CSAR
Center of Snow and Avalanche Research

Schneeforschung für die öffentliche Sicherheit

Lawinen sind eine erhebliche und unvorhersehbare Gefahr für Menschen, die in Berggebieten leben, arbeiten oder reisen. Lawinenwarndienste beurteilen die Gefahrenlage für bestimmte Gebiete, indem sie Wetterdaten auswerten, den Schneedeckenaufbau analysieren und physikalische Modelle einsetzen. Zur Vorhersage und Prävention von Schneebrettlawinen untersuchen wir wie Schneekristalle brechen, messen seine Materialeigenschaften und entwickeln mathematische Modelle, um sein mechanisches Verhalten zu verstehen.

So entstehen Lawinen

Ursächlich für Schneebrettlawinen sind Riss in der Schwachschicht, einer porösen und brüchigen Schicht, die von einem dichten und kohäsiven Schneebrett überdeckt wird. Typische Schwachschichten sind eingeschneiter Oberflächenreif oder Tiefenreif. Solche Schichten können durch Skifahrer oder andere Lasten zerstört werden, wodurch ein Riss entsteht, der sich schnell und weiträumig ausbreiten kann. Wenn der Hang steil genug ist, kann das Schneebrett abrutschen und eine Lawine auslösen.

Am Center of Snow and Avalanche Research bilden wir diesen Versagensmechanismus mithilfe klassischer Strukturmechanik und moderner Bruchmechanik in Modellen ab. Die Theorien haben ihren Ursprung in den Ingenieurswissenschaften und werden im Rahmen aller Ingenieurstudiengänge gelehrt. Von zentraler Bedeutung ist es, die Modelle mithilfe von Feldversuchen zu validieren. Daher besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung in Davos, dem weltweit größten Zentrum für Lawinenforschung.

Dr.-Ing. Philipp Rosendahl,
Gründer und Leiter CSAR

Wir untersuchen Schnee wie einen Konstruktionswerkstoff und ermitteln Kenngrößen, die in unsere mathematische Modelle zur Prognose von Lawinen einfließen.

Sogenannte Propagation Saw Tests werden in geneigtem Gelände durchgeführt um den Widerstand von Schwachschichten gegen Rissausbreitung zu bestimmen.
Sogenannte Propagation Saw Tests werden in geneigtem Gelände durchgeführt um den Widerstand von Schwachschichten gegen Rissausbreitung zu bestimmen.

Prognosen von physikalischen Prozesses sind ohne verlässliche Materialkennwerteunvorstellbar. Als Ingenieure:innen untersuchen wir Schnee wie einen Konstruktionswerkstoff und stellen fest, dass selbst grundlegende Eigenschaften noch kaum präzise vermessen sind. Beispielsweise ist die Kenntnis von Brucheigenschaften zwingend notwendig, um etwa Risswachstum vorhersagen zu können. Darüber hinaus fehlen auch Kenntnisse der Festigkeit, insbesondere im Interaktionsbereich von Normal- und Schubspannungen, die in geneigtem Gelände relevant sind. Wir entwickeln, modellieren, verifizieren und validieren Feldexperimente zur Bestimmung solcher Kenngrößen. Wir begleiten solche Prozesse von der Bestimmung der Materialparameter über deren Einsatz in der Modellierung bis hin zur praktischen Anwendung zur Gefahrenbewertung im Feld.

Grundlegende Prinzipien und Ansätze aus dem Ingenieurwesen helfen bei der Modellierung komplexer Strukturen bis hin zur Mikroebene eines solchen Tiefenreif-Kristalls.
Grundlegende Prinzipien und Ansätze aus dem Ingenieurwesen helfen bei der Modellierung komplexer Strukturen bis hin zur Mikroebene eines solchen Tiefenreif-Kristalls.

Ingenieur:innen werden dafür ausgebildet, komplexe physikalische Problemstellungen mithilfe mathematischer Modelle analytisch zu lösen. Wir haben festgestellt, dass numerische Methoden nicht zwingend notwendig sind, um beispielsweise die Verformung einer Schneedecke hinreichend genau zu beschreiben. Die Kombination einfacher, grundlegender mechanischer Modelle mit modernen bruchmechanischen Ansätzen, liefert schnelle und effiziente Prognosewerkzeuge. Ziel ist es, auf Grundlage einfacher Modelle selbst die komplexe Mikrostrukur von Schnee beschreiben zu können. Die Untersuchung von Material- und Struktureigenschaften auf dieser Skala gibt uns die Möglichkeit, das makroskopische Materialverhalten zu verstehen. Analytische Lösungen bereichern die Schneeforschung, die schnell sehr komplex werden kann. Sie ermöglichen eine Auswertung in Echtzeit, was für praktische Anwendungen entscheidend ist.

Das Grundprinzip eines gebetteten Balkens ermöglicht es ein analytisches Modell herzuleiten, welches in der Lage ist die Verformungen der Schneedecke genau vorherzusagen.
Das Grundprinzip eines gebetteten Balkens ermöglicht es ein analytisches Modell herzuleiten, welches in der Lage ist die Verformungen der Schneedecke genau vorherzusagen.

Das Weak-Layer Anticrack Nucleation Tool ist ein quelloffenes, analytisches Modell, das für die mechanische Analyse von geschichteten Schneedecken entwickelt wurde. Es ermöglicht die Vorhersage von Rissbildung in Schwachschichten und die Analyse der Deformation von Schneedecken unter Last. Außerdem kann es für die Auswertung und Planung von Feldversuchen herangezogen werden. Tragen Sie auf Github zur Entwicklung bei, oder installieren Sie das Python-Paket.

Team

  Name Kontakt
Florian Rheinschmidt M.Sc.
Center of Snow and Avalanche Research
+49 6151 16-23035
L5|06 626
Valentin Adam M.Sc.
Center of Snow and Avalanche Research
+49 6151 16-23035
L5|06 626

Alumni

  Name Kontakt
Johannes Schneider M.Sc.
Center of Snow and Avalanche Research