Abschätzung der Schneeumverteilung für die hydrologische Modellierung alpiner Abflüsse
Ziel dieses Projektes ist es, die Herausforderungen der großskaligen Modellierung der Schneedecke im Hochgebirge zu identifizieren und zu beurteilen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Erfassung der Variabilität der Schneedecke in hydrologischen Modellen. Einer der wichtigsten Faktoren für diese Variabilität ist die Umverteilung durch Wind und Lawinen, die den Schnee über mehrere Meter bis Kilometer umlagern können. Die Schwierigkeit im Hochgebirge liegt in dem Mangel an repräsentativen Messstationen für die Erfassung meteorologischer Daten und für die Messung der Schneedecke. Für die Modellierung muss man also auf andere Produkte wie interpolierte Niederschlags- und Temperaturdatensätze, Produkte aus der Fernerkundung oder historische Karten für die Gletscherflächen zurückgreifen. Da die hydrologische Modellierung stark von der Qualität der Eingangsdaten abhängt, stellt die Datenerfassung und überprüfung einen zentralen Bestandteil des Promotionsvorhabens dar.
Eine ausführliche Literaturrecherche zeigte, dass die Schneeumverteilungsprozesse durch Wind und Lawinen in physikalisch-basierten hydrologischen Modellen gut abgebildet werden. Für die konzeptuellen Modelle hingegen wurden nur wenige Schneeumverteilungsmodelle gefunden, und durch Wind verursachter Schneetransport wird gar nicht berücksichtigt. Konzeptuelle Modelle werden in der Hydrologie häufig verwendet, weil sie weniger Eingangsdaten wie die physikalisch-basierten Modelle brauchen. Daher besteht ein großer Bedarf an Forschung für die Entwicklung solcher Modelle. Das Potential von Satellitenbildern für diesen Zweck wird als hoch eingeschätzt.
Die Abflussmodellierung von 49 Kopfeinzugsgebieten des Rheineinzugsgebietes über 106 Jahre mit dem konzeptuellen hydrologischen HBV-Modell zeigte die Notwendigkeit der Einführung einer Schneeumverteilungsroutine für hydrologische Modellierungen. Die ohne Schneeumverteilung modellierte Schneedecke konnte im Laufe des Sommers in den Lagen über 2500 m. ü.NN nämlich nicht vollständig abschmelzen. Somit bildeten sich im Modell in allen Gebieten Schneetürme, welche der Realität nicht entsprechen. Diese Schneetürme speichern Wasser, das für die Abflussbildung nicht mehr zur Verfügung steht. Durch die Einführung eines einfachen Schneeumverteilungsmodules, das nur die Massentransporte durch Lawinen berücksichtigt, konnte die Bildung von Schneetürmen im Modell vermindert werden und die Abflussmodellierung wurde somit realistischer.
Die großskalige Schneeumverteilung in den Alpen ist nicht nur für die Abflussmodellierung wichtig, sondern kann auch helfen, wichtige Fragen zur Lage der heutigen Gletscher zu beantworten. Mit hoher Wahrscheinlichkeit befinden sich die Gletscher bevorzugt dort, wo sich der Schnee durch Umverteilungsprozesse dauerhaft akkumuliert. Dadurch kann die Analyse von Gletscherdaten zu einem besseren Verständnis der Schneeumverteilungsprozesse beitragen. Es wurden Gletscherflächendaten aus den Jahren 1850, 1900, 1940, 1973, 2003 und 2010 gesammelt und, wenn nötig, digitalisiert. Die Gletscherflächenänderungen wurden für den Zeitraum 1850 2010 für 998 Gletscher in der Schweiz berechnet. Die Gletscherflächenänderung wurde dann durch die Anpassung verschiedener physiographischer und klimatischer Prädiktoren mit einem Generalized Linear Model vorhergesagt. Das angepasste Modell konnte mehr als 73% der Varianz erklären und die Analyse der Prädiktoren zeigte, dass steile Hänge oberhalb eines Gletscherkörpers mit einem kleineren Gletscherrückgang korrelieren. Es ist ein Hinweis dafür, dass Schneeumverteilungsprozesse eine wichtige Rolle für die Gletscherentwicklung spielen.