Forschungsprojekt

Starkniederschläge aufgrund orographischer Einflüsse

2.1 Arbeitsgruppe:

2.2 Beschreibung Projekt (dt.):

Fragestellung:

Hochwasserereignisse, die sich über größere Gebiete ausdehnen, sind in den meisten Fällen die Folge von langanhaltenden, moderaten (stratiformen) Niederschlägen. Dabei wird durch den Einfluss der Orografie zusätzlich eine Vertikalgeschwindigkeit induziert, die zu einer Zunahme des Niederschlags insgesamt sowie zu einer starken räumlichen Differenzierung des Niederschlagsfeldes führt. Die Folge ist, dass es je nach Situation in bestimmten Gebieten zu einem erhöhten Abfluss und somit lokal zu einer Häufung von Hochwasserereignissen kommen kann.

Für einen wirksamen Hochwasserschutz in orografisch komplexem Gelände ist eine genaue Kenntnis über die räumliche Verteilung des Niederschlagsfeldes notwendig. Bisher existierende Niederschlagsmessnetze weisen eine unzureichende Dichte (Stationsmessungen) oder einen zu geringen Beobachtungszeitraum (Radar) auf, um daraus Aussagen über die räumliche Verteilung von Starkniederschlägen im klimatologischen Mittel ableiten zu können.

Ziel:

Es wird ein Verfahren zur Regionalisierung von Punktniederschlagsmessungen für Starkniederschläge mit langer Andauer im Bereich der Mittelgebirge entwickelt, das auf Modellsimulationen vergangener Ereignisse basiert. Daraus lassen sich für bestimmte Gebiete Wahrscheinlichkeiten und Intensitäten von Extremereignissen sowie deren Gefährdungspotenzial ableiten (Untersuchungsgebiet: Mittelgebirge mit Schwarzwald und Schwäbische Alb).

• Bemessungsgrundlage im Hochwasserschutz
• Einschätzung der erhöhten Gefährdung durch Hangrutschungen
• Risikoabschätzung für Versicherungen

Ansätze:

Aus verschiedenen Beobachtungsdaten (Bodenstationen, Niederschlagsradar, Radiosonden) werden die atmosphärischen Bedingungen von vergangenen ausgedehnten Niederschlagsfeldern analysiert. Dabei soll in erster Linie untersucht werden, unter welchen atmosphärischen Bedingungen es zu Starkniederschlägen kommt.

Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung und Umsetzung eines Modells zur Bestimmung der orografischen Niederschlagszunahme mit den Eigenschaften schneller Rechenzeit, geringer Anzahl benötigter Eingabeparameter und beliebig verwendbarer Orografie.

Anhand von Simulationsergebnissen vergangener Ereignisse erfolgt eine statistisch-dynamische Regionalisierung von Starkniederschlägen.

Ergebnisse:

Generell ist die Verteilung von Starkniederschlägen mit langer Andauer sowohl bei Einzelereignissen als auch über einen längeren Zeitraum sehr stark durch die Orografie bestimmt. Demzufolge ist die Anzahl von einzelnen Starkniederschlagsereignissen in den Hochlagen des Schwarzwaldes am höchsten (Luvseite), während sie im Bereich des Flachlandes (Kraichgau, Rheintal) und im Gebiet der schwäbischen Alb am geringsten ist.

Durch den Einfluss der Orografie wird der synoptischen Hebung zusätzlich eine Vertikal-geschwindigkeit überlagert, die zu einer Zunahme des Niederschlags insgesamt sowie einer starken räumlichen Differenzierung des Niederschlagsfeldes führt.

Bei stabiler Schichtung und/oder geringer Windgeschwindigkeit kommt es im Rheintal zu einer verstärkten Kanalisierung der Strömung. In diesem Fall sind auch die Vertikalgeschwindigkeiten geringer als bei weniger stabiler Schichtung und/oder höherer Windgeschwindigkeit. Dieses Verhalten lässt sich realistisch mit einem linearen 3-D Modell (reibungsfrei, ohne Turbulenz) wiedergeben.

Die orografische Niederschlagszunahme ist neben der Feuchte-Advektion abhängig von den Parametern Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Schichtungsstabilität, ausgedrückt durch die dimensionslose Froude-Zahl als Verhältnis von Windgeschwindigkeit mit Brunt-Väisälä-Frequenz (Stabilitätsmaß) und einer Länge. Je höher die Froude-Zahl (geringe Schichtungsstabilität und/oder hohe Windgeschwindigkeit), desto stärker ist die Zunahme des Niederschlags mit der Höhe NN. Daher treten in dieser Situation vermehrt Starkniederschläge in den höheren Lagen der Mittelgebirge auf.

Bearbeiter
Michael Kunz

Betreuung
Prof. Kottmeier

Publikationen