Das Wasserhaushaltsmodell für den Nationalpark Berchtesgaden, Schwerpunkt Schnee

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1 Michael Warscher 1, Gabriele Kraller 2 Das Wasserhaushaltsmodell für den Nationalpark Berchtesgaden, Schwerpunkt Schnee 1 Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Garmisch-Partenkirchen 2 Institut für Geographie und Raumforschung Karl- Franzens Universität Graz Berchtesgaden,

2 Schnee im Hochgebirge Große Schneemengen, lange Schneebedeckungsdauer Große räumliche und zeitliche Heterogenität der Schneedecke Laterale Schneeverfrachtung (Wind, Rutschungen, Lawinen) Schnee als Wasserspeicher Schmelzwasser, Abfluss Schnee speist Gletscher und Firnfelder (Blaueis, Watzmanngletscher, Eiskapelle, Schöllhorneis) Berchtesgaden,

3 WaSiM-ETH Berchtesgaden,

4 Schneemodellierung einfach / grob Temperatur-Index-Verfahren (Tag-Grad Verfahren, z.b. in WaSiM) Energiebilanz der Schneedecke (AMUNDSEN, SnowModel, Alpine3D, ) Komplexes Mehrschichtmodell (SNTHERM, SNOWPACK, ) komplex / fein Berchtesgaden,

5 Schnee im Modell WaSiM-ETH Bisher: einfacher Ansatz WaSiM Day-Degree approach (Temperature-Index method) Modelled days with snow coverage during winter 2005/2006 Berchtesgaden,

6 Schnee im Modell WaSiM-ETH Bisher: einfacher Ansatz WaSiM Day-Degree approach (Temperature-Index method) Modelled days with snow coverage during winter 2005/2006 Berchtesgaden,

7 Schneemodellierung einfach / grob Temperatur-Index-Verfahren (Tag-Grad Verfahren, z.b. in WaSiM) Energiebilanz der Schneedecke (AMUNDSEN, SnowModel, Alpine3D, ) komplex / fein Berchtesgaden,

8 Neues Schneemodell AMUNDSEN AMUNDSEN (Alpine MUltiscale Numerical Distributed Simulation ENgine) Strasser (2008) Was ist neu? vollständige Energie- und Massenbilanz der Schneedecke Interaktion Vegetation Schnee (Interzeptions- und Sublimationsprozesse, mikrometeorologische Verhältnisse) Reliefbedingte Strahlungsprozesse (Beschattung, oberflächenabhängige Geländereflexionen) Gravitative Schneerutschungen Berchtesgaden,

9 Energiebilanz Kühroint Radiation balance = shortwave incoming - shortwave outgoing + longwave incoming - longwave outgoing Q + H + E + A + B + M = 0 Q H E A B M Strahlungsbilanz (kurz- und langwellig) fühlbarer Wärmestrom latenter Wärmestrom advektive Energie durch Niederschlag Bodenwärmestrom zur Schmelze verfügbare Energie Modellierte Energieflüsse an der Schneedecke (Kühroint Winter 2005/2006) Berchtesgaden,

10 Ergebnisse Vergleich T-Index vs. Energiebilanz an der Station Kühroint Schneewasseräquivalent Kühroint in den Wintern 2005/2006 und 2006/2007 Berchtesgaden,

11 Ergebnisse Day-Degree Day-Degree Energy-Balance Energy-Balance + Snowslides Modellierte Tage mit Schneebedeckung pro Jahr (Mittel über den Zeitraum 2002 bis 2007) Berchtesgaden,

12 Schneerutschungen Problem: Hangneigung hat keinen Einfluss auf Schneeakkumulation Schnee am falschen Ort falsches Schmelztiming oder gar keine Schmelze (Schneetürme) Eiskapelle, Schöllhorneis, Blaueisgletscher, Watzmanngletscher bestehen u.a. wegen hohem Schneeeintrag aus umliegenden Steilwänden Schneerutschungen nach Gruber (2007) Berchtesgaden,

13 Schneerutschungen Schneedeposition Tage mit Schneebedeckung Berchtesgaden,

14 Ergebnisse AMUNDSEN in WaSiM Day-Degree Day-Degree Energy-Balance Energy-Balance + Snowslides + Modellierte Tage mit Schneebedeckung pro Jahr (Mittel über den Zeitraum 2002 bis 2007) Berchtesgaden,

15 Schnee und Abfluss Abfluss am Pegel Hintersee: März bis Mai 2006 Day-Degree Nash-Sutcliffe = 0.39 Energy-Balance Nash-Sutcliffe = 0.62 Energy-Balance + Snowslides Nash-Sutcliffe = 0.83 Berchtesgaden,

16 Ausblick und offene Fragen Weitere wichtige Prozesse: Windverfrachtung Ansätze nach Bernhardt et al. (2009), Winstral and Marks (2002) Schneeinterzeption im Bestand Algorithmen vorhanden und getestet in AMUNDSEN (Strasser 2008) Berchtesgaden,

17 Regionale Klimaszenarien als Antrieb für die Wasserhaushaltsmodellierung Berchtesgaden,

18 Klimaszenarien P, T, RH, v, R n WaSiM-ETH GCMs Atmosphäre & Ozean Δx km RCMs Δx 50 10km Catchmenthydrology: Δx 1km 100m Berchtesgaden,

19 Klimaszenarien Coupled model system ECHAM4(B2) [mm/month] Future discharge: Decrease during summer Increase during winter Berchtesgaden,

20 Zusammenfassung und Ausblick Erweitertes Schneemodul verbessert die hydrologische Modellierung in hochalpinen Einzugsgebieten signifikant Ein hydrologisches Modell mit hoher Auflösung in Raum und Zeit ermöglicht eine Analyse und Quantifizierung der regionalen Wasserbilanz mit Ihren einzelnen Kompartimenten sowie eine Abschätzung der kleinskaligen Veränderungen des Wasserkreislaufs durch den Klimawandel und / oder durch eine veränderte Landnutzung. Hochwasser, Muren, Trockenheit, Bodenfeuchte, Wasserstress, Wasserverfügbarkeit, Flora, Fauna, Wassermanagement Berchtesgaden,

21 DANKE! Berchtesgaden,