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54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Extreme Hochwasser in Zentraleuropa seit AD 1000 Mudelsee, M., Börngen, M., Tetzlaff, G. LIM Institut für Meteorologie.

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1 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Extreme Hochwasser in Zentraleuropa seit AD 1000 Mudelsee, M., Börngen, M., Tetzlaff, G. LIM Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, Deutschland unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft

2 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 nach IPCC (2001): CO 2, etc. Temperatur hydrologischer Zyklus, Niederschlag Hochwasserauftrittsrate *

3 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Oder Elbe Dresden Eisenhüttenstadt Erzgebirge Sudeten Mountains Mittlere Elbe, mittlere Oder: Einzugsgebiet 150,000 km 2

4 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Hochwasser inHerangehensweise Zentraleuropa Daten<= 1850: Weikinns Quellentexte > 1850: Abflussmessungen Methoden Klassenbildung statistische Schätzung Resultate Hochwasserauftrittsrate mit Konfidenzbändern

5 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Curt Weikinn (1888 – 1966) Weikinn, C. Quellentexte zur Witterungsgeschichte Europas von der Zeitwende bis zum Jahre 1850: Hydrographie, Teile 1–4 (Akademie-Verlag, Berlin, 1958– 1963), Teile 5–6 (hrsg. von Börngen, M. u. Tetzlaff, G.) (Gebrüder Borntraeger, Berlin, 2000–2002).

6 54. Deutscher Geographentag Bern & Febr. & Meißen & Elbe: Eisgang u. Überschwemmung & & 1 & I, 5: 370 (2934) Elbe. 28. Febr. 11 Uhr abends brach das Eis und trieb anfänglich bey zwar ziemlich heranwachsendem Wasser, welches am folgenden Tag [= 29. Febr.] früh schon hier und da in die Stadt trat, ganz ruhig, obgleich sehr gedrange fort,..., bis um 9 Uhr, um welche Zeit auf einmal die reissende Fluth mit dem Eise, und was sie sonst bei sich führte, durch die Vorstadt zum Fleischer- und Jüdenthore in die Stadt hinein brach, und so über den kleinen Markt durch die Gassen,..., rauschte. Diese traurige Periode hielt zunehmend bis um 11 Uhr des Vormittags an, in welcher Zeit die großen Eisschollen auch schon der Brücke,..., dermaßen zusezten. Der Wasserwuchs dieser wüthenden Fluth dauerte, wie gesagt, bis 11 Uhr, alsdann fiel solcher wieder, bis des Nachmittags um 4 Uhr 1 Elle 12 Zoll, aber in einer Stunde darauf stellte sie sich von neuem, und fast noch schneller ein,... Das Wasser stund aller Orten 3, 4, 5-6 Ellen hoch. Beyde Vorstädte, sowohl vor dem Fleischer- und Jüden- als vor dem Wasserthore, die Wasserburg und die Fischergasse,..., stunden völlig,..., zu 4-6 Ellen hoch unter Wasser..., der Fleischersteg genannt, über die Triebisch, ward bald von der wilden Fluth eingestürzt. Die Stadt selbst stund außer dem großen Markte, der Burggasse und der Rosengasse bey der Stadtkirche, völlig eben so hoch unter Wasser. Das Jüdenthor bedeckte es völlig, und wenigstens noch eine Elle darüber. [9 Personen ertrunken]. Größte Höhe der Fluth: 12 Ellen 10 Zoll. Das Wasser stand in der Kirche 1 reichliche Elle höher als drittehalbe Ellen. (C. G. Poetzsch 1784 Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc. S. 150/53 u. 159.) 1784 & Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 1 & I, 5: 370 (2935) Elbe. Vormittags rührte sich auch das Eis hinter der Brücke und schob sich sehr ruhig, bis unter die Stadt hinunter; allein oberhalb derselben blieb es noch unbeweglich stehen. Des Nachmittags fiel sogar das Wasser wieder 9 Zoll, folglich bis an 1 Elle 15 Zoll herunter. 9 Uhr abends erfolgte der Aufbruch. Dieser gewaltige Aufbruch mit einem fast unglaublich schnellen Anwuchse des Wassers war erschrecklich. (C. G. Poetzsch 1784 Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc. S. 117 u. 136.) 1784 & Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 2 & I, 5: 370 (2936) Es bricht die Elbe auf und wächst von 3 auf 9 Ellen Höhe mit unbegreiflicher Schnelligkeit. (Dr. G. Klemm Chronik d. etc. Residenzstadt Dresden, edid. P. G. Hilscher II. S. 513.) (Fr. W. Pohle 1886 Chronik von Loschwitz S. 77. u. S. 79.) Weikinn, C. (2000) [Teil 5]

7 54. Deutscher Geographentag Bern & Febr. & Meißen & Elbe: Eisgang u. Überschwemmung & & 1 & I, 5: 370 (2934) Elbe. 28. Febr. 11 Uhr abends brach das Eis und trieb anfänglich bey zwar ziemlich heranwachsendem Wasser, welches am folgenden Tag [= 29. Febr.] früh schon hier und da in die Stadt trat, ganz ruhig, obgleich sehr gedrange fort,..., bis um 9 Uhr, um welche Zeit auf einmal die reissende Fluth mit dem Eise, und was sie sonst bei sich führte, durch die Vorstadt zum Fleischer- und Jüdenthore in die Stadt hinein brach, und so über den kleinen Markt durch die Gassen,..., rauschte. Diese traurige Periode hielt zunehmend bis um 11 Uhr des Vormittags an, in welcher Zeit die großen Eisschollen auch schon der Brücke,..., dermaßen zusezten. Der Wasserwuchs dieser wüthenden Fluth dauerte, wie gesagt, bis 11 Uhr, alsdann fiel solcher wieder, bis des Nachmittags um 4 Uhr 1 Elle 12 Zoll, aber in einer Stunde darauf stellte sie sich von neuem, und fast noch schneller ein,... Das Wasser stund aller Orten 3, 4, 5-6 Ellen hoch. Beyde Vorstädte, sowohl vor dem Fleischer- und Jüden- als vor dem Wasserthore, die Wasserburg und die Fischergasse,..., stunden völlig,..., zu 4-6 Ellen hoch unter Wasser..., der Fleischersteg genannt, über die Triebisch, ward bald von der wilden Fluth eingestürzt. Die Stadt selbst stund außer dem großen Markte, der Burggasse und der Rosengasse bey der Stadtkirche, völlig eben so hoch unter Wasser. Das Jüdenthor bedeckte es völlig, und wenigstens noch eine Elle darüber. [9 Personen ertrunken]. Größte Höhe der Fluth: 12 Ellen 10 Zoll. Das Wasser stand in der Kirche 1 reichliche Elle höher als drittehalbe Ellen. (C. G. Poetzsch 1784 Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc. S. 150/53 u. 159.) 1784 & Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 1 & I, 5: 370 (2935) Elbe. Vormittags rührte sich auch das Eis hinter der Brücke und schob sich sehr ruhig, bis unter die Stadt hinunter; allein oberhalb derselben blieb es noch unbeweglich stehen. Des Nachmittags fiel sogar das Wasser wieder 9 Zoll, folglich bis an 1 Elle 15 Zoll herunter. 9 Uhr abends erfolgte der Aufbruch. Dieser gewaltige Aufbruch mit einem fast unglaublich schnellen Anwuchse des Wassers war erschrecklich. (C. G. Poetzsch 1784 Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc. S. 117 u. 136.) 1784 & Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 2 & I, 5: 370 (2936) Es bricht die Elbe auf und wächst von 3 auf 9 Ellen Höhe mit unbegreiflicher Schnelligkeit. (Dr. G. Klemm Chronik d. etc. Residenzstadt Dresden, edid. P. G. Hilscher II. S. 513.) (Fr. W. Pohle 1886 Chronik von Loschwitz S. 77. u. S. 79.) Weikinn, C. (2000) [Teil 5]

8 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Weikinns Quellentexte (1958–2002) Einträge zu hydrographischen Ereignissen Europa, hauptsächlich Deutschland und Nachbargebiete um Christi Geburt bis einschließlich 1850 Originalquellen, aber auch Sekundärquellen

9 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Checks zum Ausschluss lokaler Ereignisse Hochwasser an anderen Stellen entlang des Flusses Hochwasser im Einzugsgebiet günstige meteorologische Bedingungen vor einer Flut (z. B. schwere, anhaltende Regenfälle, Eis oder Schneedecke)

10 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Stärkeklassen (nach Brázdil et al. 1999, Glaser 2001) 1kleines Hochwasser 2starkes Hochwasser 3außergewöhnlich starkes Hochwasser (z. B. Febr. – März 1784)

11 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe (Dresden) 1550–1850 Zuordnung der Pegelhöhen zu den Stärkeklassen.

12 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe (Dresden) 1852–1892 Klassifikation der Flutstärken mittels linearer Regression zwischen Pegelhöhe und Abfluss.

13 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe (Dresden), 1852 – 2002 (tägliche Messungen)

14 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Oder (Eisenhüttenstadt), 1920 – 2002 (tägliche Messungen) sparse information on floods

15 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Year Month Season n Cause Maximum flood stage Runoff Magnitude CLIMDAT [S, W] [I, S, C, R] [cm] [m^3/s] [+, -] Pillnitz Dresden Meißen 1059 Sep S Sep S S? Jun S Dec! W 1 I? Aug S Jan-Feb W 6 I Jun S 1? C Feb-Mar W 32 I Feb W 3 I Feb W (-) 1853 Apr-May S (-) Mar W I (1) 1948 Dec!-Feb W NI (-) 1954 Jul S (1) Aug S (3)

16 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, 1021 – 2002 Oder, 1269 – 2002

17 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Trends in der Hochwasseraufrittsrate ?? Elbe, Winter, Klasse 2–3

18 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3

19 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Schritte zu einer besseren Methode

20 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Schritte zu einer besseren MethodeVorteile 1.kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte, unzweideutig an Grenzen

21 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Schritte zu einer besseren MethodeVorteile 1.kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte, unzweideutig an Grenzen 2.Nutzung eines Gaussschenglatte Schätzkurve Fensters

22 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Schritte zu einer besseren MethodeVorteile 1.kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte, unzweideutig an Grenzen 2.Nutzung eines Gaussschenglatte Schätzkurve Fensters 3.kreuzvalidierte Fensterbreiteminimaler Schätzfehler

23 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3

24 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 OK, wie signifikant ist dieser Trend ??

25 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)

26 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)

27 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl) 2. Bootstrap-Resampling

28 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl) 2. Bootstrap-Resampling insgesamt 2000 Bootstrap-Resamplings

29 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Elbe, Winter, Klasse 2–3 90% Perzentil- konfidenzband Methode: Cowling et al. (1996) Journal of the American Statistical Association 91: 1516–1524. Mudelsee M (2002) Wiss. Ber. Inst. Meteorol. Univ. Leipzig 26: 149–195.

30 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Ergebnis: Trends in der Flutauftrittsrate Elbe, Winter, Klasse 2–3 sparse data LMM ? fewer freezing !? Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.

31 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Ergebnis: Oder, Winter, Klasse 2–3 sparse data fewer freezing !? caution ! Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.

32 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Ergebnis: Elbe, Sommer, Klasse 2–3 No upward trend Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.

33 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Ergebnis: Oder, Sommer, Klasse 2–3 No upward trend caution ! Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.

34 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Zusammenschau ( Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.)

35 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Vergleich Weikinn vs. CLIMDAT Elbe, Winter, Klasse 2–3 CLIMDAT Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.

36 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Test auf Trend in der Auftrittsrate von 25-jährigen Maxima im monatlichen Niederschlag

37 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 Reservoirgrößen-Korrektur

38 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 G O O D I E S

39 54. Deutscher Geographentag Bern 2003 test H0 constant occurrence rate t = flood event dates, [t1; t2] = observation interval, n = data size under H0, statistic u is standard normally distributed e.g., u large negative means downward trend Cox & Lewis 1966 The Statistical Analysis of Series of Events. Methuen, London.


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