Estimering av vannmengden i snø ved bruk av radarsatellittmålinger

Knowledge on snow storage in the Norwegian high mountains is of great importance for production planning and market analysis in the hydropower industry. It is also a very important parameter for public agencies and authorities that are responsible for flood analysis. Today, the size of the snow storage is estimated using models and using manual snow measurements. It is however challenging to get accurate estimates of the snow reservoirs using modeling tools and the manual methods are time-consuming, weather-dependent and constitute a safety risk. A technology that has the potential to meet the industry's needs for efficient monitoring of snow storages over large areas is satellite remote sensing. It has been shown in this project that there is a connection between the snow storage and changes in the backscattered signals from radar satellites. In this project, radar data from the satellite TerraSAR-X has primarily been used and this has a radar frequency of approx. 9 Ghz. The project collected satellite measurements over 3 winter seasons and has based on these produced products over selected catchment areas that provide information on the snow storages. In collaboration with power producers, the satellite-based results have been validated against manual snow measurements as well as data from hydrological models. The results of the project show that there is a signal from the radar measurements related to changes in snow storage, but that the method for producing information on snow quantities from the radar information is not consistent and robust enough to be used in an operational context. There is a need for further research and development to further understand the radar signals' interaction with the snow pack during the various parts of the winter season.

Prosjektet har bidratt til at man har fått en økt kompetanse på teknologi og metodikk for å analysere radarsignaler fra satellitt til å kunne bestemme snømengder. Prosjektet har bidratt til at man har en bedre forståelse for eksisterende men også kommende satellittsystem som kan brukes videre i metodeutvikling. I tillegg har man bedre forståelse av hvor fokus bør videre prioriteres vedrørende metodeutviklingen. Videre har prosjektet fått en økt forståelse av behovene blant brukere, problemer med eksiterende system og spesifikasjoner på hvordan fremtidens satellittbaserte produkter kan bidra til å løse eksisterende problemer i industrien. Effektene av dette er at man etter prosjektets slutt vil se etter nye muligehter for å kunne videre fortsette metode-og teknologiutviklingen for å oppnå en robust og nøyaktig metodikk for å estimere snømengdene i de norske høyfjellene.

For å effektivt kunne estimere avrenning til kraftselskapene reservoar brukes hydrologisk modellering som igjen er drevet av meteorologiske modeller og målinger. Avrenningen modelleres for hele nedbørfelt som kan være svært store, flere hundre kvadratkilometer. For å kalibrere den hydrologiske modellen gjennomføres snømålinger minst en eller flere ganger per vinter. Snømålinger som gjennomføres i dag, gjøres hovedsakelig med manuelle metoder. Dette betyr at folk må ut i felt for å måle snødybden og tetthet for å kunne estimere hvor mye vann som ligger lagret i snøpakken. Siden snømålinger kræver mye tid og ressurser gjennomføres målingene på strategiske plasser eller strekkinger som skal representere et gitt geografiskt areal. Da det er en begrenset dekning av snømålinger i et nedbørfelt er usikkerheten i estimatene på hvor mye vann som faktisk er lagret i snøpakken store. Spesielt under unormale år der snøfordelingen skiller seg veldig fra et normalår, så kan avrenningestimatene bli helt feil, noe som kan ha stor negativ økonomisk konsekvens for kraftselskapene, men som også kan utgjøre en større fare for samfunnet siden flomfaren kan være underestimert. Selskapet Globesar har ilag med forskningsinstutisjonen Norut tatt frem en prototype på en satellittbasert metode som kan kvantifisere mengden vann i en snøpakke. Da satellittmålinger brukes kan store areal måles svært tidseffektivt og med høy temporal og romlig oppløsning. En slik satellittbasert metode kan potentielt revolusjonere hvordan kraftselskapenes snøanalyser i forbindelse med kraftproduksjon gjennomføres i fremtiden.