Projekt

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Decadal hydro-glaciological forecasts for the Swiss hydropower sector in high mountain catchments

Gesuchsteller/in Farinotti Daniel
Nummer 154290
Förderungsinstrument Ambizione Energie
Forschungseinrichtung Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
Hochschule Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft - WSL
Hauptdisziplin Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Beginn/Ende 01.11.2014 - 31.10.2017
Bewilligter Betrag 553'377.00
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Alle Disziplinen (4)

Disziplin
Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Klimatologie, Atmosphärenphysik, Aeronomie
Meteorologie
Andere Gebiete der Umweltwissenschaften

Keywords (5)

Glaciology; Decadal forecasting; Hindcast; Accuracy assessment; Hydrology

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Mit dem Beschluss vom 25. Mai 2011, hat sich der Bundesrat für einen schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergiegewinnung entschieden. Durch die Schliessung der fünf Kernkraftwerke steht die Schweiz damit der Herausforderung gegenüber, bis 2035 40% ihrer derzeitigen Elektrizitätsproduktion zu ersetzen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat der Bundesrat die "Energiestrategie 2050" erarbeitet, welche einerseits auf eine Steigerung der Effizienz im Energieverbrauch und andererseits auf den Ausbau sogenannter "neuer erneuerbarer" Energiequellen setzt. Eine zentrale Rolle im Übergang zum anvisierten neuen Energieversorgungskonzept nimmt jedoch eine bereits vorhandene und erprobte Energiegewinnungstechnik ein: die Wasserkraft. Der Bundesrat schätzt, dass bis 2050 eine Wasserkraftproduktionserhöhung von 10% nötig sein wird, um Versorgungslücken zu vermeiden. Dies erfordert eine Effizienzsteigerung in einem bereits hoch optimierten Sektor.
Lay summary

Ziel dieses Projektes ist es, durch das Erstellen von dekadischen hydro-glaziologischen Vorhersagen  für hochalpine Einzugsgebiete, die für die Wasserkraftproduktion genutzt werden,  das Erreichen der in der Energiestrategie 2050 definierten Ziele zu unterstützen. Die Vorhersagen zielen dabei auf Variablen, die sowohl für die Energieproduktion als auch für die Infrastrukturplanung von Wasserkraftanlagen von Bedeutung sind. Im Gegensatz zu den bekannteren langzeit Klimaänderungsprojektionen, sind die Vorhersagen auf einen mittelfristigen Prognosehorizont (Monate bis ein Jahrzehnt) ausgelegt. Ermöglicht wird dies durch das Abbilden der hydro-glaziologischen Prozesse in den untersuchten Einzugsgebieten mittels numerischer Modelle, und die Anwendung eines relativ jungen Produkts der Atmosphärenwissenschaften, welches unter dem Namen dekadische Vorhersagen bekannt ist. Dekadische Vorhersagen sind Prognosen, die ähnlich wie Wettervorhersagen aber entgegengesetzt zu Klimaszenarien, den jetzt-Zustand von Komponenten die im Klimasystem eine gewisse Trägheit aufweisen (z.B. bestimmte Temperaturverteilungen in den Ozeanen) nutzen, um den Zustand des Systems mittelfristig vorherzusagen. Von besonderem Interesse an dieser Art von Vorhersage ist zudem, dass durch sogenannte retrospektive Vorhersagen (englisch hindcasts) die Vorhersagegenauigkeit abgeschätzt werden kann. Anders als in durch Klimaszenarien-getriebene Simulationen, zielt dieses Projekt demnach nicht nur auf eine Vorhersage an sich, sondern auch auf die Angabe einer  Vorhersagegenauigkeit.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 24.07.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Accuracy assessment of digital surface models from unmanned aerial vehicles’ imagery on glaciers
Gindraux Saskia, Boesch Ruedi, Farinotti Daniel (2017), Accuracy assessment of digital surface models from unmanned aerial vehicles’ imagery on glaciers, in Remote Sensing, 9(2), 189.
Glacier modeling
Farinotti Daniel (2017), Glacier modeling, in Richardson D. et al. (ed.), Wiley-Blackwell and the Association of American Geographers, Washington DC, 1-4.
From dwindling ice to headwater lakes: Could dams replace glaciers in the European Alps?
Farinotti Daniel, Pistocchi Alberto, Huss Matthias (2016), From dwindling ice to headwater lakes: Could dams replace glaciers in the European Alps?, in Environmental Research Letters, 11(5), 054022.
Mass-balance reconstruction for Glacier No. 354, Tien Shan, from 2003 to 2014
Kronenberg Marlene, Barandun Martina, Hoelzle Martin, Huss Matthias, Farinotti Daniel, Azisov Erlan, Usubaliev Ryskul, Gafurov Abror, Petrakov Dmytri, Kääb Andreas (2016), Mass-balance reconstruction for Glacier No. 354, Tien Shan, from 2003 to 2014, in Annals of Glaciology, 57(71), 92-102.
Monitoring the subsurface of an Alpine glacier using polarimetric SAR observations at L-band
Parrella Giuseppe, Farinotti Daniel, Hajnsek Irena, Papathanassiou Konstantinos P. (2016), Monitoring the subsurface of an Alpine glacier using polarimetric SAR observations at L-band, in Proceedings of the 11th European Conference on Synthetic Aperture Radar (EUSAR), VDE, Berlin.
Attribution of streamflow trends in headwater catchments of the Tarim River, Central Asia
Duethmann Doris, Bolch Tobias, Farinotti Daniel, Kriegel David, Vorogushyn Sergiy, Merz Bruno, Pieczonka Tino (2015), Attribution of streamflow trends in headwater catchments of the Tarim River, Central Asia, in Water Resources Research, 51(6), 4727-4750.
Re-analysis of seasonal mass balance at Abramov Glacier 1968-2014
Barandun Martina, Huss Matthias, Sold Leo, Farinotti Daniel, Azizov Erlan, Salzman Nadine, Usubaliev Ryskul, Merkushkin Alexander, Hoelzle Martin (2015), Re-analysis of seasonal mass balance at Abramov Glacier 1968-2014, in Journal of Glaciology, 61(230), 1103-1116.
Substantial glacier mass loss in the Tien Shan over the past 50 years
Farinotti Daniel, Longuevergne Laurent, Moholdt Geir, Duethmann Doris, Mölg Thomas, Bolch Tobias, Vorogushyn Sergiy, Güntner Andreas (2015), Substantial glacier mass loss in the Tien Shan over the past 50 years, in Nature Geoscience, 8(9), 716-722.
An updated bedrock topography for Gries- and Findelengletscher
Feiger Nadine, Huss Matthias, Leinss Silvan, Sold Leo, Farinotti Daniel, An updated bedrock topography for Gries- and Findelengletscher, in Geographia Helvetica, N.A..

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Glaciology group at VAW - ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Institut Català de Ciències del Clima (IC3) Spanien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Institute of Geodesy and Photogrammetry - ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Geosciences Department - University of Fribourg Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Hydropower companies Schweiz (Europa)
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Federal Office of Meteorology and Climatology MeteoSwiss Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Institute of Earth Surface Dynamics - University of Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Department of Geography - University of Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Hydrology Section - German Research Centre for Geosciences Deutschland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
C3i Group - University of Geneva Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
IGS Nordic Branch Meeting 2017 Vortrag im Rahmen einer Tagung The hydropower potential in a deglacierizing world 25.10.2017 Uppsala, Schweden Farinotti Daniel;
EGU General Assembly 2017 Poster Exploring the hydropower potential of future ice-free glacier basins 23.04.2017 Vienna, Österreich Farinotti Daniel;
Alpine Glaciological Meeting 2017 Poster Towards an operational platform for glacier mass balance monitoring 02.03.2017 Zurich, Schweiz Farinotti Daniel;
Introductory lecture at the Studio Meili Vogt Conzett (ETH D-ARCH) Einzelvortrag Dwindling glaciers and future water availability - Is there something we can do? 22.02.2017 Zurich, Schweiz Farinotti Daniel;
Seminar of the Center for Applied Geosciences - University of Tübingen, Germany Einzelvortrag Dwindling water resources from glacierized catchments: Is mitigation possible? 02.12.2016 Tübingen, Deutschland Farinotti Daniel;
Swiss Geoscience Meeting 2016 Vortrag im Rahmen einer Tagung Dwindling water resources from glacierized catchments: Is mitigation possible? 19.11.2016 Geneva, Schweiz Farinotti Daniel;
SCCER-SoE annual meeting 2016 Poster Use of UAV photogrammetry on glaciers: Limitation and Challenges 12.09.2016 Visp, Schweiz Gindraux Saskia; Farinotti Daniel;
SCCER-SoE annual meeting 2016 Einzelvortrag New insights in the perspectives of glaciers to supply water for hydropower production 12.09.2016 Visp, Schweiz Farinotti Daniel;
SCCER-SoE annual meeting 2016 Poster Replacing glaciers with dams? A provocative thought on the possibility of mitigating future summer-runoff decline 12.09.2016 Visp, Schweiz Farinotti Daniel;
Conference on Small Unmanned Aerial Systems for Environmental Research 2016 Poster Accuracy assessment of UAV-photogrammetry on alpine glaciers 28.06.2016 Worcester, Grossbritannien und Nordirland Gindraux Saskia; Farinotti Daniel;
XVI Glaciological Symposium 2016 Vortrag im Rahmen einer Tagung Accuracy assessment of UAV photogrammetry on an Alpine glacier 24.05.2016 St Petersburg, Russland Gindraux Saskia; Farinotti Daniel;
XVI Glaciological Symposium 2016 Vortrag im Rahmen einer Tagung Towards nation-wide, operational glacier mass balance monitoring 24.05.2016 St Petersburg, Russland Farinotti Daniel;
EGU General Assembly 2016 Vortrag im Rahmen einer Tagung From dwindling ice to headwater lakes: Could dams replace glaciers in the European Alps? 17.04.2016 Vienna, Österreich Farinotti Daniel;
Alpine Glaciological Meeting 2016 Poster Two new bedrock topographies for Gries- and Findelengletscher 25.02.2016 Munich, Deutschland Farinotti Daniel;
Swiss Geoscience Meeting 2015 Poster Accuracy assessment of UAV photogrammetry on Alpine glaciers 20.11.2015 Basel, Schweiz Farinotti Daniel; Gindraux Saskia;
SCCER-SoE PhD School 2015 Einzelvortrag Future water and sediment from glaciers and alpine areas: Perspectives for hydropower 13.10.2015 Grimsel Hospiz, Schweiz Farinotti Daniel;
SCCER-SoE annual meeting 2015 Poster Towards decadal runoff predictions for high-alpine catchments 10.09.2015 Neuchatel, Schweiz Gindraux Saskia; Farinotti Daniel;
26th IUGG General Assembly Vortrag im Rahmen einer Tagung News from the IACS Working group on Glacier ice thickness 22.06.2015 Prague, Tschechische Republik Farinotti Daniel;
26th IUGG General Assembly Poster Intra-seasonal variability of snow spatial patterns on glaciers and the potential of Unmanned Aerial Vehicle photogrammetry 22.06.2015 Prague, Tschechische Republik Gindraux Saskia; Farinotti Daniel;
AGU Fall Meeting 2014 Vortrag im Rahmen einer Tagung Adding the Long-Term Perspective: Tien Shan’s Glacier Mass Change during 1961-2012 19.12.2014 San Francisco, Vereinigte Staaten von Amerika Farinotti Daniel;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Riederalp 2016 - Cryosphere Workshop 15.03.2016 Riederalp, Schweiz

Veranstaltungen zum Wissenstransfer

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
ETH-Klimarunde 2016 Workshop 08.11.2016 Zurich, Schweiz
Fachtagung des Schweizerischen Talsperrenkomitees 2016 Poster 08.09.2016 Visp und Griessee, Schweiz


Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Wäre es nicht einfacher und nachhaltiger, den Energiebedarf zu senken? Pro Natura Magazin Deutschschweiz 2017
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Die Wasserwirtschaft macht sich den Klimawandel zunutze NZZ Deutschschweiz 2017
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Ghiaccio che cola - Il riscaldamento globale e lo scioglimento dei ghiacciai Radiotelevisione Svizzera, Oltre la News Italienische Schweiz 2017
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Ein guter Sommer für Gletscher NZZ Deutschschweiz 2016
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Wasserknappheit - Staudämme statt Gletscher? Deutschlandfunk Deutschschweiz International 2016
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Passione Rodano - Alto Vallese, il ghiaccio che diventa fiume. Nasce il Rodano RSI Rete Due Italienische Schweiz 2015
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Millevoci - Polo Sud RSI Rete Uno Italienische Schweiz 2014

Abstract

The new Energy Strategy 2050, elaborated by the Swiss Government in order to guarantee sufficient electricity provision after the gradual shut-down of the five National nuclear power plants, has identified hydropower as key element for achieving the ambitious goal of replacing 40% of the current electricity production. In particular, a 10% increase in hydropower production by 2050 has been estimated to be necessary. Achieving this goal will require increasing the efficiency in a sector that is already highly optimized.The ultimate goal of the here proposed project is to provide decadal, operational forecasts for the evolution of hydro-glaciological variables that drive hydropower production and the planning of hydropower infrastructure in the Alpine environment. The forecasts will target at a multi-year to decadal time horizon, and include predictions for the evolution of runoff and glacier geometry.In the recent past, the field of decadal forecasting has been developing fast in the context of atmospheric sciences. By making use of the predictive power that the current state of various mid-term persistent phenomena have on the evolution of the atmospheric system, decadal forecasts that outperform classical climate change scenarios have been developed. The project will make use of such forecasts for driving an ensemble of hydro-glaciological models, and explore the possibility of further increasing the accuracy of the forecasts by using the inertia that cryospheric components have in the hydrological cycle. Substantial information for this purpose will be gained by making use of a fast developing measuring technique, known as Structure from Motion (SfM).Two main points contribute making this project innovative: On the one hand, the use of decadal atmospheric forecasts for impact-assessment like studies is currently limited. Whilst such forecasts have been used for predicting the frequency of hurricanes or drought events for example, no application in the hydro-glaciological context is found yet. The possibility of extending the framework to components of the cryosphere is unexplored. On the other hand, applications of SfM-techniques in the context of geosciences are in their infancy, although analyses suggest an unprecedented accuracy at an exceptionally low cost. This would allow the precise quantification of different parameters that are important for glacio-hydrological forecasting such as the distribution of the snow depth, the glacier ice-flow speed, or even the magnitude of sediment transport. The here proposed project will take place at the Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research (WSL), and aims at supporting the build-up of a Competence Center for the Supply of Energy (SCCER-SoE) recently initiated by the Federal Commission for Technology and Innovation. By actively cooperating with a number of partners and stakeholders both included and external to SCCER-SoE, the project will benefit from specific expertise in various fields, eliminate redundancies, and maximize the revenue of the funding.
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