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Luftbeobachtungen erlauben uns, Bäume und Schnee aus neuen Perspektiven zu beobachten. Ausserdem können wir damit viel größere Flächen sehen als stationäre Instrumente auf Messtürmen.
Wir benutzen Drohnen, um zu verstehen, wie Wälder, Schnee und Strahlung die Eigenschaften der Landoberfläche beeinflussen. Speziell dafür angefertigte und mit Strahlungssensoren, Kameras oder Laserscannern ausgestattete Drohnen ermöglichen es uns, Sonnen- und Wärmestrahlungsmuster des Waldes, die Waldstruktur sowie verschiedene Schneedeckenmuster zu erfassen. Unsere Drohnen erlauben es, diese Muster über viel grössere Gebiete zu beobachten als es mit Messtürmen möglich wäre, und liefern häufigere und detailliertere Beobachtungen als bemannte Flugzeuge oder Satelliten.
Strahlend weisser Schnee kann bis zu 99% der Sonnenstrahlung reflektieren, aber das Vorhandensein von Wäldern über der Schneedecke bedeutet, dass die meiste Sonnenstrahlung vom Wald absorbiert und reflektiert wird, bevor sie die Schneeoberfläche erreichen kann. Die Menge der von einer Wald-Schnee-Landschaft absorbierten sowie reflektierten Sonnenstrahlung, wird durch die Walddichte und die Menge des Schnees auf dem Boden und in den Baumkronen bestimmt. Wir haben eine Drohne mit auf- und abwärtsgerichteten Strahlungssensoren ausgestattet, um das Reflexionsvermögen (die sogenannte Albedo) der Waldschneelandoberfläche an vielen Orten mit unterschiedlichen Walddichten und Baumanordnungen messen zu können. Unsere Messungen zeigen, dass Schnee in Bäumen die Reflektivität der Landoberfläche um bis zu 30% erhöht (Abbildung der Fotos). Die Abschattung der Schneeoberfläche durch Bäume hat den gegenteiligen Effekt auf die Reflektivität der Landoberfläche, denn sie verhindert, dass die meiste Sonnenstrahlung die Schneeoberfläche erreicht. Dieser Effekt ist am stärksten, wenn die Sonne tief am Himmel steht und die Schatten einen Grossteil der Schneeoberfläche abdunkeln, wodurch die Menge der reflektierten Strahlung um bis zu 30% verringert wird.
Wälder erwärmen sich, wenn sie der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, und geben dann Wärmeenergie an die Schneeoberfläche ab. Durch die Kombination von Drohnen- und stationären Wärmebildern über dem und im Wald waren wir in der Lage, 3D-Modelle zu erstellen, die sowohl horizontale als auch vertikale Variationen der Waldtemperaturen zeigen. In dichteren Wäldern erwärmen sich die Baumkronen sobald sie direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, während die unteren Baumteile und schattigeren Bereiche des Waldbestandes relativ kühl bleiben. Unsere Messungen zeigen, dass diese vertikalen Unterschiede im Tagesverlauf bestehen bleiben, auch wenn sich der Wald insgesamt als Reaktion auf eine steigende Lufttemperatur und Sonneneinstrahlung erwärmt.
Die Laserscanner- oder LiDAR-Technologie "sieht" besser unter die Baumkronen als Luftbilder und liefert uns daher wichtige Informationen über die Waldstruktur und über die darunter liegende Schneedecke. Mit luftgestütztem Laserscanning (ALS) erhalten wir detaillierte Karten der Schneeverteilung in Wäldern welche wir mit Mustern der Waldstruktur verknüpfen können. Drohnenbasierte Laserscanning-Erfassungen sind billiger und flexibler als Messungen aus bemannten Flugzeugen ,und erlauben es uns außerdem Schneeverteilungsmuster mit höherem Detail und Häufigkeit zu erfassen. Mit wiederholten Drohnenflügen verfolgen wir wie sich die Schneeverteilung im Laufe des Winters in komplexem Gelände über grosse und/oder unzugängliche Gebiete entwickelt. Unsere Messungen zeigen, dass der Schneedeckenaufbau und die Schneeschmelze in Wäldern stark vom Standort der einzelnen Bäume abhängen und dass es starke Unterschiede zwischen schattigen Nord- und sonnigen Südhängen gibt.