht wird. Um aus der Neuschneehöhe die Niederschlagsmenge zu berechnen, muss die Dichte des Schnees bekannt sein. Doch diese ist ebenfalls schwierig zu bestimmen. „Die Dichte von Neuschnee kann stark variieren. Sie schwankt hauptsächlich zwischen 50 und 150 Kilogramm pro Kubikmeter“, sagt Helfricht. Es gibt Abschätzungen der Variation der Neuschneedichte beruhend auf Daten der Schneebeobachter. Allerdings seien auch diese Werte nicht ausreichend genau, so der Forscher: „Die täglichen Messungen werden nicht zwingend während des Schneefalls durchgeführt. Der Schnee kann sich bis zur Messung also aufgrund von Wärme, Auflast oder Sonneneinstrahlung wieder setzen.

Zu wenig Niederschlag an Messstationen

Wie Fehler bei der Niederschlagsmessung korrigiert werden könnten, wurde schon in internationalen Studien untersucht, doch auch diese Arbeiten beruhen nur auf einzelnen, entsprechend gut ausgestatteten Messstationen. Kay Helfricht ging einen Schritt weiter und untersuchte systematisch über 70 mit Lasermessgeräten ausgestattete Wetterstationen der ZAMG. Es gelang ihm, die aktuelle Niederschlagsmenge aus den Schneehöhendaten zu berechnen und dafür die geringen Zeitintervalle von einer Stunde oder weniger zwischen den Messungen zu nutzen. Danach konzentrierte sich der Meteorologe auf Stationen, die häufig falsche Ergebnisse liefern. Diese Beobachtung machte Helfricht bereits während seiner Dissertation, die sich um die Modellierung der Schneedecke im Hochgebirge drehte: „Ich wurde darauf aufmerksam, dass die Niederschlagsmessung vor allem an sehr exponierten Stationen nicht gut funktioniert. Dabei gibt es Stationen, bei denen man den Eindruck gewinnt, dass sie keinen repräsentativen Niederschlag für das Gebiet messen.“

Ein Großteil der systematisch zu niedrigen Messungen lässt sich im Prinzip gut korrigieren, erklärt Helfricht. Ob und wie das für jede der untersuchten Stationen möglich ist, konnte in dem Projekt gezeigt werden. Das ist wichtig für all jene Anwendungen, die das Wetterradar nutzen, um Neuschneemengen zu simulieren. Die Messungen der Reflektivität in der Luft werden dabei mit den Messungen des Niederschlages am Boden in Verbindung gebracht. Sind Letztere falsch, überträgt sich der Fehler auf das ganze Gebiet. Helfricht arbeitete bei diesem Projekt eng mit der ZAMG zusammen, die die Ergebnisse nutzt, um die Qualität der Niederschlagsmessungen weiter zu verbessern.

Wissenschaftspreis

Der Gottfried und Vera Weiss-Preis der gleichnamigen Stiftung wurde 2015 ins Leben gerufen. Der Preis wird vom FWF verwaltet und jährlich vergeben. Abwechselnd werden damit Projekte aus Meteorologie und Anästhesie ausgezeichnet.


Zur Person

Kay Helfricht ist Projektleiter am Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck. Der studierte Meteorologe und Geophysiker interessiert sich für Hydrologie und Meteorologie im Gebirge, die Massenbilanz und Dynamik von Gletschern und die Analyse der Schneedecke am Boden sowie aus der Luft.


Publikationen

Helfricht, K., Hartl, L., Koch, R., Marty, C., & Olefs, M.: Obtaining sub-daily new snow density from automated measurements in high mountain regions, in: Hydrology and Earth System Sciences, 22, 2018
Helfricht, K., Hartl, L., Koch, R., Marty, C., & Olefs, M.: Investigation performance and correlation of ground-based snow depth and precipitation measurements, in: (Montana State University Library, Ed.), International Snow Science Workshop Proceedings 2018 (pdf)

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