Modell V2 von Skitourenguru

1. Einleitung

Skitourenguru ging im Winters 2014/2015 in Betrieb. Im Verlaufe der Jahre sind einige Schwächen der Version V1 zu Tage getreten. Aus diesem Grunde wurde bereits im Jahre 2016 mit der Entwicklung einer Version V2 begonnen. Dieser Artikel gibt eine erste  Einführung in die Funktionsweise der Version 2.

2. Punktrisiko

Die Abbildung 1 veranschaulicht den Ablauf, um das flächige Punktrisiko zu berechnen. Als Eingangsdaten erscheinen zwei Rasterkarten:

  1. Lawinengeländeklassifikationskarte: Diese Karte drückt aus, wie geeignet das Gelände für Lawinenauslösungen ist. Neben der Hangneigung werden auch Hanggrösse, Hangform und Bewaldung berücksichtigt. Der entsprechende Algorithmus lehnt sich konzeptionell an der kanadischen Skala ATES an, unterscheidet sich aber in wesentlichen Implementierungs-Details. Wichtig zum Verständnis ist, dass immer eine weitere Umgebung eines spezifischen Punktes berücksichtigt wird, um festzulegen, inwieweit der Punkt geeignet ist, um Lawinen auszulösen.
  2. Kontinuierliches Lawinenbulletin: Das Lawinenbulletin weist in dreierlei Hinsicht Sprünge bezüglich der Gefahrenstufe auf. Sprünge entstehen an den Grenzen zwischen Gefahrengebieten. Sprünge entstehen auch durch die Anwendung der Einstufenregel bei spezifischen Höhenstufen oder bei Punkten mit Expositionswechsel. Solche Sprünge widerspiegeln nicht den kontinuierlichen Charakter der Gefahrenstufe. Zunächst muss deshalb aus jedem Lawinenbulletin ein kontinuierliches Lawinenbulletin gerechnet werden. Die Umrechnung ist komplex, denn ein Punkt kann im Einzugsgebiet mehrerer Gefahrengebiete liegen und jedes Gefahrengebiet kann eine unterschiedliche Gefahrenstufe und Kernzone (kritische Höhenstufen, kritische Expositionen) aufweisen.

Im folgenden kann aus einer Reduktionsmethode eine sogenannte tagesaktuelle Risikokarte berechnet werden. Diese Karte spezifiziert für jeden Punkt im Gelände eine Risikokategorie:

  1. Tiefes Risiko: Um die Darstellung nicht zu überladen, wird mit Transparenz und nicht mit "grün" gearbeitet.
  2. Erhöhtes Risiko: Gelb.
  3. Hohes Risiko: Rot. Bei extrem hohen Risiko geht "rot" in "dunkelrot" über.

Was die Risikostufen genau bedeuten, kann unter Risikokategorien nachgelesen werden. In der Version V2 kommt nun nicht mehr die Grafische Reduktionsmethode (GRM) zur Anwendung, sondern die sogenannte Quantitative Reduktionsmethode (QRM). Diese Reduktionsmethode wurde speziell für die Version V2 mit Hilfe einer Sammlung von GPS-Tracks und Lawinenunfällen entwickelt. Im Gegensatz zur GRM erlaubt die QRM die Abschätzung von quantitativen Risiko-Relationen. In der Abbildung 1 kommt dies durch die bezifferten "Höhenlinien" zum Ausdruck. Das Gelände wird somit nicht einfach nur in drei Klassen eingeteilt, sondern jedem Punkt wird ein relatives Risiko (d.h. ein Zahlenwert) zugewiesen. In der tagesaktuellen Risikokarte wird dies durch kontinuierliche Farbübergänge ausgedrückt.

Die Risikokarte ist  dynamisch, d.h. sie verändert sich mit jedem Erscheinen eines neuen Lawinenbulletins. Die Lawinengeländeklassifikationskarte hingegen ist statisch, d.h. sie verändert sich nicht. Du kannst in der nachfolgenden Abbilung auf ein beliebiges Bild klicken. Bei den Karten gelangst du so zu einem Kartenbild der Auflösung 1:25'000.

Lawinenbulletin 23. 3. 2017 17h Lawinengeländeklassifikationskarte Tagesaktuelle Risikokarte Reduktionsmethode Abbildung 1: Datenfluss im Modell V2 von Skitourenguru

3. Routenrisiko

Sobald das flächige Lawinenrisiko für die ganze Schweiz (gemäss Abbildung 1) ausgerechnet wurde kann daraus der Risikoindikator für eine spezifische Route berechnet werden. Dies geschieht in vier Schritten:

  1. Die Route wird in 10 m lange Segmente aufgeteilt
  2. Für jedes Segment wird aus dem Punktrisiko ein absolutes Segmentrisiko abgeleitet.
  3. Die absoluten Segmentrisiken können nun mit Hilfe von Gegenwahrscheinlichkeiten "aufmultipliziert" werden. Als Resultat erscheint ein absolutes Routenrisiko.
  4. Aus dem absoluten Routenrisiko  kann zum Schluss der Routenrisikoindikator (tief, erhöht, hoch)  für die Route abgeleitet werden.

4. Weitere Kartenbeispiele

Safiental beim Lawinenbulletin vom 23. 3. 2017 17 h. Das Safiental lag am besagten Tag im Einzugsgebiet von zwei Gefahrengebieten mit unterschiedlicher Gefahrenstufe und Kernzone. Im kontinuierlichen Lawinenbulletin sind die fliessenden Übergänge zwischen Gefahrengebieten, Höhenstufen und Expositionen gut sichtbar.

5. Diskussion

Ist eine flächige Risikokarte wünschenswert?

Skitourenguru erhält laufend Anfragen, weshalb nicht gleich die ganzen Alpen grün, orange und rot eingefärbt werden. Mit der Version V2 wird dies grundsätzlich geschehen. Die flächige Risikokarte dient jedoch als Zwischenresultat, um Routenrisikoindikatoren zu berechnen. Die Publikation der flächigen Risikokarte ist vorderhand nicht vorgesehen. Dies hängt damit zusammen, dass eine solche Karte einen starken Ankereffekt hat. Konkret bestehen Befürchtungen, dass das Publikum eine derartigen Karte nicht sachgemäss einordnen kann. Mehr zur Problematik erfährst du im Artikel Thomas Bayes geht auf Skitour. Ob sich langfristig die Publikation einer flächigen Risikokarte unterdrücken lässt, ist eine andere Frage.

Wie stark hängt der Routenrisikoindikator von der Linienführung ab?

Die Frage wurde im Artikel Routensensitivität beantwortet. Andreas Eisenhut arbeitet seit ein paar Jahren an einem Algorithmus, der aus einer linienförmigen Route einen Routenkorridor ableitet. Skitourenguru zeigt diese Routenkorridore seit drei Jahren mit einer grauen Hintergrundfarbe an. Nun liegt der Gedanke nahe den Routenrisikoindikator nicht über eine Linie, sondern über den Korridor zu berechnen. Entsprechende Arbeiten sind im Gange.

Wie genau wurde die Quantitative Reduktionsmethode (QRM) abgeleitet?

Im Herbst 2018 wird zu dieser Frage ein ausführlicher Artikel erscheinen.

Was sind die wesentlichen Unterschiede zwischen GRM und QRM?

Konzeptionell sind sich die Methoden ähnlich. Es gibt aber vier wichtige Unterschiede:

  1. Die QRM basiert weitgehend auf Daten (Lawinenunfälle und GPS-Tracks).
  2. Die QRM basiert nicht mehr nur auf Hangneigungen, sondern auf einer umfassenden Geländeanalyse.
  3. Es wird unabhängig von der Gefahrenstufe immer der ganze Hang berücksichtigt.
  4. Die QRM erlaubt die Ableitung von quantitativen Risiko-Relationen.

Weshalb arbeitet die QRM bei allen Gefahrenstufen mit dem "ganzen Hang"?

Es gibt mehrere Gründe für diesen grundsätzlichen Design-Entscheid:

  • Die GRM weist eine doppelte Abhängigkeit zur Gefahrenstufe auf. Einerseits nimmt das Risiko linear mit der Gefahrenstufe zu. Anderseits muss bei "erheblich" die steilste Stelle nicht mehr nur in der Umgebung der Spur, sondern im "ganzen Hang" gesucht werden. Die Folge dieser doppelten Abhängigkeit ist ein starker Sprung zwischen "mässig" und "erheblich". Letztendlich ist die Gefahrenstufe ein Datenelement mit einer relativ hohen Unsicherheit. Besonders relevant ist dies bei den zentralen Gefahrenstufen "mässig" und "erheblich". Ein Hang, der in einem Gefahrengebiet mit "mässig" liegt, kann ebenso gut die Gefahrenstufe "erheblich" und umgekehrt aufweisen. Eine doppelte Abhängigkeit von der Gefahrenstufe ausgerechnet in der Zone zwichen "mässig" und "erheblich" ist deshalb nicht angebracht.
  • Man könnte argumentieren, dass die mögliche Fernauslösedistanz mit zunehmender Gefahrenstufe ansteigt. Leider verfügen wir nicht über gesicherte Daten, um einen derartigen Zusammenhang zu belegen. Grundsätzlich lösen Schneebrettlawinen immer nach denselben physikalischen Gesetzen aus. Dies gilt auch für Schneebrettlawinen, die in einem Hang mit "geringer Lawinengefahr" ausgelöst wurden. Bei jeder ausgelösten Lawine haben die geomorphologischen Eigenschaften des "ganzen Hanges" einen Einfluss. Die Berücksichtigung eines grösseren Bereiches in der Umgebung eines Punkt ist deshalb bei allen Gefahrenstufen angebracht.
  • Die QRM wird direkt aus Lawinenunfällen und GPS-Tracks abgeleitet. Die Modellierung soll direkt durch diese Daten gesteuert und nicht durch zusätzliche Annahmen gestört werden (siehe Ockhams Rasiermesser).