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Wie viel Schnee fällt in einer bestimmten Region, und wie sind die Schneeflocken beschaffen? Nicht nur im Zusammenhang mit dem Wintersport sind solche Fragen von Interesse. Josué Gehring, der am Labor für Umwelt-Fernerkundung der EPF Lausanne forscht, widmet diesem Thema seine Doktorarbeit. SimplyScience hat ihm zu seiner Arbeit ein paar Fragen gestellt und Spannendes erfahren.
Josué, warum interessierst du dich für Schnee?
Die Meteorologie begeistert mich seit langem. Schon als Kind habe ich Geologie, Geografie und Physik gemocht, und während meines Studiums der Umweltwissenschaften an der EPFL habe ich gemerkt, dass mich die Atmosphärenwissenschaft am meisten interessiert. Also habe ich in diesem Bereich an der ETH Zürich meinen Master gemacht. In der Meteorologie finde ich die Extremereignisse am spannendsten, insbesondere im Zusammenhang mit Niederschlägen, also Sommergewitter oder heftige Schneefälle im Winter. Das Doktorat erlaubt mir ausserdem, mich mit verschiedenen Messtechniken zu beschäftigen – das finde ich auch sehr interessant.
Wie erforscht man als Meteorologe den Schnee in der Atmosphäre?
Man arbeitet vor allem mit Radar; damit lassen sich Niederschläge messen. Ein Radargerät sendet elektromagnetische Wellen aus und misst die von den Teilchen in der Atmosphäre reflektierten „Echos“. Aus diesem Signal erhält man Informationen über die Verteilung und Grösse der Teilchen. Man benutzt auch Doppler-Radargeräte, die Aussagen darüber möglich machen, ob sich die Teilchen dem Radar nähern oder sich entfernen.
Kannst du daraus auch die Form der Flocken erkennen?
Ja, denn die meisten modernen Radargeräte arbeiten mit polarisierten elektromagnetischen Wellen. Sie senden und empfangen gleichzeitig zwei Signale, ein horizontal und ein vertikal orientiertes. Daraus kann man Schlüsse ziehen über die Form der Teilchen, ob sie also eher abgeplattet sind oder senkrecht im Raum stehen.
Erkennt man auf diese Weise auch den Unterschied zwischen Regen und Schnee?
Es gibt mehrere Dinge, die einem diese Unterscheidung erlauben. Insbesondere zählt dazu die Fallgeschwindigkeit: Regen fällt etwa zehnmal schneller als Schnee.
Nein, es gibt auch Instrumente, welche Bilder von den Flocken selbst machen. Das sogenannte MASC (multi-angle snowflake camera) beispielsweise enthält einen Infrarot-Detektor, der die Fallgeschwindigkeit misst, und drei Kameras, die Fotos aus drei verschiedenen Winkeln aufnehmen. Dies ist eine der wenigen Methoden, mit der man die Flocken studieren und ihren Fall aufzeichnen kann, ohne sie zu berühren.
Wozu dient dies?
Die MASC-Aufnahmen brauchen wir vor allem als Bestätigung für die Radarbeobachtungen. Mit Hilfe der Radardaten teilen wir die Niederschläge in verschiedene Typen ein. Das MASC zeigt uns, ob das, was tatsächlich am Boden ankommt, übereinstimmt mit dem, was das Radar gemessen hat.
Was machst du mit deinen Felddaten?
Das Ziel ist letztlich zu verstehen, welchen Einfluss die Berge auf die Niederschläge haben. Ich studiere ihren Einfluss auf das Wachstum von verschiedenen Schneeflockentypen, und wie turbulente Luftströmungen in der Nähe der Berggipfel zu heftigeren Niederschlägen führen. Mit dem Radar konnte ich in Martigny sowie am Fuss der Berge in Südkorea, wo ich ebenfalls eine Messkampagne durchgeführt habe, Daten gewinnen. Jetzt werte ich diese Daten aus, um sie zu verstehen und die Phänomene zu beschreiben. Das Ergebnis meiner Analysen wird später vielleicht anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern helfen, meteorologische Modelle zu verbessern.
Wie geht es für dich in den nächsten Jahren weiter?
Ich bin jetzt sozusagen an einem Wendepunkt in meinem Doktorat angekommen. Die ersten beiden Jahre habe ich vor allem Daten gesammelt, und nun muss ich sie auswerten und Papers schreiben. Später würde ich auf jeden Fall gern im Bereich der Meteorologie bleiben. Es würde mich sehr interessieren, auf Projekten an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Wissenschaft zu arbeiten, zum Beispiel bei MeteoSchweiz. Ich mache sehr gern Messkampagnen im Feld, und auch die Lehre an der Universität gefällt mir.