Verwendung von Schneehöhendaten zur Minimierung des Niederschlagsmessfehlers

In Gebirgsräumen wie den Alpen fällt ein signifikanter Teil des jährlichen Niederschlages als Schnee. Die zeitliche Abfolge von der Wasserspeicherung in der Schneedecke und die Freisetzung von Schmelzwasser prägt die Hydrologie von alpinen Einzugsgebieten und bestimmt eine Vielzahl von ökologischen, gesellschaftlichen und ökonomischen Aspekten. Operationelle Dienstleistungen wie Straßenwartung, Hochwasserwarnsysteme und Lawinenwarnung, aber auch die Stromerzeugung aus Wasserkraft und der Skibetrieb sind auf genaue Kurzzeit-Vorhersagen von Schneehöhen und dem entsprechenden Wasseräquivalentes des Schneefalls angewiesen. Generell ist eine wachsende Nachfrage für Niederschlagsdaten in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu verzeichnen. Dennochbleibt die Erstellung von exakten Niederschlagskarten beruhendnur auf Niederschlagsmessungen und der räumlichen Information aus Fernerkundungsverfahren vor allem für Schneeniederschläge schwierig. Niederschlagsmessungen mit herkömmlichen Pluviometern sind je nach Witterungsbedingungen mit einer Unterschätzung des festen Niederschlages um bis zu 50 % behaftet. Die Verwendung von Schneehöhendaten anstelle von Niederschlagsmessungen erscheint fortschrittlich, jedoch braucht es eine Messung, Annahme oder Berechnung der Neuschneedichten für die Umrechnung von Schneehöhen in Schneewasseräquivalent. Dabei ist die zeitliche und räumliche Variabilität von Neuschneedichten noch nicht zur Gänze verstanden. Im Projekt pluSnow werden äußerst genaue Schneehöhenmessungen mit Niederschlagsdaten in Verbindung gebracht, um den Fehler des festen Anteiles des Niederschlages in herkömmlichen Pluviometer-Messungen zu minimieren. Dabei wird vertiefend i) auf den Unterschied zwischen dem Wasseräquivalent des Neuschnees und dem gemessenen Winterniederschlag eingegangen, ii) dabei der Zusammenhang zwischen Neuschneedichte und meteorologischen Messwerten sowie Analysedaten untersucht und iii) eine Methode zur Verbesserung der Niederschlagsmessung im Hochgebirge unter Einbezug von Schneehöhenmessungen erarbeitet. Die Analysen werden auf Basis eines Datensatzes von 55 automatischen Wetterstationen (TAWES) der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), welche mit Lasersensorik zur Messung von Schneehöhen ausgestattet sind, durchgeführt. Neuschneedichten werden auf Basis von sehr genauen Schneedichtemessungen in Verbindung mit meteorologischen Daten an 4 Wetterstationen, welche sehr gut hinsichtlich ihrer Repräsentativität für verschiedene Witterungsbedingungen in den Alpen verteilt sind, analysiert. Das Projekt pluSnow wird zu der bereits stark fokussierten Forschung für weltweit bessere Messungen des festen Niederschlages beitragen. Die Resultate ermöglichen eine genauere Analyse der Alpinen Klimatologie speziell des Winterniederschlages. Die Untersuchung ermöglicht eine Minimierung des Messfehlers in der Niederschlagsmessung mit konventionellen Pluviometern durch Einbindung von Messungen der Neuschneehöhen in die Analyse von Niederschlagsdaten. Damit führt das Projekt zur Verbesserung von meteorologischen Analyseprodukten sowie von Nowcast und Kurzzeit-Vorhersage.

Das Projekt pluSnow zielt darauf ab, präzise und zeitlich hoch aufgelöste Schneehöhenmessungen und Niederschlagsdaten zu kombinieren, um den Zusammenhang zwischen Schneehöhenzuwachs und gemessenem Niederschlag an automatischen Wetterstationen im Detail zu untersuchen. Als erstes Ergebnis konnte eine hohe Korrelation zwischen stündlichen Daten des optischen Schneehöhensensors SHM30 (G. Lufft Mess- und Regeltechnik GmbH) und gemessenen Niederschlagsdaten festgestellt werden. Dieser Sensor ist an über 80 automatischen Wetterstationen der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) montiert und liefert auch bei Schneefall eine Milimeter-genaue Schneehöhe. Um die Neuschneehöhe in flüssigen Niederschlag umrechnen zu können muss die Neuschneedichte bekannt sein. Aus der kombinierten Analyse von Schneehöhen- und Schneewasseräquivalentmessungen an vier Bergstationen wurde eine durchschnittliche Dichte des Neuschnees für stündliche Schneefalldaten von 68 9 kgm berechnet. Diese mittlere Neuschneedichte liegt erheblich unter der für die tägliche Schneefallmenge häufig verwendeten Näherung von 100 kgm. Die Schwankungen der Neuschneedichte um diesen Mittelwert konnten mit den bisher am Stationsstandort gemessenen meteorologischen Daten nicht erklärt werden. Ein umfassender Vergleich des Wasseräquivalents von korrigierten Neuschnee- und Niederschlagsmessungen einer großen Anzahl automatischer Wetterstationen zeigt, dass der Zusammenhang zwischen den Änderungen der Schneehöhe und gemessenen Niederschlag sehr standortspezifisch ist. Somit ist eine globale Berechnung der Korrekturfaktoren des Winterniederschlags mittels optischer Schneehöhendaten und neuer Schneedichtealgorithmen nicht für alle Stationen anwendbar, scheint jedoch nützlich zu sein, um die Unterschätzung der gemessenen Winterniederschläge bei einer Reihe von automatische Wetterstationen zu korrigieren. Im Allgemeinen sind Verbesserungen der Modellierung der Schneedecke die Grundlage für eine Reihe von Anwendungen in Betriebsservices, wie z. B. Verkehrserhaltung, Echtzeit-Hochwasserwarnsysteme für hydrologische Services und Lawinenwarnung, aber auch Wasserkraftunternehmen und Skigebiete, die alle darauf abzielen Verbesserung der öffentlichen Sicherheit und des nachhaltigen Umgangs mit Ressourcen. Das Projekt zeigt, dass die Messgenauigkeit des optischen Sensors ausreicht, um die Änderungen der Schneehöhe für den Vergleich mit den Niederschlagsdaten zu analysieren, und dass stündliche Werte für Neuschneedichten aus bestehenden schneehydrologischen Messungen berechnet werden können. Im Rahmen des pluSnow-Projektes wurde eine die detaillierte Stationsanalyse und eine Weiterentwicklung eines Schneemodells umgesetzt, welches von der ZAMG und Partnern für verschiedene Anwendungen in Österreich operationell eingesetzt wird.