Nya metoder för att mäta snöegenskaper

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Nya metoder för att mäta snöegenskaper"

Sven Strömberg
för 7 år sedan
Visningar:

1 Nya metoder för att mäta snöegenskaper - snödjup, densitet, fukthalt, vattenekvivalent David Gustafsson, KTH Mark- och vattenteknik davidg@kth.se,

2 In-situ mätsystem för snöegenskaper - EU projekt SNOWPOWER - Fältförsök i Davos, Schweiz - Snödensitet fukthalt vattenekvivalent Markradar (GPR) - Tillämpningar forskningsprojekt KTH - Flerkanaligt system för snödensitet 2

3 Mätsystem för snödensitet och fukthalt, vattenekvivalent (1-1m) Kalibrering av fjärranalysmetoder 3

4 Sensorkabel: mätprincip kapacitans för en 3-ledare 6 cm ε= relativ dielektrisk konstant (permittivitet) Materialegenskap => snödensiteten 4

5 Dielektrisk egenskaper Is och vatten Permittivity SNOWPOWER GPR, TDR Real part Ice Water Imaginary part Frequency in Hz 5

6 Snö komplext material Blandning av luft, vatten, is Looyenga s mixing rule (1965) ε 1/ 3 snö 1/ 3 = θis ( ε is 1) + θvatten( ε vatten 1/ 3 1) + 1 Mätningar ε snö vid flera frekvenser (~khz) Lösa ekvationsystemet: ε snö = f [θ is, θ vatten ] ε is (~khz) = f(t) 6

7 Fältapplikation mast Luft sensorkabel Snö temperatur snödjup Mark 7

8 Weissfluhjoch, Davos, Schweiz (255möh) Manuella snöprofiler Snökudde Lysimeter (smältvatten) Historisk försöksområde (lavinforskning) Manfred Stähli, Roland Meister, Martin Schneebeli -WSL Swiss Federal Institute for Forest, Snow, and Landscape Research Wolfram Sommer, Sommer Mess-Systemtechnik, Österrike Markus Stacheder, Alexander Brandelik, mfl., Forschungzentrum Karlsruhe, Tyskland 8

9 Densitet (25-6) SNOWPOWER sensor: sloping cable Weissfluhjoch / Davos 4 35 Snow density (kg m-3) /11/25 14/12/25 3/1/26 23/1/26 12/2/26 4/3/26 24/3/26 SNOWPOWER sensor (Ex3) Manual measurements 9

10 Snövattenekvivalent 25-6 SNOWPOWER sensor: sloping cable Weissfluhjoch / Davos 6 5 SWE (kg m-2) /11/25 14/12/25 3/1/26 23/1/26 12/2/26 4/3/26 24/3/26 SNOWPOWER sensor (Ex3) Manual measurements 1

11 Jämförelse med snökudde Snökudde SNOWPOWER Manuell 11

12 Jämförelse simulerad SWE 12 Manual snow profiles Simuleringsmodell + snödjupsmätning = snönederbördsmätare SWE (mm) simulated (SNOWPACK) 8 m cable (45 ) 1 m cable (3 )

13 Fält-kalibrering vs. Lab-kalibrering 13

14 Fukthalt i snö 1 24 Liquid water water content content (volume (m 3 m %) -3 ) Horizontal flat-band cable 1 Horizontal flat-band cable 2 Lysimeter outflow Accumulated lysimeter outflow (mm) 24-Apr 4-Mai 14-Mai 24-Mai 3-Jun 13-Jun 23-Jun 14

15 Interaktion snö-sensor Belastningar av snöns tyngd Vattenflöde kring sensorkabel? Absorption av strålning Luftspalter kring sensor? 15

16 Prototyp version 25-6 Vajrar minska vibrationer Övergång till koaxialkablar och fäste till upphängning Skåp för mätinstrument, logger och GSM modem sensorkabeln 16

17 Slutsatser SNOWPOWER sensorn Direkt mätmetod för snödensitet, fukthalt, vattenekvivalent Stor punktmätning, 1~1m Hög tidsupplösning Koppling Fjärranalys Övervakning smältförlopp Svårigheter: Kalibrering (mätinstrumentet) Installation interaktion med snön Prototyp (Sommer-Mess-Systemtechnik, Österrike) testas i Davos i samarbete med WSL 17

18 Snödjup och snödensitet med flerkanalig markradar Forskningsprojekt vid KTH: Snöinterception och klimatvariabilitet Betydelse för vattenbalans Snöfördelning i skog och öppen mark studeras med markradar (GPR) 18

19 Tid (ns) Djup (m) Densitetsvariationer Problem och möjlighet v = c ε ρ << ρ Snödensitetsvariation => hastighetsvariation 19

20 Multipla avstånd mellan sändar- och mottagarantenn R R R T Två obekanta Hastighet, v=c/(ε snö ).5 Djup, d Två kända: Tid Antennavstånd ρ snö = f(ε snö ) SWE = d ρ snö 2

21 Skog-skidspår-hygge 1 depth (m) velocity (m/ns) density (kg/m3) SWE (mm) length (m) 21

22 Saltoluokta 25 (1 km efter skoter)* 4 djup (m) densitet (kg m -3 ) SWE (mm) distans (m) *Uppdrag åt Vattenfall tillsammans med Malå/Raycon AB 22

23 Slutsatser flerkanalig GPR-mätning Stor potential förbättra GPR-mätningar direkt skattning av snödensitet, snödjup och vattenekvivalent Höga krav på noggrann tolkning - okonsistent tolkning mellan kanalerna -> spridning i resultat Bäst för djupa snötäcken - höga krav på instrumentkalibrering vid tunna snötäcken Förbättrad metod för fördelning vatten-is nödvändig 23

24 Sammanfattning Nya metoder för att mäta snödensitet och vattenekvivalent: - Kabelsensor (SNOWPOWER) - Flerkanalig markradar Nya projekt Förbättrade mätmetoder Optimal kombination av mätningar fördelade i tid och rum som input till modeller 24

25 Tack för visat intresse 25

Relevanta dokument

Mätsystem för förbättrade snö- och avrinningsprognoser

Mätsystem för förbättrade snö- och avrinningsprognoser David Gustafsson, Mark och vattenresursteknik KTH Jesper Ahlberg Angela Lundberg, LTU Nils Granlund Fredrik Wetterhall, SMHI Göran Lindström Förbättra