Schneelast im Wandel des Klimas – neue Risiken? Vielen Dank, der Titel meines Beitrages lautet „ Schneelast im Wandel des Klimas – neue Risiken?“ Ich bin Geowissenschaftler an der Universität München und befasse mich mit der Schneedecke und dem Klimawandel …und bin als solcher eingeladen worden, hier zu diesem Thema aus Sicht der Wissenschaft zu berichten Ulrich Strasser Fakultät für Geowissenschaften Department für Geo- und Umweltwissenschaften Universität München VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Dank VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement Zunächst auch vielen Dank an Das Projekt GLOWA-Danube, in dem wir versuchen, die Auswirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf der oberen Donau abzuschätzen Das Projekt KLIWA, das den Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Wasserwirtschaft in Bayern und Baden-Württemberg untersucht Das MPI in Hamburg, das Klimamodelle betreibt Das IPCC, das hierfür die Emissionsszenarien bereitstellt … aus diesen Quellen stammen die Ergebnisse, die ich Ihnen heute vorstellen werde Außerdem an die Fa. Sommer aus Vorarlberg, die die Klimastationen des bayer. Lawinenwarndienstes bereitstellt und mit denen ich zusammenarbeite Sowie an meine Studenten und Kollegen an der Universität VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Die Situation im Januar 2006 Grundlagen zur Schneelast Inhalt Die Situation im Januar 2006 Grundlagen zur Schneelast Ein Blick auf den Klimawandel Zu erwartende Konsequenzen Handlungsoption: ein operationelles Warnsystem Worüber werde ich nun sprechen? Zuerst werde ich auf die Situtation im Januar 2006 eingehen und aufzeigen, welche Witterungsverhältnisse da geherrscht haben Dann zeige ich die Grundlagen zur Schneelast auf, da geht es in der Presse und auch woanders gerne ein bisserl durcheinander Dann schauen wir auf den Klimawandel, zurück und voraus … und schätzen die Konsequenzen auf die Schneelast in der Zukunft ab, die zu erwarten sind Und zum Schluß entwickle ich ein Konzept, wie man ein operationelles Warnsystem für Schneelasten entwickeln könnte VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement 18.01.2007

Bad Reichenhall, 2.1.2006 Ja, diese Bilder kennen Sie alle, sie gingen ja auch jetzt erst wieder durch die Presse, als sich die Katastrophe gejährt hat Mittlerweile ist es offensichtlich ja so, dass die Schneelast nicht mehr als die alleinige Ursache des Unglückes gilt Über alles, was Baustatik und Wartung angeht, kann und werde ich Ihnen nicht viel erzählen Sondern ich werde mich auf die Schneelast beschränken VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Eingestürzte Hallen und Gebäude im Januar/Februar 2006 Hier sehen Sie, daß die Unglücke mit der Schneelast schon etwas zu tun haben müssen Wie anders wäre es sonst zu erkären, dass so viele Hallen in so kurzer Zeit einstürzen? Es kam also zu einer ganzen Reihe von Unglücken in Bayern, und zwar in der verhältnismäßig kurzen Zeit von Januar bis Februar 2006 (BR-online) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Dichte [kg/m³] = Masse / Volumen Grundlagen Dichte [kg/m³] = Masse / Volumen Spezifisches Gewicht = Dichte / Referenzdichte Für Schnee sehr unterschiedlich, z.B: 0.1: 10 cm lockerer Pulverschnee wiegen ca. 10 kg/m² 0.4: 10 cm Nass-Schnee wiegen bis ca. 40 kg/m² 0.9: 10 cm Eis wiegen ca. 90 kg/m² 1.0: 10 cm hoch stehendes Wasser wiegt 100 kg/m² Die Schneehöhe bzw. –dichte allein ist kein Maß für die Schneelast! Entscheidend ist das Auflastgewicht in kg/m² (entspricht l/m² oder einem Niederschlag in mm) Es ist wichtig, dass man sich zunächst einmal einigt, worüber man überhaupt spricht. Im Bezug auf die Schneelast ist folgendes relevant: Dichte des Schnees Sein spezifisches Gewicht Meist wird die Dichte allerdings ohne Einheit zwischen 0 und 1 angegeben, also wie das spez. Gewicht Sie allein ist allerdings kein Maß für die Schneelast Sondern nur das Auflastgewicht pro m², das man aus Dichte und Höhe berechnen kann Dieses multipliziert mit der (horizontalen Projektion der) Dachfläche ergibt das Gesamtgewicht des Schnees auf dem Gebäude VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Die zulässige Schneelast ist in der DIN 1055-5 geregelt Grundlagen Nicht durch Schmelzen/Gefrieren der Schneedecke wird die Schneelast erhöht, sondern nur durch zusätzliche Niederschläge, egal ob Schnee oder Regen Die zulässige Schneelast ist in der DIN 1055-5 geregelt Die am Bauwerk anzusetzende Schneelast folgt aus der lokalen (charakteristischen) Schneelast multipliziert mit einem „Formbeiwert“: Also: für die Schneelast ist ausschliesslich relevant, wieviel Niederschlag in mm und damit kg/m² sich auf dem Dach akkumuliert hat Geregelt für jedes Bauwerk sind zulässige Schneelasten in der DIN 1055-5 Dabei spielt ein Formbeiwert eine Rolle, der die Neigung des Daches berücksichtigt: je steiler, desto geringer ist die anzusetzende Schneelast VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Schneelastzonen nach DIN 1055-5 (die Rechenwerte entsprechen einer mittleren Wiederkehrperiode von 50 Jahren) Die lokale Schneelast ergibt sich aus der Karte der Schneelastzonen (räumliche Verteilung) und der Höhenabhängigkeit Die Werte der Schneelasten, die sich daraus ergeben, entsprechen etwa einer 50-jährlichen Wiederkehrwahrscheinlichkeit Vorsicht: prinzipiell sind wir gerade dabei, zu lernen, dass solche Bemessungsgrößen instationär sind, d.h. sich mit der Zeit ändern! Beispiel Bad Reichenhall: Zone 3, 480 m über Null, d.h. ca. 2.4 kN/m² Gewichtskraft, das entspricht einer Masse von 240 kg/m² Und wie waren nun die Schneelast-Verhältnisse am Tag des Unglückes? VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Die klimatische Situation in Bad Reichenhall im Jan/Feb 2006 2.01.2006 Halleneinsturz Regen Schneeregen Schneefall Schneehöhe Wasseräquivalent Temperatur Hier sehen Sie die Messungen der DWD-Station Bad Reichenhall, die nur wenig entfernt vom Unglücksort ist Unten sind Schneehöhe, Wasseräquivalent (=Gewicht) und Temperatur angetragen Von oben herunter kommt der Niederschlag, als Regen, Schneeregen und Schneefall Bis Mitte Dezember war erst mal fast kein Schnee Dann Schneefälle mit Tauperioden (→ Schmelzwasser, Durchnässung?) Schließlich eine strenge Frostperiode (→ Wiedergefrieren, Abdichtung?) Daraufhin Regen, Schneeregen und schließlich Schneefälle mit starker Intensität (DWD) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Keine außergewöhnliche Wintersituation Was fällt auf? Keine außergewöhnliche Wintersituation Vor der Katastrophe: Temperaturen um den Gefrierpunkt Unmittelbar zuvor eine starke Frostperiode, dann Regen, Schnee-regen und schließlich ergiebiger Schneefall Die Schneehöhe an der DWD-Station betrug ca. 30 cm, das Wasser-äquivalent knapp 60 mm Damit betrug die Dachlast „nur“ ca. 60 kg/m², es sei denn, es wurde dort mehr Niederschlag abgelagert als an der DWD-Station Dafür gibt es Argumente: mehr gemessener Niederschlag als in der Schneedecke an der Station gespeichert ist! Beispiel: Zell bei Ruhpolding, 10.2.2006: 46 % Überschuss Was auffälllt, ist also Schmelzwasser fällt an, das dann gefriert Dann ergiebiger Schneefall Keine besonderen Schneelasten, allerdings an der Wetterstation! Welche Unterschiede können zwischen Wetterstation und Dach auftreten? Vermehrte Akkumulation am Dach durch Windeintrag (Wind bremst am Dach, Wirbel → Ablagerung) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Durch die Frostwechsel zuvor fiel möglicherweise Schmelzwasser an, Zwischenfazit I Zum Katastrophenzeitpunkt herrschten keine aussergewöhnlichen Schneelasten vor (nicht nur in Bad Reichenhall) Durch die Frostwechsel zuvor fiel möglicherweise Schmelzwasser an, das anschließend wieder gefror (starke Frostperiode) Dann kamen die ersten ergiebigen Niederschläge seit langem, d.h. abrupter Anstieg der Schneelast Die tatsächliche Schneelast auf einem Dach ist möglicherweise deutlich größer als das gemessene Wasseräquivalent einer Freiland-Schneedecke Ganz ähnliche Verhältnisse findet man übrigens auch für Aying 3.1. Passau 20.1. Deggendorf 22.1. Töging 7.2. Fazit: Die Schneelasten für sich genommen waren zum Unglückszeitpunkt meist nicht allein ausschlaggebend Vorher typischerweise Frostwechsel mit Schmelzwasser Dann ein strenger Frost → Gefrornis Dann ergiebige Niederschläge, d.h. Schneelast nimmt abrupt zu Freiland-Wasseräquivalente sind geringer als Dach-Schneelasten All dies findet sich nicht nur in den Beobachtungen der Station Bad Reichenhall, sondern auch bei anderen Unglücken …und in der Zukunft? VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Alle 5 bis 6 Jahre erscheint ein gemeinsamer Bericht IPCC-Szenarien Internationale Organisation aus Wissenschaftlern, Politikern und Vertretern der Wirtschaft Alle 5 bis 6 Jahre erscheint ein gemeinsamer Bericht 1990, 1995, 2001 („3rd assessment report“), der nächste 2007 Die SRES-storylines: Dies sind die Rechnungen des IPCC nicht nur für verschiedene Szenarien, sondern auch für verschiedene Modelle Die Temperatur kann also bis 2100 bis zu fast 6 °C zunehmen, und im vierten IPCC-Report werden wohl noch größere Zunahmen drinstehen (IPCC) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

IPCC-Szenarien Dies sind die Rechnungen des IPCC nicht nur für verschiedene Szenarien, sondern auch für verschiedene Modelle Die Temperatur kann also bis 2100 bis zu fast 6 °C zunehmen, und im vierten IPCC-Report werden wohl noch größere Zunahmen drinstehen (IPCC) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Das Sommerhalbjahr wird wärmer und trockener Zukünftiges Klima Der vorhergesagte Temperaturanstieg beträgt global etwa 1.5°C bis 6°C bis 2100 Das Sommerhalbjahr wird wärmer und trockener Das Winterhalbjahr wird v.a. feuchter Schneefälle nehmen im Flachland ab (mehr Regen) In den Hochlagen kann aber durchaus mehr Schnee fallen Durch die wärmere Luft werden Wetterextreme häufiger Also, es wird Wärmer Trockener im Sommer Feuchter im Winter Weniger schneien Nur in Regionen, wo es kalt genug ist, wird es mehr schneien (Hochgebirge, Antarktis) Extremer Reinhaltung der Luft führt zu ihrer Erwärmung, was bei VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Zukünftiges Klima bis 2100 Dies sind Modellergebnisse vom MPI in Hamburg, REMO, A1B Die Winter-Lufttemperatur steigt an, stärker im SE und mit der Höhe Die Niederschlagsänderung im Winter ist regional recht differenziert, aber übwiegend eine Zunahme (MPI Hamburg) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Zukünftiges Klima: Veränderungen bis 2036 (Nov-Apr) Dies sind nun Modellergebnisse einer Simulation des Wasserhaushalts über die nächsten 36 Jahre (was 6 Wochen dauert) Die Schneedeckendauer nimmt im Flachland (wärmer, ähnliche Niederschläge wie heute) folgerichtig ab, im Gebirge (nur wenig wärmer als heute, aber viel mehr Niederschläge) zu Das maximale Wasseräquivalent der Schneedecke bleibt im Flachland gleich bzw. nimmt ab, und im Gebirge zu Heisst das, wir haben weniger Risiko für hohe Schneelasten? Nein, da die Unglücke mit Schneedeckendauer und max. Wasseräquivalent nicht unbedingt korrelieren, und ausserdem die Variabilitäten ansteigen! Schneedeckendauer [d] Maximales Wasseräquivalent [kg/m²] -46 +11 -108 +144 (GLOWA-Danube) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Temperatur- und Niederschlagstrends sind regional sehr variabel Zwischenfazit II Temperatur- und Niederschlagstrends sind regional sehr variabel Die saisonale Schneebedeckungsdauer und das maximale Wasser-äquivalent werden (ausser in Hochlagen) zwar abnehmen, aber: Wegen der stärkeren Variabilitäten werden sehr intensive Schnee-fälle weiterhin vorkommen können V.a. aber werden Verhältnisse wie zu den Zeitpunkten der Unglücke in Zukunft weiterhin auftreten Zum jetzigen Zeitpunkt ist ein Trend der Eintrittswahrschein-lichkeit für kritische Schneelastsituationen nicht vorher-zusagen VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Handlungsoption: ein operationelles Warnsystem Komponente I: LME („Lokalmodell Europa“) des Deutschen Wetterdienstes DWD zur Prognose der meteorologischen Verhält-nisse für die nächsten drei Tage Komponente II: Snow3 des DWD zur Simulation der räumlichen Schneedeckenentwicklung (Wasseräquivalent) für diesen Zeitraum – allerdings für Freilandverhältnisse (Klimastationen): - diese Ergebnisse sind operationell zu beziehen - Komponente III: Ein operationelles Mess-System für Schnee-lasten auf (möglichst „repräsentativen“) Dächern, mit denen die herrschenden Auflastgewichte unter Zuhilfenahme der Schnee-simulationen regionalisiert und prognostiziert werden: - dieser Schritt müsste erst noch entwickelt werden - Zwei der Komponenten laufen bereits operationell, werden nur nicht zur Prognose von Schneelasten genutzt Ist so auch nicht möglich, wie man gesehen hat, da An den Stationen weniger Wasseräquivalent gemessen werden kann als auf den Dächern Und außerdem die Stationen nicht unmittelbar in der Nähe der Dächer stehen VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Komponente I: Klimamodell LME („Lokalmodell Europa“) des Deutschen Wetterdienstes DWD Rechnet Europa-weit mit einer räumlichen Auflösung von 7 km Prognosehorizont 78 h Downscaling der Ergebnisse auf 1 km Zeitliche Auflösung der Ergebnisdaten 1 h LME ist genestet in das globale Modell GME (DWD) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Komponente II: Schneedeckenmodell Snow3 des DWD, läuft operationell Rechnet 4 mal am Tag 72 h voraus Räumliche Auflösung 1 km Rechnet intern stündlich, d.h. liefert Stundenwerte von Wasseräquivalent und Niederschlagsdargebot (Abfluss aus der Schneedecke) Ergebnisse werden 3 mal pro Woche mit Messungen der Meteoro-logie und Schneemessungen nachgeführt Snow3 wird zur Hochwasserprognose benutzt, kann aber ein räumliche Abschätzung der Schneelasten unter den gegebnenen Vorbehalten liefern (DWD) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Komponente III: Messungen der Schneelast auf Dächern Schneekissen mit 1,5 m Seitenlänge Wiegt voll 200 kg Mißt zuverlässig den hydrostatischen Druck auf waagrechten und ebenen Flächen (→ Schneelast) Online-Datenzugriff Hat sich beim Bayer. Lawinenwarndienst bereits bewährt Komponente III müsste entwickelt werden, um Den Unterschied zwischen den prognostizierten Wasseräquivalenten und den Schneelasten auszugleichen Die Ergebnisse operationell zur Verfügung zu stellen (Fa. Sommer) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Komponente III: Regionalisierung der Schneelast auf Dächern Die gemessenen Schneelasten auf Dächern gilt es nun mit den modellierten/an den Klimastationen gemessenen Wasser-äquivalenten zu kombinieren Für die festgestellten Abweichungen ist ein Regionalisierungs-verfahren zu entwickeln, welches die relevanten Prozesse be-rücksichtigt Damit kann dann eine operationelle, regionale Prognose der zu erwartenden Schneelasten abgeleitet werden Die Infrastruktur könnte die Fa. Sommer liefern, die auch die Lawinenwarnstationen für das LfU bereitstellt Das know-how für Hosting und Betrieb sind in den Landesbehörden vorhanden Die Stationen müssten installiert werden Mit einem Projekt könnte man das Regionalisierungsverfahren entwickeln und operationalisieren (Fa. Sommer) VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! VKB Symposium Schnee – Risikovorsorge und Katastrophenmanagement