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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Grundlagen und Expertenwissen.
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Federwolke
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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Federwolke » Fr 26. Aug 2005, 17:45

Und noch was zum Thema aus kompetenter Feder:

[hr]

«Früher waren Extreme lokal begrenzt»

Der Berner Klimahistoriker Christian Pfister erklärt, was am derzeitigen Hochwasser einmalig ist und was es schon gegeben hat

Noch nie war in der Schweiz ein so grosses Gebiet von so heftigen Überschwemmungen betroffen wie jetzt. Dies zeigen die Daten des Berner Umwelthistorikers Christian Pfister. Auch die Schäden haben historische Dimensionen.

«Bund»: Ihre Unwetterstatistiken gehen Jahrhunderte zurück. Wie aussergewöhnlich sind die derzeitigen Überschwemmungen tatsächlich?

Christian Pfister: Schaut man an, wie viele Regionen gleichzeitig betroffen sind, und berücksichtigt man die gefallenen Niederschlagsmengen sowie die Intensität der Schäden, so muss man sagen: Was geschehen ist, ist für den Raum der Alpennordseite einzigartig. Es gab zwar durchaus extremere Situationen, aber die waren jeweils auf ein oder zwei Täler begrenzt.

Und die Wetterlage?

Was wir hier erlebt haben, ist nichts anderes als eine Variante der Vb-Wetterlage, die im Jahr 2002 – etwa zum gleichen Zeitpunkt – Tschechien, Bayern und Sachsen getroffen hat.

Also keine aussergewöhnliche Wettersituation?

Nein. Aber möglicherweise lag die Temperatur der Luftmassen aussergewöhnlich hoch. Ich kann das nicht belegen. Doch während der intensiven Regenfälle betrugen die Temperaturen über 20 Grad, die Luftmasse wirkte tropisch. Warme Luft nimmt mehr Wasserdampf auf und regnet bei Abkühlung stärker ab.

Besteht ein Zusammenhang zwischen diesen hohen Temperaturen und der Tendenz zur globalen Erwärmung?

Es kann sein, dass bestimmte Wetterlagen bei uns heute mit höheren Niederschlagsintensitäten verbunden sind, als das früher der Fall war. Worauf das zurückzuführen ist, müsste man genauer untersuchen. Eine erhebliche Rolle spielt die Temperatur der Ozeane und – in unserem Fall – des Mittelmeers.

Extreme Ereignisse eignen sich schlecht, um langfristige Veränderungen zu dokumentieren – gerade weil sie so selten sind.

Statistisch gesehen ist das tatsächlich so. Doch extreme Wetterereignisse sind möglicherweise Indizien für eine Klimaveränderung, zusammen mit andern Hinweisen. Im neuen, noch nicht veröffentlichten Bericht des internationalen Politikberatungsorgans IPCC wird eindeutig in diese Richtung argumentiert. Und: Jene, die das bestreiten, können ihre Einwände nicht stichhaltig belegen.

Zurück zum aktuellen Hochwasser: Sind für das Mattequartier Überschwemmungen ähnlichen Ausmasses dokumentiert?

Ja. Unter anderem 1480 und 1651 gab es in der Matte vergleichbare Hochwasser. Allerdings standen diese noch stärker als heute im Zusammenhang mit dem Schwemmholz. Damals standen zu seiner Beseitigung noch keine schweren Baumaschinen zur Verfügung.

Schon bald nach dem Auftreten des Unwetters der letzten Tage haben Sie die Schadensumme auf rund zwei Milliarden Franken beziffert. Sind Sie da nicht etwas zu pessimistisch?

Ich stütze mich auf die Gesamtschadensumme der Katastrophen in den vergangenen 200 Jahren, bezogen auf den Geldwert im Jahr 2000. Demnach verursachten die grossen bekannten Hochwasser im Gotthardgebiet, etwa 1868 oder 1987, Kosten von rund 1,4 Milliarden Franken. Heute haben wir eine wesentlich grössere Schadenfläche, und es sind mehr Infrastrukturanlagen betroffen. Also liegt es nahe zu sagen, die Schäden werden höher als 1987 liegen – besonders, wenn man alles einrechnet, auch die Ausfälle von Einnahmen im Tourismus. Kommen die Schäden auf über 1,5 Milliarden Franken zu stehen, sind sie historisch einmalig.

Die Bewältigung der Schäden schafft auch Arbeit. Haben ähnliche Ereignisse in der Vergangenheit zu Impulsen für die Volkswirtschaft geführt?

Das ist nicht untersucht worden. Beim Wiederaufbau einer Brücke wird zwar Arbeit generiert. Was man aber letztlich hat, ist nur Ersatz für etwas, das schon vor der Katastrophe bestanden hat. Die volkswirtschaftliche Substanz hat dabei nicht zugenommen. Mit demselben Geld hätte man eine zweite Brücke bauen können.

Was hat die Schweiz aus ihren Katastrophen gelernt?

Einmalig für Europa, vielleicht sogar für die ganze Welt, ist die Effizienz des Schweizer Versicherungssystems der kantonalen Gebäudeversicherungen. In Tschechien zum Beispiel hat man Prag nach der Flut von 2002 auch wieder schön aufgebaut. Aber finanziert wurde der Wiederaufbau aus der Staatskasse, und dies hatte budgetneutral zu geschehen, d. h. auf Kosten der Ausgaben für den öffentlichen Verkehr, die Bildung, Gesundheit und Soziales.

Zur Person

Christian Pfister

ist Professor für Wirtschafts-, Sozial- und Umweltgeschichte an der Universität Bern. Er untersucht unter anderem, wie Naturkatastrophen in den letzten fünf Jahrhunderten wahrgenommen und gedeutet wurden.

[hr]

Regenreiche Wetterlage

Kurz und bündig fasste Meteo Schweiz am Sonntag, dem 21. August, in ihrem abendlichen Wetterbericht die allgemeine Lage zusammen: «Das Tief über Oberitalien verlagert sein Zentrum zur Adria. Es steuert feuchte Mittelmeerluft über die Ostalpen zur Schweiz. Diese Luftmasse staut sich am Alpennordhang und führt dort zu anhaltenden und ergiebigen Niederschlägen.»

Eine klassische Vb-Wetterlage (fünf b). Deren Name stammt vom deutschen Meteorologen Wilhelm Jakob Van Bebber, der im 19. Jahrhundert die verschiedenen Zugbahnen der Tiefs klassifizierte.
Die Vb-Wetterlage ist bekannt für ergiebige Niederschläge (siehe Grafik). So regnete es in Meiringen vom Sonntag- bis Dienstagmorgen innert 48 Stunden 205 Millimeter pro Quadratmeter, fast 30 Prozent mehr als der bisherige Höchstwert vom 7. März 1896.
Nimmt die Vb-Wetterlage mit der Klimaerwärmung zu? «Diese Frage lässt sich aufgrund der sehr unterschiedlichen Klimamodelle nicht beantworten», sagt der bei Meteo Schweiz tätige Klimatologe Christoph Frei. Nicht allein die Vb-Wetterlage sei zudem für Überschwemmungen verantwortlich. So hätten beim Unwetter in Gondo 2000 und beim Hochwasser im Mai 1999 andere Wetterlagen geherrscht.

«Unheilvolle Vorgeschichte»

Meteo Schweiz betont die «unheilvolle Vorgeschichte» des aktuellen Hochwassers: Der August war nass, die Schneefallgrenze hoch, die Böden waren entsprechend feucht. «Niederschläge allein machen noch keine Hochwasser», sagt auch Dietmar Grebner vom Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich.
Grebner relativiert die Diskussion darüber, ob der Alarm der Wetterdienste im aktuellen Fall schrill genug war. «Wenn die Meteorologen vor starken Niederschlägen warnen, sagt das noch nichts über den Abfluss dieser Niederschläge aus.» (wat)

Der Bund, Interview: Patrick Imhasly [26.08.05]

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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Federwolke » Sa 27. Aug 2005, 15:58

Und noch einer :-) So langsam haben sich dann all meine Profs zum Thema geäussert...
[hr]
«Bald aus den Schlagzeilen»

«bund»: Als Projektleiter des Hydrologischen Atlasses der Schweiz haben Sie über alles, was in der Schweiz mit Wasser zusammenhängt, den Überblick. Kam dieses Hochwasser für Sie überraschend?

Rolf Weingartner: Es kam insofern überraschend, als eine für den Herbst oder Frühling typische Wetterlage plötzlich im Sommer auftrat. Fatal hat sich ausgewirkt, dass vor dem Hauptereignis schon viel Regen gefallen und der Boden deshalb bereits mit Wasser gesättigt war.

Und dann ging diesmal alles sehr schnell?

Ja, es ging ausserordentlich schnell. Beim Hochwasser 1999 hatte es zum Beispiel sechs Tage gedauert, bis der Thunersee-Pegel um einen Meter angestiegen war, diesmal war es in einem Tag so weit. Und das hat auch die Katastrophenplanung und die Alarmierung der Bevölkerung erschwert. Drei Faktoren haben zur extremen Situation geführt: die lange Niederschlagsdauer, die grossen Niederschlagsmengen und die Grösse des Niederschlaggebiets.


Das betroffene Gebiet ist diesmal also ausserordentlich gross?

Ja, es ist die ganze Alpennordseite betroffen – die Beregnung erfolgte sehr homogen, wie wir sagen. Und es gab Probleme in allen denkbaren Bereichen: im Hang, in kleineren und grösseren Einzugsgebieten, an den Seen, bei den Zusammenflüssen. In der Nacht auf Montag sind die Wasserpegel buchstäblich explodiert. Im Kerngebiet Meiringen-Engelberg-Napf sind die höchsten Zweitages-Niederschlagsmengen seit Messbeginn verzeichnet worden – und die längsten Messreihen reichen bis 1890 zurück. Meteo Schweiz spricht von einer Niederschlagsmenge, wie sie durchschnittlich alle 300 Jahre vorkommt.


1999 hat man von einem Jahrhundert-Hochwasser gesprochen, nun, sechs Jahre später, erleben wir ein Hochwasser mit noch gravierenderen Folgen. Haben wir nun alle paar Jahre mit einem Jahrhundert-Hochwasser zu rechnen?

Aufgrund von Indizien stellt man fest, dass die Häufigkeit solcher Ereignisse eher zunimmt. Das jetzige Hochwasser ist vom Wetter und von den Rahmenbedingungen her aber nicht vergleichbar mit dem Hochwasser von 1999.


Die Gletscher schmelzen, das Klima erwärmt sich: Gibt es einen Zusammenhang mit der Hochwasser-Häufung?

Das Abschmelzen der Gletscher ist zwar eine Folge der Klimaerwärmung, auf die derzeitige Hochwassersituation hat es aber keinen direkten Einfluss. Klimatologen und Meteorologen sehen aber, dass die Intensität solcher Starkregenereignisse zunimmt – in Bezug auf Niederschlagsmenge und -häufigkeit. Wenn sich ein Zusammenhang zwischen Klimaerwärmung und extremen Hochwassern nachweisen liesse, wäre dies natürlich sehr beunruhigend.


Wäre es sehr beunruhigend oder ist es sehr beunruhigend?

Die Realität – die Tatsache, dass sich solche Ereignisse häufen – ist beunruhigend. Es kann mit der Klimaerwärmung zusammenhängen, aber der wissenschaftliche Beweis fehlt.


Braucht es denn diesen Beweis? Es ist doch offensichtlich, dass sich im Winter Lawinenniedergänge häufen und dass es im Sommer vermehrt zu Felsstürzen, Hangrutschungen und Murgängen kommt – dass es den Anschein macht, die Schweiz verliere in dieser Hinsicht ihre Stabilität?

Wir leben im Alpenraum – in einem grundsätzlich verletzbaren Raum. Und wenn man in der Klimageschichte zurückblickt, stellt man fest, dass es immer wieder Phasen mit viel Hochwasser gegeben hat. Zwischen 1920 und 1970 sind hingegen wenig Hochwasser aufgetreten. Nun sind wir in einer Periode, in der diese Frequenz offensichtlich wieder zunimmt. Heute ist es überdies so, dass extreme Hochwasser einen Raum mit vielen Sachwerten treffen – und entsprechend gross sind dann die Schäden. Man spricht bereits von einer möglichen Schadensumme von 1,5 bis 2 Milliarden Franken.


Schlimme Folgen also, weil immer mehr gefährdete Gebiete überbaut sind?

In der Schweiz gab es nach dem Zweiten Weltkrieg einen starken Bauboom. Das führte dazu, dass viele gefährdete und überschwemmbare Gebiete nun bebaut sind. Mit dem Erstellen von Gefahrenkarten hinkt man also der Entwicklung nach, doch: In Bezug auf Objektschutz-Massnahmen sind diese Gefahrenkarten enorm wichtige Hilfsgrundlagen. In den roten Zonen darf zum Beispiel nicht neu gebaut werden.


Aber das tönt doch vor allem nach Symptombekämpfung statt nach Ursachenbekämpfung?

Was wäre denn Ursachenbekämpfung? Es geht um drei Dinge: um die Natur, um die Verletzbarkeit des Lebensraums und um den Hochwasserschutz. Eine mögliche Ursachenbekämpfung zielt sicher auf die Klimaerwärmung ab, denn Klimapolitik ist, langfristig betrachtet, auch Hochwasserpolitik. Symptombekämpfung ist, durch Hochwasserschutz die Verletzbarkeit zu minimieren. Es bleibt aber immer ein Restrisiko.


Klimaschutz-Massnahmen haben es Jahre nach einem Naturereignis aber oft schwer, durchgesetzt zu werden – national und international. Vergisst der Mensch zu schnell?

Ja. Und deshalb wäre es interessanter, dieses Gespräch erst in einem Jahr zu führen, denn: Im Moment ist das Hochwasser Medienthema Nummer eins, doch bald wird es keine Schlagzeilen mehr hergeben. Die Planung des nächsten Hochwassers beginnt aber jetzt – und in einem Jahr müsste man nachfragen, was für Lehren gezogen worden sind: Ob in der Agenda der Kantone und der Gemeinden der Hochwasserschutz noch die notwendig hohe Priorität hat – oder ob die Tagesgeschäfte wieder alles in den Hintergrund gedrängt haben.


Lassen sich Hochwasser überhaupt planen – oder «managen»?

Jedes Hochwasser ist ein Individuum. Für die Hochwasserabschätzung und das Hochwassermanagement wäre es ideal, wenn jedes Ereignis das gleiche Muster hätte. Doch das ist eben nicht so. Ich habe aber den Eindruck, dass die Verantwortlichen und die vielen Helfer in den Schadengebieten derzeit hervorragende Arbeit leisten. Ich war im Gebiet der Kander und der Simme, in Wimmis – und bin beeindruckt, wie kompetent dort gearbeitet wird.


Was ist nach diesem Hochwasser nun konkret zu tun?

Vorerst geht es darum, aufzuräumen. Dann werden mögliche Schwachstellen systematisch zu analysieren sein. Entscheidend wird aber sein, dass die gezogenen Lehren auch in die Hochwasserschutzmassnahmen einfliessen.


Das kostet aber sehr viel Geld?

Ja. Doch Hochwasserschutz ist billiger, als dann Schäden zu bezahlen. Ein Beispiel: Als 1993 die Saltina Brig überflutete, führte das zu Schäden in der Höhe von 600 Millionen Franken. Für rund 6 Millionen Franken sind dann Hochwasserschutz-Massnahmen getroffen worden. Mit Erfolg: 2002 kam es zu einem Hochwasser, das schlimmer war als 1999, aber nur etwa Schäden von 6 Millionen Franken verursachte. Mit der Investition von 6 Millionen Franken hat man also sehr viel Geld gespart. Ich wünschte mir deshalb, dass dieses Hochwasser-Ereignis, das weite Teile der Schweiz getroffen hat, nun dazu sensibilisiert, den Hochwasserschutz als Daueraufgabe zu betrachten.

ZUR PERSON
Rolf Weingartner, 51-jährig, ist
Professor und Gruppenleiter
Hydrologie am Geografischen
Institut der Universität Bern. Seit
1989 ist er Projektleiter für den
Hydrologischen Atlas der Schweiz
(Hades), der vom Bundesamt für
Wasser und Geologie herausgegeben
wird. Dieser informiert über
verschiedenste Aspekte des Wassers
und ist auch eine der Grundlagen
zur Erstellung von Gefahrenkarten.
www.hydrologie.unibe.ch/hades

Der Bund, INTERVIEW: WALTER DÄPP [27.08.05]
- Editiert von Fabienne am 27.08.2005, 16:04 -

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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Federwolke » Di 15. Nov 2005, 00:07

Und jetzt ist Klima"schutz" auch im Kanton Bern zum politischen Tagesgeschäft geworden. Beitrag von Schweiz Aktuell heute:

http://www.sfdrs.ch/system/frames/news/ ... /index.php --> Archiv --> 14.11.2005 --> Folgekosten der Unwetter

Wenn es an den Geldsäckel geht, fängt sogar die bürgerliche Mehrheit an, umzudenken. Die Frage ist: Wie lange? Es mag etwas zynisch klingen, aber: Die nächsten Unwetter sollten nicht zu lange auf sich warten lassen, sonst verschwindet alles wieder in der Schublade, und oberstes Gebot ist wie in den letzen Jahren: Schuldensanierung. Auf wessen Kosten, muss ja jetzt nicht mehr erklärt werden.

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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Uwe/Eschlikon » Di 15. Nov 2005, 07:03

Hallo

Fakt ist, die durchschnittlichen Jahresniederschläge haben im gleichen Rahmen zugenommen wie die Temperaturen, in den letzten 30 Jahren um ca. 10%, und das in allen Höhenlagen!
Somit steigt auch das Risiko für Extremereignisse.

Bsp. Zürich:
Temperaturzunahme 1975-2004 von 8.4°C auf 9.1°C
Niederschlagszunahme (Monatsmittel) 1975-2004 von 87mm auf 94mm

Bsp. Säntis:
Temperaturzunahme 1975-2004 von -2.0°C auf -1.4°C
Niederschlagszunahme (Monatsmittel) 1975-2004 von 213mm auf 233mm

Und die Tendenz ist weiter stark steigend!

Gruss, Uwe

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Beitragvon c2j2 » Di 15. Nov 2005, 09:25

Fakt ist, die durchschnittlichen Jahresniederschläge haben im gleichen Rahmen zugenommen wie die Temperaturen


Das erkläre mal denen, die den leeren Bodensee sehen ;-) Hier hat es schon seit langer Zeit sehr wenig geregnet - dank des Nebels sind wir aber trotzdem nicht vertrocknet. Wir sind bei einem hitorischen Minimum der letzten 140 Jahre angelangt:

Bild

Kurzfristige Ereignisse sind besser im Gedächtnis als langfristige Tendenzen.

Christian
Wieso Hagelraketen und andere Unwetter-Schadensverminderer... man kann auch mich buchen. Wo ich bin, sind keine Unwetter :roll:

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Beitragvon Uwe/Eschlikon » Di 15. Nov 2005, 09:47

@Christian

Tja, ein leerer See widerspiegelt den Wasserhaushalt eben wirklich nur relativ kurzfristig.
Kommen Ereignisse wie 1999 oder 2001, dann wird wieder gegenteilig geredet.

Uwe

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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Stephan » Di 15. Nov 2005, 10:06

Ciao Uwe

Somit steigt auch das Risiko für Extremereignisse.


Vorsicht beim Schluss von Mittelwerten (besonders wenn sie von längeren Perioden stammen, z.B. Monatsmittel) auf Extremereigisse! Mittelwerte sind eine stark verwischte Information. Es zeigt sich zudem, dass für Extremereignisse von kurzer Dauer ( 1 Monat).

Natürlich ist die Vermutung naheliegend, aber so richtig schön nachgewiesen wurde sie eben noch nicht.

Bisschen was zu lesen zum Thema "Häufigkeit und Trends von Starkniederschlägen in der Schweiz" gibts unter dem folgenden Link.

Nur noch ein paar Bemerkungen zu Beiträgen von weiter oben, wo die Aussagekraft von Extremwertstatistiken angezweifelt wurden. Offensichtlich scheint die Grundidee noch nicht ganz klar zu sein.

Ganz grob dar Anwendungsbereich der Extremwertstatistik:

Man misst am Standort x irgend eine Grösse, nehmen wir mal den Niederschlag. Irgendwann, 20 Jahre sind vergangen, werden 60 mm Niederschlag in einer Stunde gemessen, Rekord, grösster Wert, der Hobbymeteorologe freut sich. Mit Hilfe der bereits vorhandenen Messreihe kann man den Wert nun versuchen einzuordnen. Erster Schritt, klar, Rangliste. Nun möchte man aber vielleicht auch noch wissen, ob das eine ganz extreme Sache war, oder ob es bisher einfach Pech war, dass ein solcher Wert in den vergangenen Jahren nicht bereits 3 oder 4 mal aufgetreten ist. Oder man hat bereits mal 50, mal 58 und mal 55 mm in einer Stunde gemessen und hat das Gefühl, dass das nicht das Ende der Fahnenstange ist und möchte wissen, was rein nach Statistik auftreten könnte, wenn man die Natur über einen Zeitraum von 100 Jahren betrachten könnte.

Ganz wichtiger Punkt: Eine Wiederkehrperiode von 100 Jahren heisst nicht, dass 99 Jahre nichts passiert und dann das Hundertjährliche Ereignis kommt! Eine Wiederkehrperiode von 100 Jahren ist gleichbedeutend mit einer Wahrscheinlichkeit von 1%, dass ein Ereignis in einem bestimmten Jahr erreicht oder übertroffen wird. Man trifft aufgrund der existierenden Messdaten und für stationäre Bedingungen (sind die nicht gegeben, wird detrendiert) eine Aussage zu einem fiktiven verlängerten Zeitraum unter gleichen Bedingungen. Eine Extremwertstatistik liefert den Zeitpunkt des Eintreffens nicht mit. Der Hobbymeteorologe kann nächstes Jahr vielleicht das 10000jährliche Ereignis messen. Gross ist die Chance allerdings nicht, die Wahrscheinlichkeit beträgt gerade mal 0.01% (ganz abgesehen davon stellt sich die Frage, ob er das Ereignis mit seiner Messapparatur auch erfassen könnte).

Weil der Hobbymeteorologe nicht sicher sein kann, dass er in seinen 20 Jahren eine repräsentative Stichprobe der extremen 1h-Niederschlagswerte gesammelt hat, sollte er immer auch ein Vertrauensintervall angeben.

Beim Niederschlag kann der Hobbymeteorologe auf verschiedene Extremwerte hoffen, ein Niederschlagsereignis wird über die Dauer definiert. Man kann z.B. Statistiken zu den extremen 5 Minuten-Niederschlägen aufstellen, aber auch zu den extremen 72h-Niederschlägen. Ein Tagesniederschlag muss zudem von einem 24h-Niederschlag unterschieden werden. Tagesniederschläge werden von Termin zu Termin bestimmt (fixes 24h-Fenster, man spricht von kalendarischen Werten), 24h-Niederschläge sind solche, welche in einem beliebigen, gleitenden 24h-Fenster auftreten (=nicht-kalendarische Niederschläge).

Der Hobbymeteorologe muss jedoch vorsichtig bleiben, wenn er dann mit stolz geschwellter Brust im Internet seine Extremwerte kundtut und mit anderen Extremwerten vergleichen will. Der 100jährliche Wert am Standort x gilt nur für den Standort x, nicht für den Kanton und noch weniger für die ganze Schweiz. Eigentlich gilt er nur für die 200cm^2 seines Regenmessers.


Nochmals mit etwas anderen Worten und für eine andere Messgrösse (Abfluss) --> gekürzter und ergänzter Copy&Paste-Auszug eines Kapitels meiner DA:

In der angewandten Statistik werden extreme Werte als Störgrössen oder Ausreisser betrachtet. In der Extremwertstatistik sind jedoch genau diese Werte von Interesse. Es wird untersucht, welchen Wert ein Ereignis in einem bestimmten Zeitraum statistisch gesehen annehmen kann.

Der erste Schritt besteht jeweils darin, dass aus einer Zeitreihe eine Stichprobe von extremen Werten definiert wird. Wichtige Postulate sind dabei die Unabhängigkeit der Messwerte sowie deren Stationarität. Es bestehen zwei Vorgehensweisen für die Auswahl einer solchen Stichprobe:

-jährliche Höchstwerte
Aus einer Messreihe von n Jahren wird in jedem Jahr der höochste Wert gewählt. Die Stichprobe umfasst somit genau n Werte und wird als jährliche Reihe bezeichnet. Dieses Verfahren empfiehlt sich vor allem bei langjährigen Messreihen.

-Peak over threshold
Allgemein stellt sich das Problem, dass die jährlichen Höchstwerte stark schwanken können. In einem bestimmten Jahr können mehrere aussergewöhnliche Ereignisse auftreten, in einem anderen Jahr kann der Höchstwert verhältnismässig klein sein. Indem man eine Schwelle so wählt, dass bei einer Messreihe von n Jahren m >= n Werte über dieser Schwelle liegen, können gezielt die extremsten Werte einer Messreihe für eine Auswertung herangezogen werden. Dieses Verfahren wird vor allem bei kurzen Messreihen angewendet. Bei solchen partiellen Reihen muss auf die Unabhängigkeit der Messwerte besonders geachtet werden.

Der Schritt, von der Betrachtung der Messreihe auf nicht im Datenkollektiv enthaltene, extreme Werte zu schliessen, erfolgt über die Anpassung einer theoretischen Verteilungsfunktion. Bei der Wahl einer geeigneten Verteilungsfunktion wurde in der hydrologischen Praxis, vor allem in der Beurteilung von Hochwasserabflüssen, lange Zeit auf die DVWK-Empfehlungen aus dem Jahre 1979 abgestützt, in welcher feste Kriterien für die Wahl einer bestimmten Verteilungsfunktion beschrieben sind. Im Sinne einer Standardisierung wird in der Schweiz häufig auf die in Geiger et al. für die Auswertung von Starkniederschlägen verwendete 1. und 2. Extremalverteilung für jährliche Reihen sowie Pareto- bzw. Exponentialverteilung für partielle Reihen zurück gegriffen.

Wie in der statistischen Grundlagenforschung schon seit längerem üblich, wird auch in der hydrologischen Anwendung in neuerer Zeit nicht mehr zwischen den einzelnen Verteilungsfunktionen unterschieden. Eine allgemeine Extremalverteilung für jährliche Maxima wird dabei durch Form-, Lage- und Massstabsparameter beschrieben, dabei wird die Gumbel-, Fréchet- und Weibull-Verteilung als Spezialfall dieser allgemeinen Extremalverteilung verstanden.
Für partielle Reihen existiert analog eine generalisierte Paretoverteilung, wobei hier Exponential-, Pareto- und Betaverteilung enthalten sind.

Zur Schätzungen der Parameter dieser Verteilungen sind verschiedene Methoden gebräuchlich, die bekanntesten sind die Momenten-Schätzer und die Maximum-Likelihood-Methode. Im Anhang C wird ein kurzer theoretischer Abriss zu diesen Verteilungen gegeben.

Bei statistisch extrapolierten Werten für ein Hochwasser bestimmter Jährlichkeit handelt es sich nicht um ein "wahres" Resultat, an dem abgeschätzte Werte (gemeint sind hier durch andere Hochwasserabschätzmethoden ermittelte Werte) ohne weiteres gemessen werden dürfen. Vielmehr bedürfen auch Quantilschätzungen einer Interpretation, um die Güte eines solchen Richtwertes beurteilen zu können.

Häufig sind in einem Einzugsgebiet nur kurze Messreihen vorhanden. Die Quantilschätzung wird im allgemeinen nur bis auf das zwei- bis dreifache der Messdauer empfohlen, darüber hinaus nehmen die Unsicherheiten stark zu. In Tabelle 3.1 sind Richtwerte für die Verwendung von Messperioden unterschiedlicher Länge zusammengestellt.

Tabelle 3.1: Die Brauchbarkeit von Messperioden für die Abschätzung eines HQ100. Nach DVWK.

Beobachtungs- statistische Aussage
zeitspanne
< 10 Jahre unbrauchbar
10 - 20 Jahre abschätzend
20 - 30 Jahre bedingt geeignet
> 30 Jahre geeignet

Im Wasserbau ist das HQ100 (=Hochwasserereignis mit einer Wiederkehrperiode von 100 Jahren) eine wichtige Bemessungsgrösse, viele aktive und passive Schutzmassnahmen werden auf ein solches Schutzziel ausgelegt.
In der Praxis stellt sich häufig die Situation, dass trotz ungenügender Länge der Messreihe ein HQ100 extrapoliert werden muss. In diesem Fall ist die Güte einer solchen Extrapolation mit einer grossen Unsicherheit behaftet. Oft ist sie von der Qualität der Aussage her höchstens mit anderen Hochwasserschätzmethoden vergleichbar.

Je länger eine Messreihe ist, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese auch extreme Werte umfasst. Trotzdem lässt sich nicht ausschliessen, dass auch in einer kurzen Messreihe sehr seltene Ereignisse auftreten. Die Einordnung eines solchen Wertes ist problematisch, auch wenn aufgrund des ersten und zweiten Momentes einer Stichprobe abgeschätzt werden kann, ob es sich bei einem hohen Wert um einen Ausreisser handelt [Müller et al., 1973, zitiert in DVWK]. Aufschlussreicher ist eine Ereignisanalyse, in der neben den meteorologischen Ursachen auch die Vorgeschichte und vergleichende Betrachtungen mit benachbarten Einzugsgebieten der gleichen Grössenordnung angestellt werden.

Eine Quantilschätzung extremer Hochwasserabflüsse kann nicht genauer sein als die ihr zugrunde liegenden Daten. Folgende Probleme müssen berücksichtigt werden:

- Die Messung der Abflussmenge erfolgt im Allgemeinen nicht direkt, sondern über eine Pegelmessung. Vor allem im Bereich hoher Abflussmengen ist die Beziehung zwischen Pegelmessung und Abflussmenge nur schlecht abgestützt, oft liegt zwischen dem grössten Abfluss und der grössten Eichmessung an einer Station ein Faktor 10. An einzelnen Stationen steigt der Faktor bis 30 (Barben). Eine Extrapolation der P-Q-Beziehung auf hohe Abflussmengen ist dementsprechend unsicher.

- Wenn ein Bach im Bereich des Messquerschnittes schon bei Hochwasserabflüssen mit einer Jährlichkeit von wenigen Jahren ausufert und die höchsten Messwerte über eine Abflussberechnung nach Manning-Strickler rekonstruiert werden müssen, steigt die Unsicherheit nochmals. Besonders Messstationen, bei denen eine Untersuchung des Wasserhaushaltes im Vordergrund steht und der Messquerschnitt dementsprechend klein dimensioniert ist, sind von dieser Problematik betroffen.
Oft ist der Gerinnequerschnitt nicht klar definiert und Rauhigkeitsbeiwerte lassen sich nur schwer abschätzen.

-In Wildbacheinzugsgebieten kommt die Problematik des Geschiebetransportes hinzu. Durch Geschiebeablagerung kann die Messung stark beeinträchtigt werden oder ganz ausfallen.

Für die extremwertstatistische Auswertung einer Messreihe ist die Annahme von stationären Bedingungen (=kein Trend in der Zeitreihe vorhanden) Voraussetzung. Falls die Stationarität nicht gegeben ist, muss die Stichprobe detrendiert werden. Instationäres Verhalten einer Messreihe kann einerseits durch die Änderung der hydro-klimatischen Bedingungen hervorgerufen werden, andererseits können natürliche (grossflächige Rutschungen, Windwurf) und anthropogene Einflüsse (Verlegung der Messstation, Nutzungsänderung) eine Änderung der Gebietscharakteristik bewirken.

Gruss, Stephan

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Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Uwe/Eschlikon » Di 15. Nov 2005, 10:52

@Stephan

Hallo,

ich bin mit Deinen Ausführungen völlig einverstanden.
Der Anstieg der Temperatur und des NS obliegt in meinen geposteten Zahlen dem 30-jährigen gleitenden Mittel.

Unabhängig vor der Messgenauigkeit bei Extremereignissen, welche in einem 30-jährigen Mittel kaum zu Abweichungen führt, beinhaltet ein derart frappanter Anstieg (anders kann man das nicht nennen) von Temperatur und NS rein physikalisch zu einer Häufung von Extremereignissen. Dazu kommt, dass die mit dem Temperaturanstieg gekoppelten Begleiterscheinungen wie zB.
- höhere Schneefallgrenze
- Anstieg der Permafrostgrenze
- Abschmelzen von Firn- und Gletscherfeldern
- beschleunigte und intensivere Schneeschmelze im Frühjahr
die Gefahr und die Intensität von Extremereignissen erhöhen.

Ich bin ja auch nur Hobbymeteorologe, aber ein sehr guter und intensiv aktiver(!) Beobachter der Natur, vor allem der Bergwelt. Egal, was an (angeblichen?) Forschungsberichten via Medien verbreitet wird, aber was sich in den letzten Jahren in unseren Alpen abspielte (und noch abspielen wird), ist aus meiner ganz persönlichen Sicht oberdramatisch!

Für mich persönlich steht die Häufung von extremen Ereignissen in unserem Land ausser Zweifel.

Gruss, Uwe

Matt (Thalwil)
 

Re: Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Matt (Thalwil) » Mi 4. Jul 2012, 13:10

Kopie aus dem Thread viewtopic.php?f=2&t=8275&start=60#p150630. Passt auch gut hierher, zur Diskussion von Extremereignissen und Wiederkehrsperioden.

Hier ein kleiner Exkurs zu Wiederkehrperioden (Jährlichkeit) von Abflussmengen und die Abhängigkeit von der Länge der Historie (gemessene Zeitreihe)
Ein schönes Beispiel ist die Station Oberwald des Bachs Goneri (http://www.hydrodaten.admin.ch/de/2607. ... elle_daten), wo bloss für 21 Jahre Messwerte vorhanden sind.

Da ich geschäftlich gerade mit ähnlichen stat. Analysen beschäftigt bin habe ich mit der Software "R" eine kleine Studie gemacht. Die Berechnung der Wiederkehrperioden erfolgt für diese Station mittels der Gamma-Verteilung (http://de.wikipedia.org/wiki/Gammaverteilung), welche basierend auf den Messwerten Rückschlüsse über die Abflussmengen bei grösseren Jährlichkeiten (50, 100, 200,...) erlaubt.

Am 02.07.2012 wurde eine Abflussspitze von 66 m^3/s gemessen. Dies entspricht gemäss bestehender Extremwertstatistik einer Wiederkehrperiode von ca. 120 Jahren (rotes Dreieck in Grafik c). Nimmt man aber das Jahr 2012 mit in die Statistik hinein und berechnet die Gamma-Verteilung neu, ergibt sich in der Folge nur noch eine Wiederkehrperiode von ca. 55 Jahren (blaues Dreieck in Grafik c)).

Damit wollte ich zeigen wie sensitiv die stat. Verteilungen bei kurzen Beobachtungsperioden sind. Ihr könnt Euch vorstellen wie heikel nun die Berechnung von noch grösseren Wiederkehrperioden (200 Jahre) ist. Bei der Wahl der stat. Verteilungsfunktion geht man davon aus, dass die gemessenen Werte einer solchen Funktion folgen. Wie gut diese Annahme im Falle der Station Oberwald und der Gamma-Verteilung stimmt, seht ihr in Grafik a) und b). Erstere zeigt wie gut theoretische und gemessene Werte übereinstimmen. Im Idealfall würden alle Werte auf der Diagonalen liegen. Zweitere zeigt die Dichtefunktion, gemessen und theoretisch. Nicht überraschend nimmt die Abweichung zu, je grösser die Abflussmenge, d.h. das Ereignis ist. Am besten passt sie für mittlere Werte.

Vielleicht können wir im Forum "Wissenswertes" ein Thread dazu eröffnen.

Gruess, Mat

Bild
Quelle: Author, Daten: BAFU

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Quelle: BAFU

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Re: Jahrhundertereignis/Wiederkehrdauer über 300 Jahre

Beitragvon Willi » Mi 4. Jul 2012, 14:25

Vielleicht können wir im Forum "Wissenswertes" ein Thread dazu eröffnen.

Thema nach "Wissenswertes" verschoben, Link in Forum "Allgemein" beibehalten

Gruss Willi
Zuletzt geändert von Willi am Mi 4. Jul 2012, 14:26, insgesamt 1-mal geändert.

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