Entwicklung eines integralen Gletschermonitoringsystems

Gletscher sind sehr sensible Indikatoren für Klimaänderungen. Massenbilanzmessungen stellen eine wertvolle Datenbasis für die Erforschung der globalen Klimaänderungen dar. Das beantragte integrale Gletscher-Monitoring-System kombiniert Fernerkundungsmethoden mit Daten aus Feldmessungen. Dabei werden die Vorteile der Fernerkundung, die flächenhafte Aufzeichnung, und der Feldmessungen, die bessere zeitlich Auflösung und größere Genauigkeit, genützt. Das Modell wird mithilfe der Daten zweier Gletscher der Ötztaler Alpen, Hintereisferner und Kesselwandferner, entwickelt. Die Anwendbarkeit des Systems auf andere Regionen der Alpen wird am Sonnblickkees in den Hohen Tauern in Zusammenarbeit mit H. Slupetzky von der Universität Salzburg getestet. Für Hintereisferner und Kesselwandferner existiert eine sehr umfassende Datengrundlage. Diese beiden Gletscher sind daher als Testgebiete besonders geeignet. Direkte Massenbilanzmessungen, werden am Hintereisferner seit 1952, am Kesselwandferner seit 1965 durchgeführt. Eine große Anzahl historischer Karten, jährlich durchgeführte Messungen der Oberflächenfließgeschwindigkeit des Eises und der Oberflächenhöhe und die Daten einer nahe gelegenen Klimastation komplettieren den Datensatz. Seit August 2003 werden direkt am Gletscher zwei automatische Energiebilanzstationen betrieben, eine Akkumulationsgebiet und eine im Ablationsgebiet. Eine Webcam liefert Information über die Oberfläche des Gletschers (z.B. die Schneebedeckung) und die Bewölkung. Im Rahmen des OMEGA-Projekts wurden 10 sehr genaue Höhenmodelle aus flugzeuggetragenen Laser- Scannerdaten abgeleitet. In der ersten Phase des Projektes werden die geodätisch und glaziologisch ermittelten Massenbilanzen durch den Vergleich mit gemessenen und modellierten Oberflächenfließgeschwindigkeiten verglichen und validiert. Die Fließgeschwindigkeiten werden mit dem hochgenauen Full-Stokes Fließmodell IceFem3D in Zusammenarbeit mit A. Jarosch vom Science Institut der Universität von Island berechnet. Der relative Fehler der mit diesem Modell berechneten Vertikalgeschwindigkeit ist 4%. Die aus den Laser-Scan Höhenmodellen abgeleiteten Änderungen der Oberflächenhöhen sollten an jedem Punkt des Gletschers gleich der Summe der Massenbilanz und der Vertikalbewegung sein. Gebiete, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist, werden als Testgebiete ausgewählt, in denen zusätzliche Feldmessungen durchgeführt werden um die Ursache für die Abweichungen zu finden und Methoden zu entwickeln, die auch in diesen Bereichen eine genaue Messung der Massenbilanz ermöglichen. In der zweiten Phase des Projekts wird eines der drei am Institut für Meteorologie und Geophysik vorhandenen Massenbilanzmodelle adaptiert und erweitert. Je nach Ergebnissen der ersten Projektphase wird ein Grad-Tag Ansatz (Modell von Hoinkes/Steinacker) bzw. ein Energiebilanzmodell (Modelle von Greuell bzw. von Hofinger/Kuhn) gewählt. Mit einfachen Algorithmen zur Datenassimilation wird der Einfluss lokaler Variationen wie z.B. Schneefeldern und Schmelzwasserbächen auf das Gesamtergebnis reduziert. Das Massenbilanzmodell wird durch Vergleich mit den Ergebnissen der glaziologischen, hydrologischen und der geodätischen Methode sowie mit Feldmessungen validiert. Die Ergebnisse des Projekts sind für die Entwicklung zukünftiger Systeme wie z.B. zur Extrapolation von Massenbilanzmessungen von einen Gletscher auf andere oder die Echtzeitvorhersage des Gletscherabflusses für die Energiewirtschaft und Behörden von Interesse.