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  www.pik-potsdam.de/~stock Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Veränderungen bei Großwetterlagen I Andauer der Großwetterlagen in Europa 1861-2004 (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Veränderungen bei Großwetterlagen II NWA, NWZ SWA, SWZ, SEA, SEZ, SA, SZ, TB, TRW Häufigkeit verschiedener Großwetterlagen im Sommer; 1861-2004 (10-jährig gleitende Mittelwerte, Gerstengarbe & Werner 2005) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Niederschlag: Jahressumme & Trend 1951-2003 Mittel [mm] Trend [mm] Datenbasis: 1693 DWD-Stationen; Modellierung und Rechnung: Gerstengarbe & Werner 2005 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Niederschlagstrend: Sommer / Winter Schönwiese & Trömel 2005: Zeitreihe 1901-2003 in Deutschland – Überschreitungswahrscheinlichkeit von 180 mm Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Änderung Wahrscheinlichkeit Starkregenereignisse > 95th percentile S. Trömel & C.-D. Schönwiese, PIK Workshop December 12-13, 2005 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Veränderung - Niederschlagswahrscheinlichkeit Schönwiese et al. 2005 (INKLIM 2012) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Gewitterhäufigkeit und Konvektionsindizes Zunahme der Anzahl der Gewittertage im Zeitraum 1949-2000 Zunahme der Anzahl von Tagen mit hohen Gewitterpotenzial im Zeitraum 1971-2003 (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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

 Trends der Häufigkeit von Starkregentagen Starkregentage (> 30 mm) im Sommer (Juni-August) 1881-2001 (30-jährige Glättung) W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

 Trends der Häufigkeit von Starkregentagen Starkregentage (> 30 mm) im Sommer (Juni-August) 1881-2001 (30-jährige Glättung) W. Fricke, GAW-Brief Nr.12 (2002) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Klimawandel  Wasserhaushalt ~250 km Globales Szenario GCM Klimamodell Niederschlag >| |< ~18 km Regionalisierung Niederschlag 2050 global ? lokal Infrastruktur Böden/ Geologie Landnutzung Hydrologie Klimadaten Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Regionale Verteilung zukünftiger Niederschläge IST-Klima Jahresmittel 1800 – 2100 30-jährige Datenfenster BAU-Klima Gerd Bürger 2004 (www.dfnk.de) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Klimawandel  Niederschlagsverteilung I Difference between 1961-1990 and 2070-2099 (A2, HadRM3-P) Mean precipitation Annual maximum precipitation Kundzewicz et al. (2004) Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Rückkopplungen und Modellfehler Trenberth et al. 2003 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Wasserabflussverteilung Discharge Precipitation urbanized area natural area Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Zeitreihen- und Skalenanalyse I Trends Abflussdaten Donaueinzugsgebiet: fallend nicht signifikant steigend (Craigmile-Percival Trendanalyse + wavelets) Kallache et al. 2005 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Zeitreihen- und Skalenanalyse II Korrelationsstruktur der Abflussdaten Donaueinzugsgebiet: schwach Stark korreliert langzeit kurzzeit Kallache et al. 2005 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Siedlungsentwicklung Thomas Loster, MuRe 2004 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Zuweisung ortsabhängiger Gefährdungsklassen Thomas Loster, MuRe 2004 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 Hennef 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

Definition Starkregen Rekorde (DWD 2005): 126 mm in 8 Minuten Füssen, 25. Mai 1920 312 mm / 24 h Zinnwald, 12.-13.8.2002 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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de

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 22.02.2006 Manfred.Stock@pik-potsdam.de