Automatisiertes satellitengestütztes Inventar und Veränderungserkennung von Gletscherseen in Hochgebirgsasien

Warum Hochgebirgsseen für Menschen im Tal wichtig sind

Hohe über der Baumgrenze in Asiens großen Gebirgsketten liegen Zehntausende kleiner, kalter Seen, die auf oder neben Gletschern sitzen. Diese Gewässer mögen entfernt und unberührt erscheinen, doch sie regulieren stillschweigend das Wasser, das in einige der großen Flüsse der Welt fließt – und können gelegentlich verheerende Überschwemmungen auslösen. Diese Studie zeigt, wie Forschende eine neue, voll automatisierte Methode auf Basis offener Satellitendaten nutzten, um nahezu jeden Gletschersee in Hochgebirgsasien zu verfolgen und zu erfassen, wie sich diese Seen in einem wärmer werdenden Klima verändern.

Wasser beobachten auf dem Dach der Welt

Hochgebirgsasien umfasst den Himalaya, Karakorum, Tien Shan und andere Gebirge, die wegen ihrer riesigen Eisreserven manchmal als die „Dritte Pole“ der Erde bezeichnet werden. Schnee- und Gletscherschmelze aus dieser Region speisen Indus, Ganges, Brahmaputra und viele andere Flüsse, die Hunderte Millionen Menschen versorgen. Gletscherseen fungieren als natürliche Speicher, halten Schmelzwasser zurück und geben es allmählich talwärts frei. Wenn jedoch ihre natürlichen Dämme versagen – durch einen Erdrutsch, eine Eislawine oder einfach durch zeitliche Schwächung – können sie Gletscherseeausbrüche (GLOFs) erzeugen, die durch enge Täler rasen und Siedlungsgebiete erreichen. Seit dem 19. Jahrhundert wurden in Hochgebirgsasien fast 700 solcher Ereignisse dokumentiert, mit Tausenden Todesopfern und schweren Schäden an Straßen, Brücken und Wasserkraftanlagen.

Von handgezeichneten Karten zu intelligenten, automatischen Augen

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen seit langem Satellitenbilder zur Kartierung von Gletscherseen, doch frühere Arbeiten beruhten stark auf manuellem Nachzeichnen oder halbautomatischen Werkzeugen, die weiterhin menschliche Korrekturen benötigten. Bergschatten, Schnee, treibendes Eis und dunkles Gestein verwirrten die Software oft und ließen Land mit Wasser verwechseln oder umgekehrt. Infolgedessen ignorierten viele Karten die kleinsten Seen, obwohl auch diese ausbrechen und schwere Überschwemmungen verursachen können. Die neue Studie geht diese Herausforderungen an, indem sie mehrere frei verfügbare Satellitendatenströme kombiniert – optische Bilder von Landsat-8 und Sentinel-2, Radardaten von Sentinel-1, Temperaturinformationen und ein modernes digitales Geländemodell – auf der Cloud-Plattform Google Earth Engine.

Wie der neue digitale Seenfinder funktioniert

Die Forschenden definierten zunächst Zonen um mehr als 94.000 Gletscher in 15 Gebirgsteilregionen und dehnten diese Zonen jeweils um 12,5 Kilometer aus, um Seen zu erfassen, die sowohl durch gegenwärtiges als auch durch vergangenes Eis gebildet wurden. Sie filterten dann Tausende Satellitenaufnahmen, um sich auf die eisfreie Jahreszeit zu konzentrieren, und erstellten clevere „Komposit“-Bilder, die Wolken minimieren und zugleich das wahrscheinlich größte Ausmaß jedes Sees bewahren. Durch die Kombination verschiedener wasserempfindlicher Farbindizes aus optischen Bildern mit Radarreflexionen und das Ausmaskieren steiler Hänge und sehr kalter Flächen identifizierte das System Pixel, die sich wie offenes Wasser verhielten. Diese möglichen Wasserflächen wurden mit objektbasierten Regeln und Histogrammtests bereinigt, um Schatten und andere Störer auszuschließen. In einem zweiten Schritt wurden hochauflösende Sentinel-2-Bilder verwendet, um die Seeumrisse weiter zu schärfen, wobei automatisch Szenen gewählt wurden, in denen jeder See am größten und am wenigsten schneebedeckt erschien. Schließlich wurden flussartige Formen mithilfe globaler Flusskarten herausgefiltert.

Ein detaillierter Zensus der Hochgebirgsseen

Mit dieser Verarbeitungskette erzeugte das Team ein Inventar von 2022 mit 31.698 Gletscherseen in Hochgebirgsasien, das etwa 2.240 Quadratkilometer umfasst – in etwa die Fläche eines kleinen Landes. Die meisten Seen sind klein: Mehr als die Hälfte liegt unter 20.000 Quadratmetern, und nur etwa einer von zehn übersteigt 100.000 Quadratmeter, obwohl diese größeren Seen mehr als 70 Prozent der gesamten Wasserfläche enthalten. Fast 70 Prozent der Seen liegen zwischen 4.000 und 5.400 Metern Meereshöhe, wobei Inner-Tibet die höchsten Seen und der Ost-Tien-Shan einige der niedrigsten beherbergt. Als die Forschenden ihre Kartierung für zwei mehrjährige Perioden, 2016–17 und 2022–24, wiederholten und die Ergebnisse verglichen, stellten sie fest, dass die Gesamtfläche der Seen um etwa 5,5 Prozent zunahm. Das Wachstum war ungleich verteilt: Im Qilian Shan stieg die Fläche um mehr als 22 Prozent, während sich im Pamir kaum etwas änderte. Etwa drei Viertel der Seen blieben annähernd gleich groß, ein kleiner Teil schrumpfte, und der Rest erweiterte sich – insbesondere jene Seen, die direkt an Gletscherfronten angrenzen, was stark mit dem fortschreitenden Gletscherrückgang verknüpft ist.

Wie zuverlässig ist dieses automatisierte Bild?

Um die Leistung des Systems zu prüfen, verglichen die Autorinnen und Autoren dessen Ergebnisse mit mühsamer manueller Kartierung in vier Testregionen, die die wichtigsten Klimazonen Hochgebirgsasiens abdecken. Bei mittleren und großen Seen erkannte die automatisierte Methode mehr als 96 Prozent bzw. 100 Prozent der Seen und zeichnete ihre Umrisse mit einer durchschnittlichen Flächengenauigkeit von rund 97 Prozent nach. Die Leistung sank bei den allergrößten der sehr kleinen Seen, wo begrenzte Bildauflösung und saisonale Vereisung die Erkennung erschweren, doch der Ansatz übertraf andere automatisierte Inventare und kam den besten manuellen Arbeiten nahe.

Was das für Menschen flussabwärts bedeutet

Die Studie zeigt, dass es nun möglich ist, eine nahezu lückenlose, aktuelle Überwachung der Gletscherseen in einer der entferntesten und rauesten Regionen der Welt zu betreiben, ohne auf Heerscharen von Analysten angewiesen zu sein. Das neue Inventar bestätigt, dass diese Seen in Anzahl und Größe zunehmen, während Gletscher dünner werden und zurückweichen, was Bedenken hinsichtlich zukünftiger Ausbruchsfluten schürt, aber auch Klarheit darüber schafft, wo die Wasserspeicherung am schnellsten wächst. Indem die Autorinnen und Autoren ihre Karten und Methoden offen bereitstellen, liefern sie eine solide Grundlage, die Behörden nutzen können, um detaillierte Vor-Ort-Prüfungen zu priorisieren, Frühwarnsysteme zu entwerfen und Infrastruktur mit Blick auf künftige Seeveränderungen zu planen. Mit der fortschreitenden Verbesserung der Satelliten könnte diese Art der automatisierten Überwachung sogar jährliche oder saisonale Aktualisierungen ermöglichen und Gemeinschaften mehr Zeit geben, sich sowohl auf Risiken als auch auf Chancen einer sich verändernden Hochgebirgswasserwelt vorzubereiten.

Zitation: Kumar, R., Vijay, S. Automated satellite-based glacial lake inventory and change detection in High Mountain Asia. Sci Rep 16, 5760 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35446-0

Schlüsselwörter: Gletscherseen, Hochgebirgsasien, satellitenüberwachung, Klimawandel, Überschwemmungsrisiko