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Sowohl die Schneefallverteilung als auch die Schneeschmelzmuster sind in Wäldern deutlich vielfältiger und komplizierter als im offenen Gelände. Diese Variabilität wird in erster Linie durch die dreidimensionale Waldstruktur bestimmt, denn dichter und lichter Wald, Lücken und Ränder erzeugen grosse Unterschiede im Schneedeckenaufbau und den Schneeschmelzmustern. Um unsere Vorhersagen über die Entwicklung der Schneedecke in diesen Gebieten zu verbessern, müssen wir besser verstehen, wie die Waldstruktur die Schneeprozesse im Wald beeinflusst.
Wälder bedecken grosse Teile der nördlichen Hemisphäre, unter anderem rund 30% der Fläche der Schweiz. Die Schneeschmelze aus den Wäldern ist daher ein enorm wichtiger Beitrag zur Süsswasserversorgung. Schneebedeckte Wälder, mit und ohne Schnee in den Baumkronen, beeinflussen zudem das Reflexionsvermögen der Landoberfläche, was von grosser Bedeutung für unser Klima ist. Dunkle Bäume absorbieren mehr Sonnenenergie als heller, weisser Schnee, was die Energieabsorption der Landoberfläche erhöht und die Erwärmung im Vergleich zu offenem Grasland verstärkt. Prozesse, die die Entwicklung der Schneedecke in Wäldern steuern, spielen daher sowohl für die Hydrologie als auch für das Klima eine Schlüsselrolle.
Wälder fangen den Schneefall auf, indem sie den Schnee in den Kronen der Bäume festhalten und die Schneemenge, die sich auf dem Waldboden absetzt, reduzieren. Während der Schneeschmelze absorbieren die Wälder einen Grossteil des Sonnenlichts, was die Schneedecke von der Sonneneinstrahlung abschirmt. Gleichzeitig wird jedoch der Wald erwärmt und gibt Wärmeenergie an die Schneedecke ab. Die Kombination dieser Prozesse führt zu stark variierenden Schneehöhen über kurze Distanzen innerhalb des Waldes und erzeugt "heisse" und "kalte" Stellen sehr nahe beieinander, was zu grossen räumlichen Unterschieden in der Schmelzrate führt.
Die meisten Schneeschmelzmodelle können die räumlichen Unterschiede der Waldstruktur, sowie deren Auswirkung auf die Massen- und Energieflüsse nicht wiedergeben. Dies führt zu Fehlern bei der Abschätzung der Schneeschmelze, und wirkt sich ausserdem auf die flussabwärts gerichtete Wassernutzung aus. Die derzeitigen Schwierigkeiten bei der Modellierung von Wald-Schnee-Prozessen tragen auch zu den Unsicherheiten zukünftiger Klimaprojektionen bei. Um diese Modelle zu verbessern, haben wir innovative Fernerkundungsmethoden und bodengestützte Technologien entwickelt, um die Waldstruktur, die Schneeverteilung und die Muster der Sonnen- und Wärmestrahlung innerhalb und über den Wäldern zu messen. Unsere Messungen helfen bei der Modellentwicklung für hydrologische Anwendungen wie dem Operationellen Schneehydrologischen Dienst sowie für Klimamodellierungsanwendungen.