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Bergmassiv im Kasten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 23.07.2014 14:08

Der Himalaja ist ein junges und noch sehr aktives Gebirge. Durch die Höhe der Berge, das steile Profil ihrer Flanken und nicht zuletzt durch den Monsun, der von Süden heranrauscht, gehören hier Erdrutsche, Lawinen und Steinschläge zu den größten Risiken. Ein deutsches Vermessungsprojekt hat jetzt in den nepalesischen Tälern Daten für hochaufgelöste 3D-Modelle gesammelt, mit denen die Gefährdung der Bürger besser abgeschätzt werden können.

3D-Modell des Mount Everest mit dem Khumbu-Eisfall zu seinen Füßen. (Bild: DLR)Der Khumbu-Eisfall gehört zu den gefährlichsten Strecken auf dem Weg zum Gipfel des Mount Everest. Der Gletscher fließt an der südwestlichen Flanke des Berges derart schnell zu Tal, dass der Eisstrom in Blöcke zerreißt, zwischen denen sich gewaltige Spalten auftun. Jedes Jahr aufs Neue müssen daher die Sherpas mit Leitern und Seilen einen Weg über das Eisfeld abstecken, bevor die mittlerweile in die Hunderte gehende Schar der Gipfelbesteiger den letzten Anstieg vom Basiscamp aus wagen kann. Im April 2014 kam es bei diesen Vorbereitungen zu einer Tragödie. Eine Lawine aus Eis und Schnee überrollte den oberen Teil des Khumbu-Eisfalls und tötete dabei 16 der einheimischen Führer, allesamt exzellente Kenner des Terrains. Solche Unglücke sind in den tief eingeschnittenen Tälern des Himalaja keine Seltenheit. Steile Bergprofile, große Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht, Erdbeben und nicht zuletzt starke Regenfälle während des Monsuns sorgen dafür, dass Lawinen, Steinschläge oder Erdrutsche zu den größten Bedrohungen für die Bevölkerung der Gebirgsanrainerstaaten zählen. Das war wohl auch der Grund, warum ein deutsches Vermessungsprojekt auf starke Unterstützung der Behörden in Nepal und des Wissenschaftszentrums der Himalaja-Anliegerstaaten ICIMOD bauen konnten. Mit zwei Motorseglern flogen Wissenschaftler des Mountain Wave Projects, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Fachhochschule Aachen die nepalesischen Himalajatäler zwischen dem Annapurna und dem Mount Everest ab und sammelten Daten für ungewöhnlich exakte 3D-Modelle des Terrains. "Ohne die Hilfe wären wir in der kurzen Zeit, die uns zur Verfügung stand, wohl gescheitert", meint Projekt-Leiter René Heise, studierter Meteorologe und im Hauptberuf Stabsoffizier bei der Luftwaffe. ICIMOD und auch die deutsche Botschaft in Kathmandu öffneten in Nepal zahlreiche Türen. 

Schematische Darstellung der Leewellen. (Bild: MWP, René Heise)Zweites Ziel des Projekts war die Datensammlung über sogenannte Rotoren und Leewellen. Die passionierten Segelflieger des Mountain-Wave-Projektes sind schon lange auf der Spur dieser turbulenten Luftströmungen, die im Windschatten großer Gebirge entstehen. Denn sie stellen eine Gefahr gerade für Sportflieger dar, doch auch Verkehrsflugzeuge, die in betroffenen Gegenden starten oder landen, müssen mit ihnen rechnen. Leewellen entstehen, wenn Winde an der Vorderseite eines Gebirgskamms aufprallen und im Lee, auf der windabgewandten Seite, wieder hinabströmen. Beim Hinabschießen verwirbelt der Windstrom, bildet sogenannte Rotoren und versetzt die darüber liegenden Luftschichten in Schwingungen. Zum Risiko für die Luftfahrt werden sie, wenn sie, wie Meereswellen auch, schnell und unberechenbar brechen und dann auch in großer Höhe für Turbulenzen sorgen. Die Messergebnisse der Himalajaflüge werden in neue Turbulenzvorhersage-Verfahren einfließen, die im Rahmen des Mountain-Wave-Projekts erarbeitet werden. Im Himalaja wurden, um überhaupt die Missionsflüge bei den extremen Windverhältnissen über den Berggipfeln sicher planen und durchführen zu können, extra neu entwickelte Wind- und Wellenvorhersagen eines hochauflösenden Wettervorhersagemodells genutzt. 

Operationsgebiet des Mountain-Wave-Projektes in Zentralnepal. (Bild: MWP/René Heise)Die Datensammlung für die 3D-Geländemodelle übernahm ein Hightech-Kamerasystem des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme in Berlin-Adlershof, das eines der Segelflugzeuge in einem Behälter unter dem rechten Flügel mit sich führte. Die so genannte MACS-Kamera liefert hochaufgelöste und vor allem exakt verortete Bilddaten. "Unsere Bodenauflösung beträgt in der Horizontalen rund 15 Zentimeter", berichtet DLR-Projektleiter Jörg Brauchle. In der Vertikalen können die Bilder eine beinahe ebenso gute Auflösung erreichen. An den Steilhängen des Everest betrug sie etwa 20 Zentimeter. Da jedes Pixel zudem eine räumliche Koordinate erhält, kann man im Computer eine exakte virtuelle Kopie der vermessenen Gegend erstellen. "Ein zuverlässiges Modell ist wichtig", so Brauchle, "wenn man eine Überflutungssimulation rechnen möchte". Mit solchen Anwendungen könnten die nepalesischen Geologen und Behörden die Bevölkerung besser vor Bergstürzen, Erdrutschen und Lawinen schützen.

So hätte vielleicht gemildert werden können, was am 5. Mai 2012 im Seti-Tal geschah. Damals starben in dem abgelegenen Tal in Zentralnepal 72 Menschen, zahlreiche Dörfer wurden verwüstet. Um 8:55 Uhr Ortszeit hatte sich ein gigantischer Bergsturz an der Wand des 7525 Meter hohen Annapurna IV gelöst. Die Lawine aus Fels, Eis und Schnee stürzte die Steilwand 4500 Meter in die Tiefe und traf am Talboden auf den Setifluss, den andere Erdrutsche während des Frühjahrs zu einem künstlichen See aufgestaut hatten. Die Wucht des Aufpralls zerstörte die Barrieren und das aufgestaute Flusswasser strömte durch das enge Tal. Sogar im rund 50 Kilometer entfernten Pokhara, der zweitgrößten Stadt des Landes, kamen die Wellen vermischt mit Felsen und umgerissenen Bäumen an. Es war eine Verkettung unglücklicher Umstände, die ein hochaufgelöstes Modell vermutlich auch nicht behoben hätte. Allerdings hätte man mit einer Überflutungssimulation unsichere Standorte von sicheren unterscheiden und so die Bewohner des Tals besser schützen können. 

Ein deutsches Forschungsflugzeug schraubt sich am Mount Everest in die Höhe. (Bild: DLR)Mit Satellitendaten werden die Modelle nicht genau genug, denn diese Informationen schwächeln gerade in der kritischen Höhenangabe. "Der Satellit schaut lediglich leicht schräg von oben", erklärt Jörg Brauchle. Die MACS-Kamera dagegen scannte mit drei CCD-Kameraköpfen das Gelände in einem Winkel von insgesamt 120 Grad, während der Motorsegler durch die Täler flog oder sich am Mount Everest bis in 9.200 Meter Höhe schraubte. Ein vierter Kamerakopf nahm im Nahinfrarotbereich auf, um später Vegetation und Wasserkörper automatisch zu identifizieren. Jedes einzelne Bild wird automatisch verortet, so dass man schließlich ein Mosaik zusammensetzen und ein exaktes Höhenmodell berechnen kann.  Allerdings ist das leichter gesagt als getan, denn die Flugroute des Forschungsflugzeugs waren keineswegs so, wie es die Fernerkundungsexperten gern hätten. "Wir mussten die jeweiligen Aufwinde nutzen, Abstand zu den Bergen halten und entsprechende Sicherheitsreserven einkalkulieren", erklärt Pilot Jona Keimer von der Fachhochschule Aachen, "schließlich durften wir am Mount Everest der chinesischen Grenze nicht zu nahe kommen." Das Resultat: Statt schulmäßig ein Gitternetz abzufliegen schraubte sich das Forschungsflugzeug in Spiralen am Berg entlang in die Höhe und drehte Kurve um Kurve, mal rechts geneigt, mal links geneigt. "Wir waren alle glücklich, dass wir die Bilder in der kurzen Zeit, die uns geblieben war, hatten machen können", erinnert sich Keimer, "aber als der Photogrammeter des DLR sie prüfte, konnte man ihm ansehen, wie viel Arbeit er noch befürchtete." Tatsächlich können die DLR-Experten die Aufnahmen aus dem Himalaja nicht vollautomatisch in ein Modell umrechnen lassen, sondern müssen die Bilder erst einmal so vorsortieren, dass im DLR-Rechenzentrum ein konsistentes Modell errechnet werden kann. Die letzten Arbeiten dazu dauern derzeit noch an.

Wenn alle Daten verarbeitet sind, werden die DLR-Wissenschaftler die derzeit exaktesten Geländemodelle für einige der schönsten Täler und Berge Nepals sowie für einige Bezirke der Hauptstadt Kathmandu bereitstellen können. "Dann wollen wir unsere Daten mit den Messwerten der nepalesischen Glaziologen vergleichen, die Gletscher auf die traditionelle Weise vermessen", sagt Brauchle. Dieser Abgleich mit den nepalesischen Daten ist zur Validierung des MACS-Verfahrens wichtig. Derzeit weichen die verfügbaren  Fernerkundungsdaten zum Teil so stark von der vor Ort gemessenen Realität ab, dass diese Informationen nicht verwendet werden können. Wenn sich herausstellt, dass die DLR-Kamera sehr zuverlässige Daten liefert, wären solche Flugkampagnen nicht nur für den Katastrophenschutz eine hervorragende und vor allem vergleichsweise wenig aufwendige Alternative zur Geländearbeit vor Ort.

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