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Vom Klimawandel zum Wasserschaden - Einflussfaktoren, Wirkungsmuster & Unsicherheiten
Manfred Stock, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
DWA-Expertengespräch: Klimawandel -Konsequenzen für die Siedlungsentwässerung
INHALT
1. Ursachen Wirkungen bei Starkregenereignissen
2. Beobachtete Veränderungen beim Niederschlag
3. Ansätze zur Abschätzung zukünftiger Veränderungen
4. Mögliche Konsequenzen zur Anpassung
www.pik-potsdam.de/~stock
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Klimaveränderung Extremereignisse ?
Klimawandel
Mittlerer Bodenabtrag Deutschlands seit dem 7. Jh. (Bork et al. 1998: Abb. 5.3)
Im Jahre des Herrn 1342, am zwölften Tage vor den Kalenden des August, das war am Sonntag vor Jacobi, schwoll der Main so stark an wie nie zuvor, dass er oberhalb der Stufen des Würzburger Doms und darüber hinaus die ersten steinernen Statuen umspülte. Die Brücke mit ihren Türmen, die Mauern und viele steinerne Häuser in Würzburg stürzten zusammen. In diesem Jahr gab es eine ähnliche Überschwemmung in ganz Deutschland und anderen Gebieten.
Zitiert nach: Rüdiger Glaser, Klima-geschichte Mitteleuropas, 2001; S. 200
? SchadensereignisseMaßnahmen
2.1: Das historische Schadensereignis, bei dem Deutschland einen Großteil seiner Brücken verlor, kann als Vorbote einer beginnenden Klimaveränderung vom „Klimaoptimum“ des Mittelalters zur sog. „Kleinen Eiszeit“ angesehen werden.
2.1: Das historische Schadensereignis, bei dem Deutschland einen Großteil seiner Brücken verlor, kann als Vorbote einer beginnenden Klimaveränderung vom „Klimaoptimum“ des Mittelalters zur sog. „Kleinen Eiszeit“ angesehen werden.
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Ursachen - Wirkungen - Effekte ©
Klimawandel
Schadensereignisse
Zirkulation & Großwetterlagen1
Regionalklima & Lufttransport
2
Lokalklima: Verdunstung, Konvektion,Mehrphasenkondensation,
Wolkenbildung & Niederschlag
3
Landoberfläche 4
Starkregenereignisse
5a
7
6
Hydrologie: regionale Abflüsse, lokale Strömungs- und Poolprozesse
5b
7
Maßnahmen
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Veränderungen bei Großwetterlagen I
Andauer der Großwetterlagen in Europa 1861-2004 (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005)
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Veränderungen bei Großwetterlagen II
Häufigkeit verschiedener Großwetterlagen im Sommer; 1861-2004 (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005)
NWA, NWZ SWA, SWZ, SEA, SEZ, SA, SZ, TB, TRW
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Niederschlag: Jahressumme & Trend 1951-2003
Datenbasis: 1693 DWD-Stationen; Modellierung und Rechnung: Gerstengarbe & Werner 2005
Trend [mm]Mittel [mm]
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Niederschlagstrend: Sommer / Winter
Schönwiese & Trömel 2005: Zeitreihe 1901-2003 in Deutschland – Überschreitungswahrscheinlichkeit von 180 mm
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Änderung Wahrscheinlichkeit Starkregenereignisse
S. Trömel & C.-D. Schönwiese, PIK Workshop December 12-13, 2005
> 95th percentile
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Veränderung - Niederschlagswahrscheinlichkeit
Schönwiese et al. 2005 (INKLIM 2012)
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Karl & Trenberth, SCIENCE (302), Dec. 2003
Intensity Classes of Seasonal Precipitation
Seasonal total precipitation: 230mm±5mm. Temperature classes: blue -3˚C to 19˚C, pink 19˚C to 29˚C, dark red 29˚C to 35˚C.
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Gewitterhäufigkeit und Konvektionsindizes
Konvektionsindizes als Gewitterindikator:• CAPE =: Convective Available Potential Energy• CIM =: Convective Inhibition
C Kottmeier, M Kunz, T Hofherr, N Lichtenberger, J Sander, Karlsruhe 2005 (KLARA 2005)
Zunahme der Anzahl der Gewittertage im Zeitraum 1949-2000
Zunahme der Anzahl von Tagen mit hohen Gewitterpotenzial im Zeitraum 1971-2003 (Station Stuttgart)
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Trends der Häufigkeit von Starkregentagen
Starkregentage (> 30 mm)im Sommer (Juni-August)
1881-2001 (30-jährige Glättung)
W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002)
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Trends der Häufigkeit von Starkregentagen
Starkregentage (> 30 mm)im Sommer (Juni-August)
1881-2001 (30-jährige Glättung)
W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002)
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Niederschlag
>| |< ~18 kmRegionalisierung
Klimawandel Wasserhaushalt
T~250 km
Globales Szenario GCM
Klimamodell
global
?lokal
Niederschlag2050
Infrastruktur
Böden/Geologie
Landnutzung
Hydrologie
Klimadaten
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Regionalisierung von Klimaszenarien
Skale
~250 km ECHAM4-OPYC3 MPI Hamburg
Globales Klimamodell
~18 kmRand- und
Anfangswerte
REMO MPI Hamburg
Regionales Klimamodell
Beobachtungs-daten
Zirkulations-muster
WettReg Meteoresearch
Statistisches Downscaling
Beobachtungs-daten
generalisierteTrendinformation
STAR PIK-Potsdam
CLM (nichthydrostatisch)
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Regionale Verteilung zukünftiger Niederschläge
Gerd Bürger 2004 (www.dfnk.de)
IST-Klima
Jahresmittel 1800 – 210030-jährige Datenfenster
BAU-Klima BAU-Klima
IST-Klima
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<-1.5
(-1.5; -1.25)
(-1.25; -1.0)
(-1.0; -0.75)
(-0.75; -0.5)
(-0.5; -0.25)
(-0.25; 0)
0
(0; 0.25)
(0.25; 0.5)
(0.5; 0.75)
(0.75; 1.0)
(1.0; 1.25)
(1.25; 1.5)
>1.5
-350; -300
-300; -250
-250; -200
-200; -150
-150; -100
-100; -50
-50; 0
0
0; 50
50; 100
100; 150
150; 200
200; 250
Difference between 1961-1990 and 2070-2099 (A2, HadRM3-P)
Mean precipitation Annual maximum precipitation
Kundzewicz et al. (2004)
Klimawandel Niederschlagsverteilung I
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Klimawandel Niederschlagsverteilung II
Relative percentage change in precipitation for July-September in the IPCC A2 scenario with respect to the present day
seasonal mean five-day mean (> 95th percentile)
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DischargePrecipitation
urbanized area
natural area
Wasserabflussverteilung
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Zeitreihen- und Skalenanalyse I
Trends Abflussdaten Donaueinzugsgebiet:
О fallend О nicht signifikant О steigend
(Craigmile-Percival Trendanalyse + wavelets)
Kallache et al. 2005
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Zeitreihen- und Skalenanalyse II
Korrelationsstruktur der Abflussdaten Donaueinzugsgebiet:
sc
hw
ac
h Sta
rk
korreliert
langzeit
kurzzeit
Kallache et al. 2005
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Zuweisung ortsabhängiger Gefährdungsklassen
Thomas Loster, MuRe 2004
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safe
unsafe
Einflussfaktoren bei Schadensereignissen
GEWÄSSER
extreme Pegel & Strömungen
Häufigkeit F(r,u,h)
UFER- und FLUSSBETT UMBAU
Extrem-Wetter
KLIMA LANDSCHAFT
STARKREGEN
extreme Abflüsse
Gelände- & Bodenzustand
SIEDLUNGEN
RISIKO R(r,w,u,h) = F*L
WWerte
Schadens-potenzial
Konsequenzen L(r,w)
Schutz-potenzial
r : regionale Lagew : Werteverteilungu : Strömungsgeschwindigkeith : Wasserstandshöhe
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Resümee
1. Starkregenereignisse haben vielfach an Häufigkeit und Intensität zugenommen. Dies ist regional sehr unterschiedlich ausgeprägt und vereinzelt zeigen sich auch abnehmende Trends.
2. Bei großen Flutereignissen zeigt sich bisher kein signifikanter Trend, allerdings deutet sich bei Flutereignissen insgesamt ein Anstieg an. Hinweis auf lokale, kleinräumige extreme Ereignisse: Hot Spots!
3. Eine Anpassung der Siedlungsentwässerung an den Klimawandel ist notwendig und erfordert regional differenzierte Maßnahmen.
4. Die Ursachen-Wirkungsanalyse braucht eine Kombination von: - verifizierten regionalen hydrometeorologischen Datenreihen auf Stundenbasis,- innovativen Verfahren der Zeitreihen- und Skalenanalyse sowie- statistischen und dynamischen nichthydrostatischen Klimamodellen.
5. Sowohl Datenlage wie Zustand der Modelle sind derzeit noch für eine Projektion zukünftiger Entwicklungen unbefriedigend bis ungenügend.
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Danke!
It‘s better to be vaguely right, than precisely wrong.
(K. Popper)
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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Literatur- & Quellenhinweise• F.-W. Gerstengarbe, P. C. Werner, 2005: Katalog der Großwetterlagen Europas (1881-2004) nach Paul Hess und Helmut
Brezowsky, 6., verbesserte und ergänzte Auflage (September 2005); PIK-Report No.100 (www.pik-potsdam.de/publications/pik_reports)
• Wolfgang Fricke, Uwe Kaminski, Hohenpeißenberg (2002): „Ist die Zunahme von Starkniederschlägen auf veränderte Wetterlagen zurückzuführen?“; GAW-Brief Nr.12 (www.dwd.de/de/FundE/Observator/MOHP/hp2/gaw/gaw_briefe/gaw_briefe.htm)
• Integriertes Klimaschutzprogramm - INKLIM 2012; Abschlussbericht zu Baustein II (2005), Klimawandel und Klimafolgen in Hessen (www.hlug.de/medien/luft/inklim)
• KLARA - Klimawandel - Auswirkungen, Risiken, Anpassung; M. Stock (Hrsg.) (July 2005), PIK- Report No.99 (www.pik-potsdam.de/publications/pik_reports)
• DWD 2005: Rudolf, B., H. Frank, J. Grieser, G. Müller-Westermeier, J. Rapp, W. Trampf, Hydrometeorologische Aspekte des Hochwassers in Südbayern im August 2005; (www.dwd.de/en/FundE/Klima/KLIS/int/GPCC/News/Bilder/Hochwasser-Bayern-2005.pdf)
• Deutsches Forschungsnetz Naturkatatrophen (DFNK), Abschlussbericht 2004. Herausgeber: Dr.-Ing. Bruno Merz, Dr. Heiko Apel, GeoForschungsZentrum Potsdam (www.dfnk.de)
• Schönwiese & Trömel 2005: Langzeitänderungen des Niederschlags in Deutschland; in J. L. Lozán et al. (Hrsg.): Warnsignal Klima: Genug Wasser für alle?, Hamburg 2005
• Parry, M.L. (ed.), 2000: Assessment of Potential Effects and Adaptations for Climate Change in Europe: The Europe ACACIA Project. University of East Anglia, Norwich, United Kingdom, 324 pp.
• PIK Workshop December 12-13, 2005: New Developments in Trend- and Extreme Value Analysis of Hydrometeorological Time Series (www.pik-potsdam.de/skalenanalyse/)
•M. Kallache, H. Rust, J. Kropp, Stochastic Modelling and Trend Assessment of River Run-Off Data in Southern Germany; Geophysical Research Abstracts, Vol. 7, 04686, 2005
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Definition Starkregen
Geiger, H., H. Zeller, G. Röthlisberger (1991): Starkniederschläge des schweizerischen Alpen- und Alpenrandgebietes, Band 7, S. 55 ff., Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf 1991.
Rekorde (DWD 2005):
126 mm in 8 Minuten Füssen, 25. Mai 1920
312 mm / 24 hZinnwald, 12.-13.8.2002
Regen mita) einer im Verhältnis zur Dauer hohen Niederschlagsintensität undb) daher seltenem Eintritt (im Mittel höchstens zwei pro Jahr)
Ortsabhängig!
KOSTRA-2000 (T=100a)
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Ursachen - Wirkungen - Effekte
Klimawandel
Schadensereignisse
Zirkulation & Großwetterlagen1
Regionalklima & Lufttransport
2
Lokalklima: Verdunstung, Konvektion,Mehrphasenkondensation,
Wolkenbildung & Niederschlag
3
Landoberfläche 4
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5a
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5b
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Maßnahmen