Die Vermessung des Inntals

Wettermodellen fehlen Daten für die komplizierten Windströmungen in den Bergen. Messungen mit Drohnen schließen diese Lücke.

Andreas Platis (zweiter von rechts) und Mitarbeiter seines Forschungsteams stehe vir einem Auto und steuern die Drohnen mit einem Steuerungsgerät. — Ground control: Andreas Platis (zweiter von rechts) und Mitarbeiter seines Forschungsteams lassen Drohnen durch die Strömungen im Inntal fliegen.

Drohnen haben einen Vorteil gegenüber den klassischen Wetterballons: Sie steigen langsamer auf und liefern dadurch Wetterdaten in höherer Auflösung.

Das größte Risiko tauchte gleich am ersten Tag am Himmel auf: Ein Segelflieger zog seine Kreise im abgesperrten Luftraum über Kramsach im Inntal und drohte, mit den Forschungsdrohnen zu kollidieren. Dabei hatte Andreas Platis bei der Flugverkehrsleitstelle am Flughafen Innsbruck die Sperrung eines drei Kilometer breiten Korridors für Forschungsmessungen für einen ganzen Monat beantragt und auch bestätigt bekommen. Jeder Segelflieger- oder Hubschrauberpilot muss eigentlich vor dem Start zwingend überprüfen, ob der Luftraum frei ist. Und nun also das: Ein gelbes Flugzeug-Symbol auf dem Display des Laptops in der Bodenstation der Forschungsgruppe von Andreas Platis bewegte sich klar über die Sperrlinie. „Holt die Drohnen runter“, wies Platis die vier Piloten an, die am steilen Hang etwas weiter vorne per Fernsteuerung die grauschwarzen Fluggeräte mit Propellerarmen auf allen vier Seiten aufsteigen ließen. Das Wetter an diesem Sonntag im Juni vorigen Jahres war wunderschön, 30 Grad Celsius mit Cumulus-Wolken am Himmel wie aus dem Bilderbuch – kein Wunder also, dass Hobby-Flieger die günstigen Aufwinde nutzen wollten.

Ein Mitarbeiter läuft einen Weg hoch, rundherum Wiesen und auf dem Weg hinter ihm sind vier Drohnen zu sehen. — Vier Drohnen starteten jeden Morgen, zwei flogen hinab ins Tal, die anderen beiden den Hang hinauf und dann alle parallel auf 1.000 Meter Höhe.

Zwei weitere Segelflieger und ein Rettungshubschrauber folgten an dem Tag noch. „Wir haben alle umliegenden Flugplätze angerufen und auf die Sperrung hingewiesen“, erinnert sich später Andreas Platis in seinem Büro an der Universität Tübingen, wo er nun am Computer für viele Monate die gesammelten Daten auswertet. „In den folgenden vier Wochen kam es dann aber kaum noch zu Zwischenfällen“, und seine Forschungsgruppe konnte mit über 400 Drohnenflügen die Strömungen im Inntal vermessen.

Jeden Morgen flogen zwei Drohnen ins Tal hinunter, zwei in die entgegengesetzte Richtung den Hang hinauf, jede auf dem Rücken einen „Rucksack“ mit Messelektronik montiert. Die Drohnen stiegen im Parallelflug auf eine Höhe von 1.500 Metern – deutlich langsamer, als Wetterballons dazu in der Lage wären. Dadurch konnten sie Daten über Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Turbulenz in hoher Auflösung und aus einer relativ geringen Höhe sammeln. Weiter oben, in ungefähr drei Kilometern Höhe, durchmaßen Kollegen von der Universität Braunschweig mit einem Forschungsflugzeug den Luftraum. Insgesamt 200 Forschende von 25 Institutionen aus der ganzen Welt waren an dem Projekt namens „TEAM-X“ unter Leitung der Universität Innsbruck beteiligt.

Wettermodelle können bisher Strömungen in einem Bergtal nicht abbilden.

An den Laptops der Bodenstation kontrollierte das Team Wetterdaten. Eine Frau sitzt auf einem Campingstuhl, auf dem Tisch vor ihr ein Laptop. — An den Laptops der Bodenstation kontrollierte das Team Wetterdaten und mögliche Eindringlinge in den abgesperrten Luftraum.

„Wettermodelle sind bisher nur für die Ebene ausgelegt. Die Strömungen in einem Bergtal können sie nicht richtig abbilden. Wetterprognosen funktionieren deshalb in den Bergen meistens nicht so gut. Durch das Forschungsprojekt wollen wir Wettermodelle auch in diesem komplexen Gelände verbessern. Vorhersage gibt es ja hier schon, nur eben nicht sehr präzise“, so Andreas Platis. Wie das Wasser im Inn, so strömt auch die Luft durch das Tal: morgens Richtung Deutschland, abends wieder zurück Richtung Liechtenstein. „Allerdings in der Mitte des Tals mit 10 Metern pro Sekunde deutlich schneller als am Hang mit 3 Metern pro Sekunde, weil dort zwischen Berg und Tal Reibung den Wind abbremst.“ Durch diese „horizontale Scherung“ der Winde entstehen Turbulenzen, die wiederum das Wetter entscheidend beeinflussen.

In den kommenden Jahren werden Doktorarbeiten und zahlreiche wissenschaftliche Fachpublikationen aus den gewonnenen Daten entstehen. „Die gängigen Wettermodelle können mit den Daten trainiert werden und so die Vorhersage von Extremwetter wie Gewittern in den Bergen verbessern. Auch die Geschwindigkeit, mit der Feinstaub aus Bodennähe mittels Turbulenz nach oben abzieht, wird dann besser vorhersagbar“, so Platis.

Aufnahme eines Displays einer Drohne. — Die Drohnen aus Tübingen vermaßen die Strömungen und Turbulenzen bis 1.500 Meter Höhe, im Luftraum darüber flogen Kollegen der Uni Braunschweig in Forschungsflugzeugen samt Sensoren vorbei.

In fünf Jahren werden bessere Wettervorhersagen in den Bergen möglich sein.

Das Forschungsteam aus Tübingen. — Das Forschungsteam aus Tübingen flog einen Monat lang Drohnen durchs Inntal. Von links nach rechts: Moritz Kippenberger, Fabian Launer, Samantha Gallatin, Martin Schön, Lukas Gruchot, Andreas Platis, Tim Herrlinger, Sophia Wüsteney

Aufregungen gab es auch ohne irrlichternde Segelflieger genug: Gewitter zogen ins Tal und alle Flüge mussten umgeplant werden – oder im Gegenteil: Das Wetter war tagsüber so gut, dass auch nachts interessante Strömungsverhältnisse zu erwarten waren und Flüge sinnvoll machten. Einmal büxten Kühe von Bauer Martin aus, auf dessen Hof die Forschungsgruppe übernachtete. Und da die Drohnen ohnehin am Start waren, bat der Bauer um Hilfe bei der Suche aus der Luft.

„Anfangs blickten der Bauer und seine Frau skeptisch auf unsere Messungen“, erinnert sich Moritz Kippenberger, ein Doktorand im Team von Andreas Platis. „Sie waren überzeugt, dass sie das Wetter selbst am besten kennen.“ Doch mit den Tagen wuchs die Neugier und Offenheit. „Erst kamen die Kinder und die 90-jährige Oma und schauten zu, dann auch Bauer Martin und seine Frau Angelika.“

Kippenberger und andere Doktoranden im Team konnten innerhalb weniger Wochen so viele Daten sammeln, dass sie mit der Auswertung und ihren Doktorarbeiten für Jahre beschäftigt sein werden. Die Wetterdienste in Deutschland und anderen Ländern werden auf die Forschungsergebnisse zurückgreifen und ihre Wettermodelle damit trainieren können. „Und irgendwann sind Wettervorhersagen in den Bergen deutlich genauer möglich“, sagt Andreas Platis und wagt eine eigene Prognose: „Vielleicht ist es bereits in fünf Jahren soweit.“

Andreas Platis vom Fachbereich Angewandte Geowissenschaften der Uni Tübingen.