Die Schneedecke - ein wichtiger Wasserspeicher und ihr saisonaler Anteil an Flüssen

Die Schneedecke im hochalpinen Raum spielt, speziell auch unter Klimawandelbedingungen, eine Schlüsselrolle im Tourismus, in der Wasser- und Energieversorgung sowie bei der Entstehung von Hochwasserereignissen. Die Alpen werden durch den vermehrten Niederschlag in höheren Lagen oft als Wasserturm bezeichnet. Insgesamt dient die Schneedecke des Hochgebirges im Winter als Wasserspeicher und wird bei der Schneeschmelze im Frühjahr und Sommer dem Grundwasser und den Flüssen zugeführt. Durch den Klimawandel kann sich allerdings mengenmäßig wie auch saisonal der Einfluss des Schnees und der Gletscher auf den Abfluss stark verändern. Das Monitoring von hydroklimatischen Daten und anderen Umweltparametern ist somit zur Abschätzung dieser Wasserspeicher aktuell und in Zukunft sehr wichtig.

"Eine große Herausforderung der alpinen Hydrologie besteht darin, die saisonale Schneedecke flächendeckend und mit hoher zeitlicher sowie räumlicher Auflösung zu erfassen, um auch die Menge und den Zeitpunkt der Schmelze präzise zu bestimmen", erklärt Koch. Bisherige Messmethoden konzentrierten sich vorwiegend auf einzelne Messstationen im Gelände, an denen die Schneehöhe oder das Schneewasseräquivalent - die Menge Wasser, die in der Schneedecke gespeichert ist - ermittelt wurde. Zudem ist es noch nicht möglich, das Schneewasseräquivalent in komplexen, hochalpinen Regionen mithilfe von Satellitendaten detailliert zu erfassen.

Für Franziska Koch und die weiteren Projektbeteiligten steht fest: Neben der präzisen Erfassung der Schneemenge sei es auch wichtig zu verstehen, wie viel Wasser im Gebiet verdunste und wie viel Regen und Schmelzwasser aus Schnee und Eis sowohl oberflächlich als auch im Boden und Gestein abflössen - und wann dieses Wasser letztlich die Flüsse erreiche, um zum Beispiel verbesserte Hochwasserprognosen abgeben zu können.

Weltweit neuartiges Verfahren

Im Rahmen des Projekts G-MONARCH wird daher auf einem hochalpinen Gipfel ein weltweit neuartiges Verfahren eingesetzt: ein hochpräzises Supraleitgravimeter. Dieses Gerät ist auf dem deutsch-österreichischen Gipfel der Zugspitze installiert und wird vom Geoforschungszentrum Potsdam betrieben, die auch die Daten für hydrologische Anwendungen aufbereiten. Es misst die Schwerebeschleunigung der Erdoberfläche mit außergewöhnlicher Genauigkeit. Während der durchschnittliche Wert der Schwerkraft etwa 9,81 Meter pro Quadratsekunde beträgt, erfasst das Supraleitgravimeter diesen Wert auf neun Nachkommastellen mit einer zeitlichen Auflösung von nur einer Minute.

Diese weltweit einmalige Installation im hochalpinen Gelände in Kombination mit einem hervorragend ausgestatteten hydrometeorologischen Messnetz und Computersimulationen in verschiedenen Komplexitäten dient als neuartiges hydrologisches Monitoringsystem zur direkten, integralen und nicht-invasiven Beobachtung der Schwerkraftwirkung von Wasserspeicheränderungen. Das Supraleitgravimeter ermöglicht damit erstmalig die Erfassung von hochalpinen hydrologischen Massenveränderungen im Umkreis von bis zu vier Kilometern. So lassen sich kurzfristige und saisonale Veränderungen im Wasserhaushalt - sei es durch Regen, Schneefall, Verdunstung, Schneeschmelze oder das Versickern in den Boden, Änderungen im Grundwasserspeicher sowie die Abnahme von Eisflächen im Gebiet - bestimmen.

Um detaillierte Vergleichsmessungen für den kombinierten Hydro-Gravimetrie-Ansatz zu erhalten, führen Wissenschafter*innen im Winter stets zwei umfangreiche Schneemesskampagnen durch, um beispielsweise manuell die Schneedichte zu messen und mithilfe von Laserscans und Drohnen die Schneehöhe zu erfassen.

"Ziel des Projektes ist es, zu untersuchen, inwieweit der schnee-hydro-gravimetrische Ansatz zu einem besseren Verständnis und zur Quantifizierung hydrologischer Prozesse beitragen kann und in der Lage ist, mögliche Erkenntnisse auf nicht-instrumentierte Regionen zu übertragen. Zudem erwarten wir, wichtige Beiträge zur Unterstützung zukünftiger Satellitenmissionen liefern zu können, um weltweit eine bessere flächendeckende Beobachtung der Schnee- und Wasservorräte zu ermöglichen", sagt Koch abschließend.

Das G-MONARCH-Projekt wird zusammen mit Projektpartnern am Geoforschungszentrum Potsdam und der Universität Augsburg am Standort der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus auf der Zugspitze durchgeführt, an dem BOKU HyWa langjähriger Forschungspartner ist.

Wissenschaftlicher Kontakt
Dipl.-Geogr.Univ. Dr.rer.nat. Franziska Koch
BOKU University
Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft
Email: franziska.koch@boku.ac.at
Telefon: +43 1 47654-81608