Vom Punkt zur Fläche in der Messung des Wasseräquivalents der Schneedecke – Mehrwert von Cosmic-Ray Neutron Sensoren in der regionalen Schneemodellierung

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird die Messmethode des Cosmic Ray Neutron Sensing (CRNS) zur Erfassung des Wasseräquivalents der Schneedecke (SWE) in Gebirgsräumen vorgestellt. Dieses kontaktlose und wartungsarme Verfahren ermöglicht die kontinuierliche und zerstörungsfreie Erfassung der Schneedecke in einem Bereich von mehreren Hektar. Im Rahmen einer Messkampagne in den Tiroler Alpen wurde die Methode weiterentwickelt. In der darauf aufbauenden schneehydrologischen Modellierung eines bepegelten Kopfeinzugsgebiets war die Zielsetzung, den Skalensprung zwischen Punktmessung und Modellauflösung zu überbrücken. Die räumliche und zeitliche Entwicklung der Schneedecke wurde über drei Wintersaisonen hindurch beobachtet. Es wurden (i) kontinuierliche konventionelle SWE-Messungen auf der Punktskala, (ii) insgesamt 17 Messkampagnen (Schneeschächte, terrestrisches Laserscanning) sowie (iii) kontinuierliche CRNS-Messungen durchgeführt. Der Vergleich mit Laserscan basierten SWE-Werten zeigt, dass CRNS auch in hochalpinem Terrain mit entsprechend hohen Schneemengen eine kontinuierliche und verlässliche Abschätzung des SWE erlaubt. Die Übertragbarkeit zwischen Wintersaisonen mit unterschiedlichen Schneeverteilungen ist sehr gut. Kein zeitlich konstanter Zusammenhang wurde dagegen zwischen Laserscan basierten SWE-Werten und der konventionellen kontinuierlichen Messung gefunden. Auch in einem anschließenden Kalibrierexperiment wird der Mehrwert der CRNS Messungen im Vergleich zur konventionellen Messung deutlich. Hierfür wurde ein Energiebilanz basiertes schneehydrologisches Modell in Bezug auf (i) Abflussmessungen, (ii) fernerkundungsbasierte Schneebedeckungskarten (basierend auf Landsat-8 und Sentinel-2A Aufnahmen) und (iii) in-situ Schneemessungen kalibriert. Dabei wurden jeweils konventionelle bzw. auf CRNS basierte SWE-Daten verwendet. Bei der Nutzung des CRNS basierten SWE Datensatzes zeigte sich klar dessen Vorteil. Die gute Übertragbarkeit zwischen Messung und Modell führt zu einer verbesserten Simulation der Schneedecke.