Von der Luftaufnahme zur präzisen Schneehöhe

Forschende des SLF haben detailliert Schneehöhen auf einer grossen Fläche kartiert. Das neue Verfahren liefert wichtige Grundlagedaten.

Es muss nicht immer der Laser sein, manchmal genügt auch ein Fotoapparat. Forschende des SLF haben jetzt das Paradigma widerlegt, die Höhe der Schneedecke liesse sich aus der Luft lediglich mit Hilfe von Laserscannern genügend genau bestimmen, sagt Yves Bühler, Leiter der Forschungsgruppe Alpine Fernerkundung am SLF: «Wir waren selbst überrascht, dass wir Schnee mit Hilfe von Fotos aus dem Flugzeug in sehr hoher Auflösung so genau kartieren können.» Fotogrammetrie heisst diese Methode. Für ein Gebiet bei Davos, von Klosters im Norden bis zum Piz Fourun im Süden, mit dem Dischma-Tal im Zentrum und einer Fläche von rund 250 Quadratkilometern haben die Wissenschafterinnen und Wissenschafter die Schneedecke kartiert, dies mit einer Auflösung von einem halben Meter und einer Genauigkeit von fünfzehn Zentimetern, wie der Vergleich mit Messungen von Drohnen aus und mit der Hand zeigte.

Schneehöhen im Dischmatal (Davos, Schweiz) im Jahr 2020 (6. April 2020). (c) Yves Bühler / SLF

Genau Schneedaten sind eine wichtige Grundlage für die Vorhersage von Naturgefahren wie Lawinen und Hochwasser. Aber auch, um die Schneelast auf Dächern zu bestimmen. Energieversorger greifen ebenfalls auf solche Ergebnisse zu. «Unsere Daten helfen, Modelle zu verbessern, die zeigen, wie viel Wasser in der Schneedecke steckt», erklärt Bühler. Das sei wichtig für den Betrieb von Wasserkraftwerken. Zudem könnten Forschende geeignete Standorte für Wetterstationen bestimmen, deren Messergebnisse sie dann für die gesamte Umgebung hochrechnen.

Weiterer Vorteil der Methode: Sie spart Geld. Für Fotogrammetrie bewegen sich Flugzeuge in einer Höhe von rund 6000 Metern, sagt Bühler: «Mit Laserscannern müssen sie deutlich niedriger und langsamer fliegen.» Andere Ansätze halten ebenfalls nicht mit. Drohnen eignen sich nur für kleine Areale von vier bis fünf Quadratkilometern, Satellitendaten sind bislang zu ungenau.

Dem SLF liegen für das Untersuchungsgebiet mittlerweile die flächendeckenden Schneehöhen seit dem Jahr 2010 bis heute vor. Dieser langjährige Datensatz ist einmalig. Aufgenommen hat die Bilder das Ingenieurbüro Flotron im Auftrag des SLF jeweils Ende März beziehungsweise Anfang April, wenn die Schneehöhe in höheren Lagen in der Region Davos am grössten ist. Die Flugzeuge waren mit Vermessungs-Kameras bestückt. «Im Prinzip sind das herkömmliche Fotoapparate, nur mit einer extrem hohen Auflösung von 450 statt der im Privatbereich üblichen 24 Megapixel», erläutert Bühler. Im nächsten Schritt subtrahieren die Forschenden von einem Oberflächenmodell mit Schneebedeckung die Höhen eines schneefreien Oberflächenmodells. Die Differenz ist die Schneehöhe.

Die Messungen zeigen, dass die Schneehöhe zwar von Jahr zu Jahr variiert. Aber nur die absoluten Werte. «Relativ betrachtet, ist das Verhältnis der Schneehöhe von Punkt zu Punkt über die Jahre meist sehr ähnlich», weiss Bühler. Allerdings mit Ausnahmen: Zwischen manchen Jahren unterscheiden sich die Schneehöhen erheblich. Als mögliche Gründe führt er Lawinenabgänge und Schneeverfrachtungen an. Diese Differenzen sind für die Lawinenforschung spannend. Die Daten von Bühlers Team ermöglichen nun deren detaillierte Analyse.

In Davos wird das SLF in den kommenden Wintern weitere Flüge durchführen, um diese einzigartige Zeitreihe weiterzuführen. Zahlreiche Projekte nutzen die bisherigen Ergebnisse bereits, beispielsweise, um Modellrechnungen für die Gesamtschweiz zu validieren, sagt Bühler: «Zudem liegen uns bereits Anfragen vor, in weiteren Regionen mit dieser Methode grossflächig die Schneehöhe zu messen.»

Text: Jochen Bettzieche

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Yves Bühler, buehler@slf.ch, Tel. +41 81 417 01 63, https://www.slf.ch/de/mitarbeitende/buehlery.html

Originalpublikation:

Bührle, L. J., Marty, M., Eberhard, L. A., Stoffel, A., Hafner, E. D., and Bühler, Y.: Spatially continuous snow depth mapping by airplane photogrammetry for annual peak of winter from 2017 to 2021, The Cryosphere Discuss. https://doi.org/10.5194/tc-2022-65

Weitere Informationen:

https://www.slf.ch/de/news/2023/08/von-der-luftaufnahme-zur-praezisen-schneehoeh… Originalnews auf der SLF-Website
https://www.slf.ch/de/news/2023/08/von-der-luftaufnahme-zur-praezisen-schneehoeh… Zitate als Audiodateien
https://www.slf.ch/de/projekte/snow-depth-mapping-1.html Schneehöhenkartierung mit Luftbildern