Was wäre, wenn der Starkregen 50 Kilometer entfernt niedergegangen wäre?

fTeilen

Mit hypothetischen aber nicht unwahrscheinlichen Hochwasser-Szenarien
sollen Menschen und Entscheider in gefährdeten Regionen motiviert werden,
sich besser auf potenzielle Extrem-Ereignisse vorzubereiten. Simulationen
von Forschenden des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ zeigen in einer
neuen Studie, dass bei nur geringfügiger Verschiebung von Regengebieten
sehr viel schwerwiegendere Hochwasser-Ereignisse hätten auftreten können.

Zusammenfassung

Hochwasser betrifft weltweit mehr Menschen als jede andere Naturgefahr,
mit enormen Schäden, die in einer wärmer werdenden Welt voraussichtlich
weiter zunehmen. Menschen und Entscheidungsträger in gefährdeten Regionen
sind jedoch oft nicht bereit, sich auf außergewöhnlich schwere Ereignisse
vorzubereiten, da sie schwer vorstellbar sind und außerhalb ihrer
Erfahrung liegen. In einer aktuellen Studie schlägt ein Team von
Forschenden um Bruno Merz und Sergiy Vorogushyn vom Deutschen
GeoForschungsZentrum GFZ eine neue Strategie vor, um die Gesellschaft zu
motivieren, über geeignete Risikomanagementstrategien zu diskutieren: Sie
entwickeln eine Reihe von hypothetischen extremen Überschwemmungsszenarien
in Deutschland, indem sie vormals beobachtete Niederschlagsereignisse um
einige zehn bis hundert Kilometer im Raum verschieben und deren
Auswirkungen dann durch ein Hochwassermodell berechnen. Solche Szenarien
sind nicht unwahrscheinlich, da der tatsächliche Niederschlag auch mehrere
Dutzend Kilometer entfernt hätte fallen können. Auf diese Weise ergeben
sich Ereignisse, die mehr als doppelt so schwerwiegend sind wie das
verheerendste Hochwasser seit 1950 in Deutschland. Außerdem zeigt sich: In
der Vergangenheit verschonte Regionen können sich nicht sicher fühlen, da
sie ebenfalls schwer von Zerstörungen hätten getroffen werden können. Die
Ergebnisse wurden im Fachmagazin Environmental Research Letters
veröffentlicht.

Hintergrund: Nicht gut vorbereitet auf außergewöhnliche Ereignisse

Von Überschwemmungen sind weltweit mehr Menschen betroffen als von jeder
anderen Naturgefahr. Allein das Hochwasser vom Juli 2021 in Westeuropa
forderte mehr als 220 Todesopfer und verursachte Schäden in Höhe von fast
50 Mrd. EUR. Trotz der enormen Auswirkungen außergewöhnlicher Hochwasser
in den letzten Jahrzehnten und ihres prognostizierten häufigeren
Auftretens in der Zukunft ist die Gesellschaft oft nicht bereit, über
solche Ereignisse zu diskutieren und sich darauf vorzubereiten.

Umfragen haben gezeigt, dass Menschen sich nur schwer in Ereignisse
hineinversetzen können, die sie nicht selbst erlebt haben: Sie können dann
die negativen Auswirkungen von schweren Überschwemmungen nicht gut
vorhersagen. Und sie neigen dazu, die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses
danach zu beurteilen, wie leicht sie es sich vorstellen können. Außerdem
fällt es Menschen und Organisationen generell schwer, über bedrohliche
Aussichten nachzudenken, und sie fühlen sich unwohl, wenn sie für
Situationen planen, die ihnen selbst schaden würden.

Daher ist die Gesellschaft oft überrascht und wenig vorbereitet, wenn
Ereignisse eintreten, die schwerwiegender sind als das, was sie bisher
erlebt haben – mit katastrophalen Auswirkungen (1). „Die mangelnde
Bereitschaft, über außergewöhnliche Überschwemmungen nachzudenken und sich
darauf vorzubereiten, ist besorgniserregend, da außergewöhnliche
Ereignisse in einer wärmeren Welt voraussichtlich häufiger auftreten
werden. Daher müssen Ausnahmeszenarien entwickelt werden, die auch von
Laien verstanden werden können“, sagt Bruno Merz, am Deutschen
GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam Leiter der Sektion „Hydrologie“ und
Professor für Hydrologie an der Universität Potsdam.

Neuer Ansatz: Virtuelles räumliches Verschieben vergangener
Extremereignisse

Die Schwere eines Ereignisses wird häufig in Form von Wiederkehrperioden
beschrieben, wie z.B. das 100- oder 1000-jährliche Hochwasser. Hierdurch
wird ausgedrückt, dass ein Ereignis dieser Stärke im Schnitt nur alle 100
oder 1000 Jahre eintritt. Die Wahrscheinlichkeit dafür beträgt in einem
bestimmten Jahr also 1:100 bzw. 1:1000. Dieses Konzept ist für Laien
jedoch nicht gut zugänglich.

Stattdessen schlägt das Forschungsteam um Bruno Merz und Sergiy
Vorogushyn, leitender Wissenschaftler in der GFZ-Sektion „Hydrologie“,
vor, räumliche Alternativszenarien zu nutzen. Solche sogenannten
kontrafaktischen Szenarien sind alternative Möglichkeiten für vergangene
Ereignisse, also Szenarien, die nicht eingetreten sind, aber hätten
eintreten können. Um sie zu entwickeln, verschieben die Forschenden die
Niederschlagsfelder vergangener Hochwasser und simulieren die Folgen, die
sich ergeben hätten, wenn die Zugbahnen der verursachenden
Tiefdruckgebiete einen anderen Weg genommen hätten.

„Wir gehen davon aus, dass es selbst für Laien leicht zu verstehen ist,
dass sich ein Tiefdruckgebiet, das für heftigen Regen in einer bestimmten
Region gesorgt hat, auch etwas anders hätte entwickeln können. Dadurch
hätte eine damals verschonte Region durchaus getroffen und eine betroffene
Region möglicherweise sehr viel schwerer getroffen werden können – sodass
sie damals einfach nur Glück hatten“, erläutert Merz.

Die Forschenden haben für ihre Studie die zehn schadensträchtigsten
Hochwasser für Deutschland seit 1950 ausgewählt und die damaligen
Niederschläge in drei Entfernungen – 20, 50 und 100 Kilometer – und acht
Richtungen verschoben. Solche Verschiebungen sind angesichts der
beteiligten Mechanismen gut begründet: Die Bahnen der
niederschlagsbildenden Tiefdrucksysteme werden durch nichtlineare
Wechselwirkungen auf Skalen von ∼1.000 Kilometern oder mehr dominiert.
Daher können sich die Niederschlagsfelder einzelner Ereignisse bei einer
etwas anders gelagerten meteorologischen Gesamtsituation auch anders
entwickeln. Diese 24 kontrafaktischen Niederschlagsereignisse für jede der
zehn größten Katastrophen wurden in ein Hochwassermodell gespeist, um
damit die Schwere des Hochwassers für die entsprechenden Regionen in
Deutschland zu quantifizieren.

Ergebnisse am Beispiel des Weihnachtshochwassers aus dem Jahr 1993

Es stellte sich heraus, dass die Verschiebung der Niederschläge zu viel
schwereren Überschwemmungen führen kann, als beim tatsächlich
eingetretenen Ereignis. Als Beispiel sei hier das Weihnachtshochwasser
1993 betrachtet.

Weiträumige und teilweise extreme Niederschläge im Dezember 1993 führten
an Weihnachten 1993 zu Überschwemmungen entlang des Mittel- und
Niederrheins, die in drei Bundesländern mehrere Todesopfer und erhebliche
materielle Schäden zur Folge hatten. Allein in Köln waren mehr als 13.500
Haushalte betroffen. Ein kontrafaktisches Hochwasser ergibt sich hier aus
einer Verschiebung des Niederschlagsfeldes um 50 Kilometer in Richtung
Nordosten. Wäre der Regen dort gefallen, dann wären viele der vom
Hochwasser betroffenen Orte noch stärker betroffen gewesen. Und zusätzlich
wären viele Orte, die von der Katastrophe verschont geblieben sind, von
Flusswasserständen betroffen gewesen, die die Hochwasserschutzanlagen
überstiegen hätten.

Flussabschnitte im Einzugsgebiet der Weser, die 1993 nur geringfügig
betroffen waren, hätten beispielsweise Überschwemmungen größer als das
100-jährliche Hochwasser erlebt. Insgesamt erzeugen die kontrafaktischen
Szenarien an mehr als 70 Prozent der von in dieser Studie betrachteten 516
Flusspegel in ganz Deutschland Spitzenabflüsse, die das aktuell dort
verzeichnete Rekordhochwasser übersteigen.

Ausblick: Nutzung kontrafaktischer Szenarien für das Risikomanagement

„In Anbetracht der Tatsache, dass sich das Risikomanagement in der Regel
auf die größten beobachteten Hochwasser konzentriert, ist die
Leichtigkeit, mit der durch unseren Ansatz viele neue Hochwasserrekorde
erzeugt werden, beunruhigend“, resümiert Merz.

„Unser neuer Ansatz ist in der Lage, plausible Ausnahmeszenarien zu
generieren, die genutzt werden könnten, um Laien das Hochwasserrisiko zu
vermitteln und das Hochwasserrisikomanagement zu unterstützen. Auch wenn
sich bei außergewöhnlichen Hochwasserereignissen Schäden nicht vollständig
verhindern lassen, kann das Risikomanagement die katastrophalen
Auswirkungen begrenzen“, ergänzt Sergiy Vorogushyn.

So können Vorhersage-, Frühwarn- und Evakuierungssysteme Todesopfer
verhindern. Durch Raumplanung und Infrastrukturmanagement kann
sichergestellt werden, dass sensible Infrastrukturen wie Altenpflegeheime
und kritische Infrastrukturen wie Kraftwerke entweder nicht in
gefährlichen Zonen liegen oder gegen Überschwemmungen geschützt sind.

Darüber hinaus kann das Infrastrukturmanagement Sicherungs- und
Redundanzmaßnahmen für einen kontinuierlichen Betrieb bei Überschwemmungen
vorsehen und Maßnahmen entwickeln, die eine rasche Rückkehr zu einem
Mindestbetriebsniveau ermöglichen, wenn ein Ausfall nicht verhindert
werden kann.

(1) Kreibich, H., et al (2022): The challenge of unprecedented floods and
droughts in risk management. - Nature, 608, 80-86. DOI:
10.1038/s41586-022-04917-5
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04917-5