Sturmfluten in Hamburg und an der deutschen Nordseeküste Hans von Storch Institut für Küstenforschung, Helmholtz-Zentrum Geesthacht Sturmfluten in  Hamburg und an der deutschen Nordseeküste 23. November 2017 – Geographische Gesellschaft in Hamburg Ringvorlesung "Hamburg und Norddeutschland"

Hans von Storch Klimaforscher Spezialgebiet: Klimastatistik, Klimamodellierung, Küstenklima, also Windstürme, Nord- und Ostsee, Nordatlantik Emeritierter Professor am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg Kooperation auch mit Sozialwissenschaftlern; Mitglied der WISO Fakultät der Universität Hamburg Emeritierter Direktor des Instituts für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht Gastprofessor an der Ocean University of China, Qingdao

Die im 1. Hamburger Klimabericht von 2010 getroffenen Aussagen zum Klima und seinen bisherigen sowie künftig möglichen Entwicklungen in der Metropolregion Hamburg werden im zweiten derartigen Bericht von 2017 im Wesentlichen bestätigt. Im Vergleich zum ersten Bericht haben zusätzliche Klimaprojektionen jedoch zu größeren Spannbreiten möglicher zukünftiger Änderungen bestimmter Klimaelemente geführt, insbesondere was Windverhältnisse angeht. Hinsichtlich erwarteter Sturmflut-höhen haben neue Szenarien keine wesentlichen Änderungen gegenüber dem ersten Bericht ergeben. Open access: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-55379-4

Überflutungsgebiete in Hamburg bei der 1962er Flut

Wie haben sich die Wahrscheinlichkeiten für Sturmfluten geändert, und wie können sie sich in Zukunft ändern?

Das Badewannen-Problem Graphik: Michael Schrenk

Graphik: Michael Schrenk

Graphik: Michael Schrenk

Jährliche Statistiken vom Pegel Cuxhaven Zeitliche Entwicklung der jährlichen 99%ile des zweitäglichen Tidehoch-wassers nach Abzug des entsprechenden Jahresmittels sowie jährliches Mittel des Tidehochwassers. (Untere Kurve) Mittlere jährliche Hochwasser und linearer Trend 1843–2006 bei Cuxhaven. (Obere Kurve) Differenz zwischen jährlichen 99%-Perzentilen des Tidehochwassers und den mittleren jährlichen Hochwassern und 11-jährig übergreifendes Mittel. Hamburger Klimabericht (2010)

Derzeit mehr Wasser in der Wanne? Global gesehen ist der Meeresspiegel um ca. 20 cm im vergangenen Jahrhundert gestiegen. Hier wird eine Beschleunigung zum Ende des 20ten Jahrhunderts konstatiert. Für die Deutsche Bucht gilt eine ähnliche Zahl. Eine Beschleunigung ist nicht festzustellen. Anstieg des Meeresspiegels in der Deutschen Bucht (Albrecht et al., 2010)

Bisher Kind lebhafter geworden? Sturmtätigkeit variiert von Jahr-zu-Jahr, von Jahrzehnt zu Jahrzehnt. Sturmtätigkeit spiegelt sich am besten an Windstatistiken. Veränderlichkeit von Windstatistiken über viele Jahre kaum beschreibbar. Daher Stellvertretergrößen – z.B. Druckgradienten. Keine Tendenz zu höheren Werten seit 1878. Jährliche 90%-ile der Geschwindigkeit des geostrophischen Windes für die Deutsche Bucht zwischen 1878 und 2007 (Hamburger Klimabericht, 2010).

Sturmstatistiken aus geostrophischen Windverhältnissen 99%ile de jährlichen Verteilungen geostrophischer Windgeschwindigkeiten für eine Reihe von Wetterstationen im Bereich von Nord- und Ostsee. Alexandersson et al., 2002 Wagner, 2017 Anhand von Daten der Signalstation Travemünde

Local pressure stats since 1800 Stockholm Lund Time series of pressure-based storminess indices derived from pressure readings in Lund and Stockholm. From top to bottom: Annual number of pressure observations below 980 hPa (Np980), annual number of absolute pressure differences exceeding 16 hPa/12 h (NDp/Dt), Intra-annual 95-percentile and 99-percentile of the pressure differences (P95 and P99) in units of hPa. From Bärring and von Storch, 2005

Zukünftig mehr Wasser in der Wanne? Abschätzung durch IPCC 2013 - durchaus strittig Anstieg wird weiter zunehmen. Je stärker die Emissionen, desto stärker der Anstieg. 30-100 cm plausibel und möglich Hohe Unsicherheit. Anstieg endet nicht 2100, sondern setzt sich in die absehbare Zukunft fort. Figure SPM.9 | Projections of global mean sea level rise over the 21st century relative to 1986–2005 from the combination of the CMIP5 ensemble with process-based models, for RCP2.6 and RCP8.5. The assessed likely range is shown as a shaded band. The assessed likely ranges for the mean over the period 2081–2100 for all RCP scenarios are given as coloured vertical bars, with the corresponding median value given as a horizontal line. - IPCC WGI AR5- SPM

Kind zukünftig lebhafter? Bandbreite der projizierten Änderungen der maximalen Windgeschwindigkeiten zum Ende des 21ten Jahrhunderts im Ostseeraum. Winter Sommer BACC-2 report, 2015

Szenariorechnungen für Nordseesturmfluten mit Downscaling Hierarchie Kind wird etwas lebhafter – zum Ende 2010 bis zu 25 cm. Ensemble von Szenarien der Änderung jährlicher 99,5%-ile des Windstaus in 2071–2100 relativ zu 1961–1990. Oben/unten: Antrieb mit regionalisierten Windfeldern aus dem globalen HadAM3H/ECHAM Modell. Links/rechts: Für das A2/ B2 Emissionsszenario. Hamburger Klimabericht (2010)

Stellungnahme für den Umweltausschuß des SH Landtages, 2009

Stellungnahme für Ausschuß des SH Landtages, 2009 Quelle: GKSS, 2009 : Nordseesturmfluten im Klimawandel. GKSS Wissenschaftler fassen aktuellen Forschungsstand zusammen.

Unterschied in Sturmfluthöhen in Cuxhaven und Hamburg (in cm)

Sonderfall: Ästuare – Wirkung der Vertiefung von Elbe, Weser und Ems und der Effektivierung des Küstenschutzes Unterschiede von Hochwassern an der Mündung und im Ästuar

Sondersituation in den Ästuaren In Elbe, Weser und Ems sind die Sturmfluthöhen stromauf seit den 1960er Jahren z.T. deutlich angestiegen. Diese Änderungen sind auf baulichen Maßnahmen zurück zu führen. Die baulichen Maßnahmen betreffen Küstenschutz und Schiffbarkeit (aber weitere Fahrrinnenvertiefung nicht mehr signifikant) Der installierte massiv verstärkte Küstenschutz hat mit diesem zusätzlichen Bedrohungspotential bisher umgehen können. Möglicherweise lässt sich in den Ästuaren die künftige klimabedingte Verschärfung der Sturmflutgefahr teilweise durch entsprechende Baumaßnahmen ausgleichen („Tide-Elbe Projekt“ von HPA und WSVen).

Verschiedene Zeithorizonte Beispiel: Nordfriesland – Implementation neuer Strategien – Nähere Zukunft, z.B. 2030: (noch) nicht nötig; weitere Zukunft, z.B. 2085: durchaus denkbar. nach Woth (2006) d) Diskussion der Zeithorizonte: 2030 und 2085 – für 2030 besteht kaum aktiver Handlungsbedarf über die Sicherstellung des bisherigen Sicherheitsstandards hinaus; zum Ende des Jahrhunderts aber könnten auch andere Schutzstrategien nötig werden; diese gilt es jetzt zu entwickeln und zu diskutieren.

Unsicherheiten Die Unsicherheiten in der Abschätzung von Kenndaten für zukünftige Bemessungsgrenzen sind erheblich. Vor allem wegen des mittleren Meeresspiegels, dessen Entwicklung nicht nur abhängig von zukünftigen Emissionsmustern sondern auch von der Zukunft der großen Eisschilde Grönland und Antarktis. Diese Unsicherheit wird in den kommenden wenigen Jahren kaum vermindert werden. Regionale Maßnahmenplanung sollte daher flexibel ausfallen, um mit diesen nur graduell verminderten Unsicherheiten umgehen zu können. e) Gerade im Hinblick auf den Meeresspiegelanstieg gibt es erhebliche Unsicherheiten: Die längerfristigen Veränderungen der Eisschilde (Grönland, Antarktis) sind noch nicht gut beschrieben und verstanden; die mögliche Beschleunigung des Meeresspiegels ist auch noch Gegenstand von Forschung. Dass aber der globalen Klimawandel voranschreiten wird, selbst bei optimistischer Beurteilung der Chancen von massiven globalen Emissionsminderungen, ist unstrittig.

Mögliche Maßnahmen? Graphik: Michael Schrenk f) Optionen: z.B. Erhöhung der Überlauf‐Toleranz von Deichen durch Optimierung der Kleibeschaffenheit oder künstlichen Eindringschutz; Tide‐Elbe Projekt von WSV und HPA Rücknahme der Erhöhung von Sturmfluthöhen aufgrund von Baumaßnahmen 1962‐1980 Mögliche Maßnahmen? Graphik: Michael Schrenk

Wellenüberlauf am Deich – Belastungsreserven Ergebnisse der Überlauftests in Delfzijl Keine Schäden an der Grasnarbe bis 50 l / (m ∙ s) Funktionserhalt bis 50 l (m ∙ s) nach künstlicher Vorschädigung – Nach Generalplan Schleswig-Holstein derzeit akzeptabel: 2 l/(m∙s) Niemeyer & Kaiser 2008, NLWKN

Minderung von Sturmfluthöhen in der Tideelbe Tideelbeprojekt: Dämpfung der einlaufenden Tideenergie durch wasserbauliche Maßnahmen im Mündungsbereich des Ästuars.

Graphik: Michael Schrenk

Erik Pasche, TU HH

Sturmfluten sind eine reale Gefahr an den deutschen Küsten. Klimawandel und Wasserstraßenausbau bewirken Änderungen der Sturmflutgefahren. Für den Bereich der Deutsche Bucht ist bisher weder eine ungewöhnliche Beschleunigung des regionalen Meeresspiegels noch ein signifikante Verstärkung der Sturmtätigkeit dokumentiert worden. Für die Zukunft sind Änderungen zu erwarten, primär beim mittleren Wasserstand, sekundär bei Stürmen. Handlungsbedarf zeichnet sich für die Zeit nach 2040 ab. Als Alternativen / Ergänzungen zur Verstärkung traditioneller Maßnahmen müssen neue Anpassungsoptionen entwickelt und geprüft werden - wie etwa Dämpfung der Tidenenergie in der Tideelbe, verbesserten Design von Bauwerken oder kaskadierende Gebietsaufteilung für den Versagensfall. Gesellschaftliche Diskussionen zu Optionen und Akzeptanz sind jetzt und in der näheren Zukunft zu führen. Zusammenfassung

Handlungsempfehlung Es ist unstrittig, dass der Meeresspiegel in den kommenden Jahrzehnten steigen wird, möglicherweise auf längere Sicht sogar erheblich. In den kommenden 25 Jahren wird dieser Anstieg aber vermutlich einen Wert von 30 cm nicht übersteigen, so dass die bisherige Sicherheitsmarge des Küstenschutzes bis dahin ausreichen sollte. Danach aber wird der Meeresspiegel weiter ansteigen mit der Möglichkeit eines sehr schnellen Anstieges, sodass ein Aus- oder Umbau des Küstenschutzes in den Jahren danach unabweisbar werden könnte. Daher bietet sich an, dass die kommenden 25 Jahre dazu genutzt werden für erstens die laufende Modernisierung des Küstenschutzes so zu gestalten, dass zu einem späteren Zeitpunkt eine Verstärkung relativ einfach möglich ist; zweitens ein solides Monitoringprogramm, das erlaubt einzuschätzen, wie sich der Meeresspiegel Anstieg tatsächlich in der kommenden Zeit entwickelt; drittens Investitionen in die Entwicklung technischer Verbesserungen des Küstenschutzes etwa im Hinblick auf den Überlauf; viertens die Einrichtung partizipativer Prozesse mit den Betroffenen, neudeutsch: Stakeholder, über mögliche Reaktionen auf beschleunigten Zunahme der Flutrisiken in den kommenden Jahrzehnten. Siehe: Hans von Storch, 2015: Klimaforschung, Vernetzung und politische Willensbildung, Academia.edu - https://www.academia.edu/16562847/Klimaforschung_Vernetzung_und_politische_Willensbildung

Internet Produkt des Welche Gebiete sind derzeit durch den Küstenschutz geschützt? Welche Gebiete könnten zukünftig gefährdet sein im Falle eines Versagens des Küstenschutzes? Gelb: normales Tidenhochwasser, Hellgrün: 16. Feb. 1962 Dunkelgrün: 16. Feb 1962 + 1,10 m www.kuestenschutzbedarf.de