Die Methoden der Schneehöhenmessung und ihre Probleme

Eine über Deutschland liegende Luftmassengrenze verschärft sich am Wochenende. Dabei lenkt Tief Tristan, der es sich bei unseren Nachbarn in den Benelux Ländern bequem macht, sehr milde Luft nordwärts. Gleichzeitig strömt sehr kalte Polarluft aus Skandinavien südwärts. Dort wo sich diese Luftmassen treffen kommen intensive Niederschläge auf, die auf der kalten Seite in Schnee übergehen. Etwa vom Nordwesten bis in den Osten stehen markante bis unwetterartige Schneemengen auf dem Programm (Details zur Wetter- und Warnlage finden Sie unter: www.dwd.de), wobei zusätzlich noch erhebliche Verwehungen zu erwarten sind.

Gute Voraussetzungen also, um im heutigen Thema des Tages mal auf die Methoden der Schneemessung zu blicken. Ganz klar braucht es zunächst erstmal Niederschläge, die in fester Form den Erdboden erreichen und sich bei negativen Lufttemperaturen und schneller noch bei gleichzeitig negativen Erdbodentemperaturen ablagern. Diese Ablagerung wird als Schneedecke bezeichnet. Bei kräftigen Schauern kann sich auch eine Decke aus Graupel oder Hagel ausbilden. Von einer Schneedecke spricht man ab einem Bedeckungsgrad des Bodens von mindestens 50 Prozent. Sobald der Schnee liegt, kommt oft das Rätselraten. Wieviel liegt eigentlich genau? Vergleicht man die im heimischen Garten selbst gemachten Messungen mit der gemeldeten Schneehöhe der Wetterstation um die Ecke, so muss man immer wieder feststellen, dass die Werte nicht übereinstimmen.

Die ursprüngliche Methode der Schneehöhenmessung an personell besetzten Wetterstationen sieht so aus, dass die Beobachterin oder der Beobachter die Messung der Schneehöhe mit einem Schneepegel vornimmt, einem Metallstab mit Markierungen in Zentimeterabständen. Der Schneepegel wird lotrecht bis zur Berührung des Schneebrettes, eines Holzbrettes an der Erdoberfläche, oder an mehreren Stellen des Stationsgeländes und in der Umgebung durch die Schneedecke gestoßen und die Höhe in ganzen Zentimetern an der Skala abgelesen. Die Schneedeckenhöhe ist dann das Mittel aus allen Messungen. Diese Mittelung bei der Messung versucht den Effekt von Schneeverwehungen zu berücksichtigen. Die Messung der Neuschneedeckenhöhe, kurz Neuschneehöhe, erfolgt zum Morgentermin (06 UTC) auf einem zum Vortermin auf die Erd- oder vorhandene Schneeoberfläche ausgelegten Schneebrett (dem bereits erwähnten Holzbrett). Der Neuschneezuwachs auf diesem Schneebrett entspricht der Neuschneehöhe. Anschließend wird der Schnee vom Brett entfernt und auf die vorhandene Decke erneut ausgelegt. Problematisch an den Schneebrettern kann die glatte Oberfläche sein, wodurch der Schnee unter Umständen durch mangelnde Haftung vom Wind verfrachtet werden kann.

In Zeiten von weiter zunehmender Automatisierung ist die oben beschriebene händische Methode eher ein Auslaufmodell. Für eine automatische Schneehöhenbestimmung kommt beispielsweise häufig ein Ultraschallsensor zum Einsatz. Der Sensor wird in einer geeigneten Höhe senkrecht zur Erdoberfläche angebracht und sendet ein periodisch wiederkehrendes Ultraschallsignal aus. Die Verzögerungszeit zwischen gesendetem und empfangenen Signal ist proportional zur Schneehöhe. Je schneller das von der Schneeoberfläche reflektierte Schallsignal empfangen wird, desto kürzer ist der Weg zwischen Sensor und Schnee und umso mächtiger ist die Schneedecke. Um Fehlmessungen z.B. durch wachsendes Gras zu vermeiden wird ein Standard-Schneebrett auf die Messfläche gelegt. Das Messverfahren bringt allerdings auch Probleme mit sich. So handelt es sich einerseits um eine Punktmessung und somit werden Schneeverwehungen nicht berücksichtigt. Andererseits ist die Schallgeschwindigkeit von der Lufttemperatur abhängig, wodurch der Abstandsmessung eine Temperaturkompensation folgen muss. Ohne eine solche Temperaturkompensation gelten die Distanzwerte meist nur für eine Temperatur von 0 °C. Die Genauigkeit der Ultraschallschneehöhensensoren liegt etwa bei +/-1 cm.

Ein weiteres Messverfahren zur Bestimmung von Schneehöhen basiert auf der Laserentfernungsmessung. Vergleichbar ist dieses Verfahren mit den Laserpistolen bei den Geschwindigkeitsmessungen der Polizei. Bei der Laufzeitmessung mit einem Lasersensor wird ein kurzer Lichtpuls ausgesandt, der an der Schneeoberfläche reflektiert wird und das rücklaufende Signal wieder erfasst wird. Über die gemessene Laufzeit kann dann sehr genau die Schneehöhe erfasst werden. Ein Vorteil gegenüber Ultraschallsensoren ist die Temperaturunabhängigkeit. Trotzdem sorgen auch bei diesem Messaufbau Schneeverwehungen an oder in der Nähe der Messstelle für Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der tatsächlich gefallenen Schneemenge.

Trotz der technischen Messverfahren bleibt die automatische Schneehöhenbestimmung grade bei zusätzlichen Einflüssen wie Wind mit Unschärfen behaftet. So können auch in Zukunft die eigenen Beobachtungen aus dem Garten von den offiziellen Werten abweichen. Schon am Sonntag könnte diese Erkenntnis bei starken Schneefällen und Schneeverwehungen in Teilen des Landes zum Tragen kommen.

M.Sc. Sebastian Altnau

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 05.02.2021