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Manfred Stock, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)

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Präsentation zum Thema: "Manfred Stock, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)"—  Präsentation transkript:

1 Manfred Stock, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
DWA-Expertengespräch: Klimawandel - Konsequenzen für die Siedlungsentwässerung Manfred Stock, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) Vom Klimawandel zum Wasserschaden - Einflussfaktoren, Wirkungsmuster & Unsicherheiten INHALT Ursachen  Wirkungen bei Starkregenereignissen Beobachtete Veränderungen beim Niederschlag Ansätze zur Abschätzung zukünftiger Veränderungen Mögliche Konsequenzen zur Anpassung Hennef

2 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 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. 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. Maßnahmen Schadensereignisse Hennef

3 Ursachen - Wirkungen - Effekte ©
Klimawandel Zirkulation & Großwetterlagen 1 Regionalklima & Lufttransport 2 Lokalklima: Verdunstung, Konvektion, Mehrphasenkondensation, Wolkenbildung & Niederschlag 3 Landoberfläche 4 7 6 Hydrologie: regionale Abflüsse, lokale Strömungs- und Poolprozesse 5b Starkregenereignisse 5a Maßnahmen Schadensereignisse Hennef

4 Veränderungen bei Großwetterlagen I
Andauer der Großwetterlagen in Europa (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005) Hennef

5 Veränderungen bei Großwetterlagen II
NWA, NWZ SWA, SWZ, SEA, SEZ, SA, SZ, TB, TRW Häufigkeit verschiedener Großwetterlagen im Sommer; (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005) Hennef

6 Niederschlag: Jahressumme & Trend 1951-2003
Mittel [mm] Trend [mm] Datenbasis: 1693 DWD-Stationen; Modellierung und Rechnung: Gerstengarbe & Werner 2005 Hennef

7 Niederschlagstrend: Sommer / Winter
Schönwiese & Trömel 2005: Zeitreihe in Deutschland – Überschreitungswahrscheinlichkeit von 180 mm Hennef

8 Änderung Wahrscheinlichkeit Starkregenereignisse
> 95th percentile S. Trömel & C.-D. Schönwiese, PIK Workshop December 12-13, 2005 Hennef

9 Veränderung - Niederschlagswahrscheinlichkeit
Schönwiese et al (INKLIM 2012) Hennef

10 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. Karl & Trenberth, SCIENCE (302), Dec. 2003 Hennef

11 Gewitterhäufigkeit und Konvektionsindizes
Zunahme der Anzahl der Gewittertage im Zeitraum Zunahme der Anzahl von Tagen mit hohen Gewitterpotenzial im Zeitraum (Station Stuttgart) 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) Hennef

12  Trends der Häufigkeit von Starkregentagen
Starkregentage (> 30 mm) im Sommer (Juni-August) (30-jährige Glättung) W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002) Hennef

13  Trends der Häufigkeit von Starkregentagen
Starkregentage (> 30 mm) im Sommer (Juni-August) (30-jährige Glättung) W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002) Hennef

14 Klimawandel  Wasserhaushalt
~250 km Globales Szenario GCM Klimamodell Niederschlag >| |< ~18 km Regionalisierung Niederschlag 2050 global ? lokal Infrastruktur Böden/ Geologie Landnutzung Hydrologie Klimadaten Hennef

15 Regionalisierung von Klimaszenarien
~250 km ECHAM4-OPYC3 MPI Hamburg Globales Klimamodell Beobachtungs- daten generalisierte Trendinformation STAR PIK-Potsdam ~18 km Rand- und Anfangswerte REMO MPI Hamburg Regionales Klimamodell Beobachtungs- daten Zirkulations- muster WettReg Meteoresearch Statistisches Downscaling CLM (nichthydrostatisch) Skale Hennef

16 Regionale Verteilung zukünftiger Niederschläge
IST-Klima Jahresmittel 1800 – jährige Datenfenster BAU-Klima Gerd Bürger 2004 (www.dfnk.de) Hennef

17 Klimawandel  Niederschlagsverteilung I
Difference between and (A2, HadRM3-P) Mean precipitation Annual maximum precipitation Kundzewicz et al. (2004) Hennef

18 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) Christensen & Christensen, Nature 2003 Hennef

19 Rückkopplungen und Modellfehler
Trenberth et al. 2003 Hennef

20 Wasserabflussverteilung
Discharge Precipitation urbanized area natural area Hennef

21 Zeitreihen- und Skalenanalyse I
Trends Abflussdaten Donaueinzugsgebiet: fallend nicht signifikant steigend (Craigmile-Percival Trendanalyse + wavelets) Kallache et al. 2005 Hennef

22 Zeitreihen- und Skalenanalyse II
Korrelationsstruktur der Abflussdaten Donaueinzugsgebiet: schwach Stark korreliert langzeit kurzzeit Kallache et al. 2005 Hennef

23 Siedlungsentwicklung
Thomas Loster, MuRe 2004 Hennef

24 Zuweisung ortsabhängiger Gefährdungsklassen
Thomas Loster, MuRe 2004 Hennef

25 Einflussfaktoren bei Schadensereignissen
KLIMA LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN Extrem- Wetter STARKREGEN Gelände- & Bodenzustand W Werte Schutz- potenzial extreme Abflüsse UFER- und FLUSSBETT UMBAU extreme Pegel & Strömungen Schadens-potenzial safe unsafe Häufigkeit F(r,u,h) Konsequenzen L(r,w) r : regionale Lage w : Werteverteilung u : Strömungsgeschwindigkeit h : Wasserstandshöhe RISIKO R(r,w,u,h) = F*L Hennef

26 Resümee Starkregenereignisse haben vielfach an Häufigkeit und Intensität zugenommen. Dies ist regional sehr unterschiedlich ausgeprägt und vereinzelt zeigen sich auch abnehmende Trends. 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! Eine Anpassung der Siedlungsentwässerung an den Klimawandel ist notwendig und erfordert regional differenzierte Maßnahmen. 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. Sowohl Datenlage wie Zustand der Modelle sind derzeit noch für eine Projektion zukünftiger Entwicklungen unbefriedigend bis ungenügend. Hennef

27 It‘s better to be vaguely right, than precisely wrong. (K. Popper)
Danke! It‘s better to be vaguely right, than precisely wrong. (K. Popper) Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Hennef

28 Literatur- & Quellenhinweise
F.-W. Gerstengarbe, P. C. Werner, 2005: Katalog der Großwetterlagen Europas ( ) 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 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 Hennef

29 Definition Starkregen
Rekorde (DWD 2005): 126 mm in 8 Minuten Füssen, 25. Mai 1920 312 mm / 24 h Zinnwald, Regen mit a) einer im Verhältnis zur Dauer hohen Niederschlagsintensität und b) daher seltenem Eintritt (im Mittel höchstens zwei pro Jahr)  Ortsabhängig! KOSTRA-2000 (T=100a) 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. Hennef

30 Ursachen - Wirkungen - Effekte 
Klimawandel Zirkulation & Großwetterlagen 1 Regionalklima & Lufttransport 2 Lokalklima: Verdunstung, Konvektion, Mehrphasenkondensation, Wolkenbildung & Niederschlag 3 Landoberfläche 4 7 6 Hydrologie: regionale Abflüsse, lokale Strömungs- und Poolprozesse 5b Starkregenereignisse 5a Maßnahmen Schadensereignisse Hennef


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