Читать книгу Sturzfluten und Hochwasser - nasse Katastrophen - Malte Nowak - Страница 5

Wasserkreislauf

Wasser ist das wichtigste Element auf unserem Planeten. Ohne Wasser – kein Leben. Allerdings ist Wasser auf unserer Erde sehr unterschiedlich verteilt. Dies hängt von den klimatischen Bedingungen ab, bzw. hängen die klimatischen Bedingungen von der Verteilung des Wassers ab.

Die Wassermenge ist auf der ganzen Erde immer dieselbe. Wasser verändert allerdings ständig seinen Standort und seinen Aggregatzustand. Als Veränderung des Standortes ist u.a. das Fließen und Strömen von Flüssen, Meeren, Grundwasser, usw. gemeint.

Unterschiedliche Aggregatzustände des Wassers sind gasförmig (Wasserdampf / Luftfeuchtigkeit), flüssig (Wasser), fest (Eis). Dieses Wasser (alle Aggregatzustände eingeschlossen) befindet sich in einem ständigen Austausch miteinander. Man spricht vom Wasserkreislauf.

Hier ein sehr stark vereinfachtes Beispiel zum Thema „Wasserkreislauf“:

Grundwasser tritt an einer Quelle aus und bildet ein Rinnsal, mehrere Rinnsale vereinigen sich und bilden einen Bach – später, nach mehr Zuflüssen, einen Fluss. Dieser Fluss mündet nach einer langen Strecke ins Meer. Meerwasser wird durch die Sonne erwärmt und verdunstet, wird also gasförmig. Es bilden sich Wolken, die dann über Land wieder abregnen. Das Regenwasser versickert im Boden und fließt dem Grundwasser zu. Das Grundwasser strömt bis zu einer Quelle, an der das Wasser als Rinnsal austritt. Der Prozess beginnt von neuem.

Ein dazugehöriger, durch den Menschen geschaffener Teil-Wasserkreislauf, findet in unserer Wasserver- und entsorgung statt, der auch für das Thema „Hochwasser“ eine wichtige Rolle spielt.

Wasserwerke entnehmen Grundwasser oder Flusswasser (z.B. Uferfiltrat), bereiten dieses auf und geben es in das Trinkwassernetz. Dort wird es durch den Nutzer, also auch durch Sie, entnommen und für alltägliche Haushaltsaktivitäten wie z.B. Duschen, Toilettenspülung, Kochen usw. gebraucht. Das gebrauchte Wasser, unser Abwasser, gelangt über das öffentliche Kanalnetz zur Kläranlage, die i.d.R. immer am untersten Punkt des örtlichen Kanalnetzes in unmittelbarer Nähe zu einem Gewässer liegt. Diese Kläranlage reinigt das Abwasser mittels physikalischer, biologischer und chemischer Prozesse und gibt es dann, soweit möglich, gereinigt an das Gewässer wieder ab. Dort wird das Wasser dann wieder Teil des Wasserkreislaufes wird.

Niederschlag

Niederschlag gibt es in vielen unterschiedlichen Arten. Alle Niederschlagsarten bestehen aus Wasser und werden durch die Umgebungstemperatur maßgeblich beeinflusst (z.B. Schnee, Regen, Hagel). Ihren Ursprung hat jeder Niederschlag in den Wolken. Diese entstehen bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes, wenn sich Wassermoleküle und Luftschwebstoffe zu Tropfen vereinen. Der Niederschlag entsteht, wenn diese Tropfen zu schwer werden und in Richtung Erde fallen.

Liegt die Temperatur unterhalb von 0°C, fällt der Niederschlag in Form von Schnee oder Hagel, liegt sie darüber, fällt Regen.

Regen

Es gibt unterschiedliche Arten von Regen. Mal nieselt es den ganzen Tag, mal schauert es kurz sehr stark. Um Regen beschreiben, vergleichen und unterscheiden zu können, gibt es verschiedene Angaben, welche ich Ihnen auf den folgenden Seiten einmal näher bringen möchte.

In Wettervorhersagen werden von den Meteorologen Niederschlagsmengen oder Niederschlagshöhen prognostiziert. So wird häufig, zur Quantifizierung des Regens, von der Niederschlagsmenge oder der Niederschlagshöhe gesprochen. Die Niederschlagsmenge wird mit der Einheit [l/m²], also Liter pro Quadratmeter, beschrieben; die Niederschlagshöhe mit der Einheit [mm], also Millimeter. Der absolute Wert ist derselbe, da 1 l/m² = 1 mm ist.

Zur Veranschaulichung stellen Sie sich eine ein Quadratmeter große geschlossene Fläche vor. Werden nun 10 l (das Volumen eines durchschnittlichen Haushaltseimers) auf die Fläche geschüttet, ergibt sich ein Wasserstand von exakt 10 mm.

Nun ist aber nicht nur die absolute Niederschlagsmenge, bzw. -höhe eines Regenereignisses ausschlaggebend, sondern auch die Zeitspanne, also die Dauer, in welcher der Regen fällt. Die Dauer wird entweder in Minuten oder in Stunden angegeben.

Mit den Werten der Niederschlagshöhe und der Dauer ergibt sich der Wert der Intensität mit der Einheit [mm/min] oder [mm/h]. Es ist natürlich ein großer Unterschied, ob 20 mm Regen innerhalb von 20 Minuten oder von einer Stunde gefallen sind. Sind die 20 mm innerhalb von 20 Minuten gefallen, folgt daraus eine Niederschlagsintensität von = 1 mm/min.

Fällt der Niederschlag von 20 mm innerhalb einer Stunde, folgt daraus eine Niederschlagsintensität von = 0,33 mm/min. Eine Niederschlagshöhe, bzw. Niederschlagsmenge hat bei unterschiedlicher Dauer also unterschiedliche Intensitäten. Je länger die Dauer, desto geringer die Intensität. Also hat der tagelange Nieselregen eine geringere Intensität, als der kurze Schauer bei gleicher Niederschlagsmenge.

Extrem hohe Intensitäten werden auch Starkregenereignisse oder Sturzfluten genannt und führen häufig zu einer überlasteten Kanalisation, zu Erdrutschen oder Hochwasser in kleineren Gewässern. Lang anhaltende Niederschläge (über Tage hinweg) führen eher zu Hochwasser, die in größeren Fließgewässern gefährlich werden können.

Um dann auch noch eine Aussage über die Häufigkeit der Regenereignisse treffen zu können, gibt es, je nach Gebiet, unterschiedliche statistische Auswertungen. Die Häufigkeit wird in [1/a] angegeben, also ein Ereignis in x Jahren. So werden übrigens auch Hochwasserereignisse statistisch benannt. Diese Art der Angabe führt dann zu Aussagen wie „20-jährliches Regenereignis“ oder „100-jährliches Hochwasser“. Also ein Regenereignis, welches statistisch gesehen einmal in 20 Jahren vorkommt, bzw. ein Hochwasser welches einmal in 100 Jahren vorkommt. Wie beschrieben, die Angabe der Häufigkeit bezieht sich nur auf die mathematisch ausgewertete Statistik, die sich auf Aufzeichnungen der Vergangenheit bezieht. So können auch zwei 20-jährliche Regenereignisse kurz hintereinander auftreten, da sich die Statistik nur Werten aus der Vergangenheit bedient und daraus allenfalls Trends ableiten kann.

Die Häufigkeit nimmt aber mit zunehmender Intensität des jeweiligen Ereignisses ab. Der heftige Starkregen mit viel Niederschlag innerhalb kürzester Zeit tritt seltener auf, als der „normale“ Regen mit einer geringen Intensität.

Niederschlag ist in Deutschland (und überall auf der Erde) regional stark unterschiedlich verteilt. So liegen die durchschnittlichen Niederschlagshöhen im Münchener Raum bei rund 1.000 mm pro Jahr, in Magdeburg nur bei rund 450 mm. Die jährliche Niederschlagshöhe variiert in den einzelnen Regionen von Jahr zu Jahr (trockene Jahre oder nasse Jahre) und auch unterscheiden sich die aufgezeichneten Mengen der Monate teilweise stark untereinander.

Zur Veranschaulichung habe ich Ihnen hier die Aufzeichnungen der Niederschlagsmengen in [l/m²] für Köln/Bonn und Konstanz am Bodensee mit der Angabe der Abweichung zum statistischen Mittelwert der Jahre 1981-2010 aufgeführt . Die Werte geben Niederschlag aus Regen und aus Schnee gleichermaßen wieder.

Jahr2015	Köln / Bonn	Konstanz
l/m²	Abwei- chung		l/m²	Abwei- chung
Jan.	79,8	129 %	+	84,7	193 %	+
Feb.	52,8	98 %	-	29,1	65 %	-
März	39,5	61 %	-	50,4	92 %	-
April	41,1	76 %	-	79,9	129 %	+
Mai	27,1	38 %	-	126,3	142 %	+
Juni	59,2	65 %	-	126,9	129 %	+
Juli	54,8	64 %	-	26,4	27 %	-
August	107,9	144 %	+	56,4	63 %	-
Sep.	111,7	149 %	+	35,1	46 %	-
Okt.	34,0	51 %	-	44,3	70 %	-
Nov.	88,0	131 %	+	57,9	97 %	-
Dez.	61,2	86 %	-	18,6	28 %	-
Summe	757,1	-		736,0	-

Tabelle 1: Vergleich der monatlichen Niederschlagsmengen 2015 Köln / Bonn und Konstanz

Beim Vergleich der Niederschlagswerte fällt auf, dass in den Summen relativ ähnliche Jahresgesamtniederschlagsmengen gemessen wurden (757,1 bzw. 736,0 [l/m²] bzw. [mm]), die monatlichen Werte unterscheiden sich aber sehr stark voneinander.

So unterscheiden sich innerhalb einer Niederschlagsmessstelle, bspw. Köln/Bonn, im September mit 111,7 [l/m²] und 149 % Abweichung vom langjährigen Mittelwert zu Oktober mit 34,0 [l/m²] und 51 % Abweichung vom langjährigen Mittelwert sehr deutlich voneinander. Der September 2015 war in Köln also viel zu nass, der darauffolgende Oktober allerdings ungewöhnlich trocken.

Interessant ist auch der Vergleich der Niederschlagsmessstellen untereinander, z.B. Köln/Bonn im August mit 107,9 [l/m²] und 144 % Abweichung zum Mittelwert, im Gegensatz zu Konstanz mit 56,4 [l/m²] und 63 % Abweichung zum Mittelwert. Also war das Wetter in Köln/Bonn im August 2015 zu nass, Konstanz hingegen im gleichen Monat zu trocken.

Auch die Monate, in welchen mehr bzw. weniger Regen, in Bezug auf den statistischen Mittelwert, gefallen ist, unterscheiden sich bei den beiden Messstellen. So ist in Konstanz eher die erste Jahreshälfte zu nass gewesen, in Köln/Bonn die zweite Jahreshälfte.

Der Vollständigkeit halber muss auch erwähnt werden, dass die hier dargestellten Werte nicht für die ganze Region Köln/Bonn oder die ganze Stadt Konstanz stehen, da die gemessenen Werte lediglich von einer Messstation in dem jeweiligen Gebiet stammen. Überregnungen können, in Bezug auf die Niederschlagsmengen, regional stark variieren.

Die Varianz wird auch bei der Betrachtung unterschiedlicher Jahre deutlich.

	Köln/Bonn	Konstanz
2010	815,9	888,3
2011	747,8	800,3
2012	758,8	958,3
2013	705,3	872,3
2014	798,5	792,7
2015	757,1	736,0

Tabelle 2: Vergleich der Jahresniederschlagmengen in [l/m²] Köln/Bonn und Konstanz

Im Jahr 2013 ist von der Wetterstation Köln/Bonn tendenziell etwas weniger Niederschlag aufgezeichnet worden, im gleichen Jahr wurde in Konstanz eine deutlich höhere Menge im Vergleich zu den anderen dargestellten Werten ermittelt. Also war es in Köln/Bonn trockener, in Konstanz in diesem Jahr etwas nasser.

Beim Vergleich der Extremwerte, also der Minimal- und Maximalwerte für den Bertachtungszeitraum von 2010 – 2015, ergibt sich eine Niederschlagsmengendifferenz von 110,6 [l/m²] (2010: 815,9 zu 2013: 705,3) für Köln/Bonn und 222,3 [l/m²] (2012: 958,3 zu 2015: 736,0) für Konstanz.

Wenn Sie sich jetzt noch einmal die Fläche von 1 m² vorstellen und gedanklich die Menge von 222,3 Liter ausgießen, dann ist die Fläche über 2 m hoch mit Wasser gefüllt.

Konstanz hatte 2012 erhebliche Probleme infolge der Witterung, da im August 2012 192,1 [l/m²] Niederschlag fielen (20 % des Gesamtjahresniederschlags). So schrieb die Schwäbische am 31.08.2012: Heftige Gewitter haben am Freitag am Bodensee gewütet. In Konstanz seien ab der Mittagszeit pro Quadratmeter rund 55 Liter Regen (Niederschlagsmenge 55,0 [l/m²] bzw. Niederschlagshöhe von 55 [mm], Anm. d. Autors) gefallen, sagte eine Sprecherin des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in Stuttgart. „Das meiste kam innerhalb der ersten Stunden runter.“ Bis Samstagabend rechnet der DWD in den Landkreisen Bodensee, Konstanz und Ravensburg mit bis zu 60 Litern pro Quadratmeter. „Gebietsweise können es auch bis zu 80 Liter sein.“

Schnee

Die aufgezeichneten Niederschlagshöhen geben auch den Niederschlag aus Schnee wieder, da die Messvorrichtungen diesen aufschmelzen und somit erfassen können. Schnee kann somit auch mit den, in im vorigen Kapitel, genannten Einheiten (Niederschlagsmenge bzw. -höhe) beschrieben werden.

Fällt Schnee im Winter oder in höheren Lagen über einen längeren Zeitraum, wird der gefallene Niederschlag auf der Fläche zwischengespeichert, kommt also nicht unmittelbar zum Abfluss. Kommt es nun zu Temperaturen deutlich über dem Gefrierpunkt, beginnt die Schneeschmelze und das Wasser beginnt abzulaufen. Kommt zu der Schneeschmelze auch noch Regen, führt dies oft zu Hochwasserereignissen, wie die Abendzeitung München am 08.01.2011 berichtet: „Die anhaltenden Regenfälle und das Tauwetter haben in der Nacht zum Samstag für Probleme in Oberfranken gesorgt. Sowohl Schmelzwasser, als auch übergetretene Gewässer sind Schuld an den Überschwemmungen“ .

Klimawandel

Wir alle haben schon viel über den Klimawandel gehört - Thesen und Antithesen. Richtig bewerten kann man die Aussagen als Nicht-Wissenschaftler aber kaum. 2016 war weltweit das wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen. In Deutschland betrug die durchschnittliche Jahrestemperatur 9,4 °C und lag somit 1,3 °C über dem langjährigen Mittelwert.

Fest steht, dass sich das Klima in den letzten 100 Jahren weltweit erwärmt hat. Im globalen Maßstab stieg die Oberflächentemperatur von 1860 bis 1990 um 0,6°C. Dies dürfte die stärkste Temperaturerhöhung der vergangenen 1.000 Jahre gewesen sein. Die Dekade 1990 bis 1999 war die wärmste des 20. Jahrhunderts . Zwei Drittel des Temperaturanstiegs fallen in die Zeit Mitte der siebziger Jahre bis heute. Die letzte 30-Jahres-Periode war, zumindest auf der Nordhalbkugel, wahrscheinlich die wärmste seit dem Hochmittelalter .

Durch das Verbrennen fossiler Energieträger (wie zum Beispiel Kohle und Erdöl) und durch großflächige Entwaldung wird Kohlendioxid (CO ₂ ) in der Atmosphäre angereichert. Land- und Viehwirtschaft verursachen Gase wie Methan (CH ₄ ) und Distickstoffmonoxid (Lachgas, N ₂ O). Kohlendioxid, Methan und Lachgas gehören zu den treibhauswirksamen Gasen. Eine Ansammlung dieser Gase in der Atmosphäre führt in der Tendenz zu einer Erwärmung der unteren Luftschichten .

Es wird also tendenziell wärmer. Dies ist durch Messungen belegt. Die Erwärmung des Klimas findet weltweit allerdings nicht gleichmäßig statt. So wurden deutlich höhere Temperaturanstiege in der Arktis gemessen als in Europa. Dies führt unter anderem zu einer Veränderung der Luftströmungen zwischen diesen beiden Regionen, da die Temperaturunterschiede abnehmen.

Forscher vermuten eine Abschwächung des Jetstreams (um die Erdkugel verlaufende Starkwindbänder in 8-12 Kilometern Höhe) und damit eine deutlich längere Verweildauer von Tiefdruckgebieten über Mitteleuropa, nördlich der Alpen. Durch die rotierende Bewegung der Tiefdruckgebiete wird kalte Luft aus Nordeuropa mit warmer Luft aus dem Mittelmeerraum vermischt, was zu starken und langanhaltenden Niederschlägen führen kann.

Als eine weitere Folge der Temperaturerwärmung in der Arktis wird unter anderem ein Abschmelzen der Polkappen und Gletscher mit einem dadurch bedingten Ansteigen des Meeresspiegels gesehen. Zudem ist das gefrorene Wasser der Arktis Süßwasser. Durch die Vermischung mit Salzwasser der Ozeane kann eine Veränderung von Meeresströmungen, wie z.B. dem Humboldtstrom oder dem Golfstrom entstehen, welche sich ebenfalls auf das globale Klima auswirken können. Eine Veränderung der Meeresströmungen kann aus der Veränderung der Salzkonzentration und der Wassertemperatur - somit aus der Veränderung der Dichte des Wassers resultieren.

Und wie ist der Einfluss des Klimawandels in Bezug auf Extremwetterereignisse und Hochwasser? – Hier eine kleine Übersicht :

 Temperatur: Hitze ist häufiger, extreme Kälte seltener geworden.

 Regen: Im weltweiten Durchschnitt zeichnet sich bislang kein eindeutiger Trend ab, berichtet der UNO-Klimarat IPCC nach Auswertung aller Studien. Örtlich fällt weniger Regen, anderswo mehr. In mittleren Breiten der Nordhalbkugel etwa haben Niederschläge zugenommen; in Deutschland nur im Winter. In vielen Regionen fällt statt Schnee häufiger Regen.

 Extremregen: Weltweit gebe es mehr Regionen, in denen Starkregen häufiger geworden sei, als in Gegenden, in welchen er seltener wurde, konstatiert der UNO-Klimareport. Allerdings gebe es große Unterschiede und viele Regionen, in denen keine Veränderungen feststellbar seien.

 Binnenhochwasser: Ob Flüsse aufgrund des Klimawandels häufiger über die Ufer treten, lasse sich bislang nicht feststellen, berichtet der UNO-Klimarat. Hauptursache sind Begradigungen der Ströme, Bebauungen von Überflutungsräumen und Versiegelung von versickerungsfähigen Böden.

 Dürre: Der UNO-Klimarat hat sein Resümee von 2007, Dürren seien häufiger geworden, in seinem neuesten Sachstandbericht korrigiert. Ein Trend lasse sich nicht feststellen. Manche Gebiete indes wurden in den vergangenen 40 Jahren häufiger von Dürren heimgesucht, etwa in der Mittelmeerregion und Westafrika. Weite Teile Nordamerikas und Nordwestaustraliens hingegen können sich über weniger Dürren freuen.

 Tropische Stürme / Hurrikane: Die stärksten Hurrikane im Atlantik fielen mittlerweile heftiger aus als noch in den siebziger Jahren, stellt der UNO-Klimarat heraus. Ob das ein Trend ist, bleibt allerdings unklar. Die Häufigkeit tropischer Stürme – Zyklone, Taifune und Hurrikane – zeige jedenfalls keinen Trend. Zwar liefern wärmere Meere den tropischen Stürmen zusätzliche Energie, jedoch scheinen Schwerwinde in größerer Höhe die Tiefdruckwirbel zu schwächen.

 Stürme: Auch außerhalb der Tropen zeichne sich bei Stürmen kein Trend ab, berichtet der UNO-Klimarat. Es gebe weder brauchbare Belege dafür, dass Stürme insgesamt auf der Erde häufiger, noch dafür dass sie stärker geworden sind. Der Widerstreit zweier Entwicklungen steuert die Stürme: die Erwärmung der Polarregionen könnte Luftdruck-Gegensätze zwischen den Polen und den Subtropen mildern – und Stürme schwächen. Größere Wärmeenergie aufgrund des globalen Temperaturanstiegs hingegen könnte die Winde auch anfachen.

Für die Zukunft simulierte Hochwassertrends fallen regional unterschiedlich aus. Obwohl die Berechnungen mit Unsicherheiten behaftet sind, zeigt ihre überwiegende Mehrzahl zunehmende Hochwasserereignisse an den Westseiten der Mittelgebirge, am Fuß der Alpen und in Ostdeutschland .

Ein wesentlicher Teil der Ursache des Klimawandels wird auf jeden Fall dem Bereich der anthropogen verursachten Treibhausgase zugeschrieben. Hochwasser- und Starkregenereignisse gab es allerdings schon vor der Industrialisierung, vor den ersten Autos, den Fabriken und Kohlekraftwerken und somit auch vor dem, durch den Menschen beeinflussten, Klimawandel. Diese Ereignisse sind schon immer Bestandteil des natürlichen Wasserkreislaufs, sind für die Natur sogar wichtig. Schäden richten Hochwasser erst an, seitdem Menschen Einfluss auf die Gewässer nehmen und Siedlungen in der Nähe gebaut werden.

Da aber warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kältere, wird es in Zukunft häufiger schwere Unwetter mit hohen Niederschlagsintensitäten geben.

Hochwasserwetter

Hochwasser in Flüssen treten immer dann auf, wenn räumlich ausgedehnte, lang anhaltende Niederschläge teilweise in Verbindung mit Schneeschmelze die Abflussmenge im Gewässer so groß werden lassen, dass diese ausufern. Die Wasserstandsschwankungen liegen dabei im Meterbereich. Aufgrund der an vielen Gewässern vorhandenen Hochwasservorhersagesysteme lassen sich der zeitliche Verlauf und der Höchstwasserstand des Hochwassers gut abschätzen. Hier erhält die Verhaltensvorsorge des Einzelnen, aufgrund der vorhandenen Reaktionszeit, eine besondere Bedeutung bei der Schadensminderung. Selbstverständlich sind auch hier eine gute bauliche Vorsorge und eine hochwasserangepasste Bauweise erforderlich .

Atmosphärische Zirkulationstypen

Die atmosphärische Zirkulation entsteht im Wesentlichen durch die unterschiedlich starke Erwärmung der Erde am Äquator und an den Polen. Über dem Äquator steht die Sonne das ganze Jahr über nahezu senkrecht, also im Zenit. Die Regionen dort werden daher stärker erwärmt als die Polregionen, dort scheint die Sonne im Winter gar nicht und im Sommer aus einem flachen Winkel. Dadurch entsteht ein Temperaturgefälle von den niederen Breiten zu den Polen. Die warme Luft am Äquator steigt auf und die kalte Luft an den Polen sinkt ab. So bildet sich am Boden ein Tiefdruckgebiet am Äquator und ein Hochdruckgebiet an den Polen. In der Höhe ist es genau umgekehrt. Dort bilden sich ein Hochdruckgebiet am Äquator und ein Tiefdruckgebiet an den Polen. Diese Druckunterschiede müssen ausgeglichen werden. Deshalb strömt die bodennahe Luft von den Polen in Richtung Äquator und die Luft in der Höhe vom Äquator in Richtung der Pole. Wenn die Erde sich nicht drehen würde und nicht über den Polen viel weniger Platz für die Luft wäre, als über dem Äquator, würde nur diese eine große Zirkulation vom Äquator bis zu den Polen entstehen .

Die Kombination mit der Erdrotation bewirkt dann, dass sich global sechs Zellen bilden (jeweils drei auf der Nord- und drei auf der Südhalbkugel), die sich gegenseitig beeinflussen. Der deutschsprachige Raum befindet sich zwischen dem 30- und 60- Breitengrad und wird somit wettertechnisch durch die sogenannte Ferrel-Zelle beeinflusst (Hedley-Zelle vom Äquator bis zum 30-Breitengrad; Polarzelle vom 60-Breitengrad bis zum Nordpol).

Zugbahnen von Tiefdruckgebieten

Tiefdruckgebiete, die das Wetter in West-, Mittel- und z.T. auch Osteuropa bestimmen, ziehen üblicherweise vom Atlantik herkommend von West nach Ost.

Dringt nun eine Kaltfront von Norden weiter als üblich nach Süden vor, wird ein Atlantiktief nach Süd-Ost abgelenkt. Es zieht dann über Südfrankreich / Spanien zum Mittelmeer, wo es sich durch das warme Wasser verstärkt und stark mit Feuchtigkeit auflädt. Auf dem weiteren Weg nach Nordost über Italien, Slowenien, Tschechien nach Polen / Osteuropa müssen die Luftmassen an den Gebirgen aufsteigen, wodurch sie sich abkühlen, was häufig Starkregen verursacht. Treffen die wasserreichen Wolken auf die nach Süden vorgerückte Kaltfront, kommt es meist zu sintflutartigen Niederschlägen.

Durch Langzeit-Beobachtung der Zugbahnen von Tiefdruckgebieten erkannte der deutsche Meteorologe Wilhelm Jacob van Bebber in dieser Zugbahn ein wiederkehrendes Muster, das er dann mit der Kurzbezeichnung Vb (V = römische Ziffer für "5", daher auch "5b-Wetterlage") katalogisierte.

Die 4 großen Hochwasserkatastrophen in Europa (Oderflut 1997; August 2002 im Oberlauf der Elbe und in Österreich / Bayern; August 2005 in der Alpenregion und Rumänien; Juni 2013 in Mitteleuropa an Donau und Elbe ) liefen nach diesem Vb-Muster ab, wobei allerdings die Orte der stärksten Niederschläge um einige hunderte bis zu etwa tausend Kilometern variieren können. Dieses ist abhängig von der jeweiligen Zugbahn des Tiefdruckgebietes. Verläuft die Zugbahn weniger stark östlich, müssen die Luftmassen an den Alpen aufsteigen. Das führt dann zu Starkregen in den Alpen, wie beim Alpenhochwasser 2005 .

Tiefdruckgebiete auf der Nordhalbkugel drehen sich aus physikalischen Gründen grundsätzlich linksherum. Typischerweise bewegen sich Tiefdruckgebiete auf der Vb-Zugbahn in Südeuropa nur langsam vorwärts. Durch ihre ständige Linksdrehung transportieren sie dann tagelang gewaltige mit Feuchtigkeit angereicherte, warme Luftmassen nach Norden und sorgen dadurch für lang anhaltenden Starkregen. Die betroffenen Regionen werden oft doppelt belastet: sie müssen bei den Niederschlägen Spitzenwerte in kurzer Zeit und auch in der Summe über mehrere Tage durchleiden .

In ungünstigen Fällen, wie beim Alpenhochwasser 2005 , können die Wassermassen sogar auf zwei unterschiedlichen Wegen über die Orte hereinbrechen: Über die Wasserscheiden in den Alpen fließt ein Teil des dort niedergehenden Starkregens oberflächig nach Norden in das Flußsystem Österreichs / Südbayerns ab. Durch die Rotation des Tiefs können die feuchten Luftmassen außerdem z.T. östlich um die Alpen herum geführt werden. Dort treffen sie dann mit ihrer Kreisbewegung von Nordosten herkommend auf den Nordrand der Alpen, was noch einmal heftige Niederschläge verursachen kann .

Auswirkungen des Klimawandels in Bezug auf Starkniederschläge (Wetrax)

Im Jahr 2015 wurde das Projekt Wetrax nach rund dreijähriger Bearbeitung in Zusammenarbeit von deutschen und österreichischen Wissenschaftlern fertiggestellt. Der Name des Projektes steht für „Weather Patterns, Cyclone Tracks and related precipitation Extremes“, also Auswirkungen des Klimawandels auf großflächige Starkniederschläge in Süddeutschland und Österreich und ist Analyse der Veränderungen von Zugbahnen und Wetterlagen.

Beteiligte an dem Projekt waren der Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden der Universität Augsburg (Prof. Dr. J. Jacobeit, Dr. A. Philipp, Dr. C. Beck, Dipl. Geogr. M. Homann), die ZAMG - Zentralanstalt für Meteorologie und Klimatologie (Mag. M. Hofstätter) in Wien, die Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz und das Bayerisches Landesamt für Umwelt in Augsburg.

Die Wissenschaftler untersuchten die Veränderung von großräumigen Starkniederschlagsereignissen im Klimawandel für den Zeitraum von 1951 bis 2100. Das Untersuchungsgebiet umfasst Süddeutschland, Österreich und angrenzende Teile der Schweiz sowie Tschechiens .

Das Projekt bezieht sich ausdrücklich nicht auf lokal auftretende Starkregenereignisse, sondern auf großräumige Zirkulationstypen, also Wetterlagen und auf Zugbahnen von Tiefdruckgebieten. Diese beiden grundlegend unterschiedlichen methodischen Ansätze wurden durch die Wissenschaftler erstmalig miteinander kombiniert.

Es besteht nun die Möglichkeit durch die quantitative Bestimmung der Starkniederschlagsrelevanz von Zugbahnen von Tiefdruckgebieten und von großräumigen Zirkulationstypen, also Wetterlagen, die Hochwasservorhersagen besser zu unterstützen.

Ein Ergebnis dieses Projektes ist, dass viele großräumige Starkniederschläge in Mitteleuropa mit nur wenigen Zugbahnen und Zirkulationstypen erklärt werden können. Das bedeutendste Muster dabei ist ein persistentes (lang anhaltendes) Höhentief über dem Alpenraum in Verbindung mit einem Bodentief, das sich von Oberitalien aus in Richtung Polen verlagert und große Wassermengen aus dem Mittelmeerraum auf den Kontinent transportiert .

Vb- Zugbahnen sind vor allem im Sommerhalbjahr (Mai-Oktober) in den Einzugsgebieten von Donau, Oder und Elbe relevant. Im Winterhalbjahr (November-April) nimmt diese Zugbahn eine spezielle Rolle in den Regionen im Bereich des Alpenostrandes ein. Zugbahnen des Typs TRZ oder Atlantik sind vorwiegend für die Flüsse Rhein, Ems und Weser von Bedeutung, dabei gibt es keine jahreszeitlichen Unterschiede.

Der schlimmste Fall tritt für Mitteleuropa ein, wenn ein Tiefdruckgebiet in höheren Luftschichten stationär über dem Alpenraum liegt und das dazugehörige Bodentief entgegen dem Uhrzeigersinn von Oberitalien über den Alpenostrand hin zum Oberlauf der Elbe bzw. Oder zieht. Das Tiefdruckgebiet muss dazu ebenfalls stark ausgeprägt sein und die Atmosphäre ein hohes Temperatur- und Feuchteniveau aufweisen.

Für die letzten 60 Jahre zeigen sich die deutlichsten Veränderungen bezüglich des Niederschlagsverhaltens im Herbst: in fast allen Regionen haben sowohl die Starkniederschlagshäufigkeit als auch die Starkniederschlagssummen signifikant zugenommen .

Sturzflutenwetter

Hohe Intensitäten werden durch konvektiven Niederschlag erreicht.

Ein konvektiver Niederschlag entsteht durch heftige vertikale Luftströmungen bei einer instabilen Luftschichtung der Atmosphäre. Durch die Erwärmung bodennaher Luftmassen bildet sich ein vertikaler Auftrieb mit hoher Kondensation, wenn die aufsteigende Luft einen hohen Feuchtigkeitsgrad aufweist. Es entstehen Turmwolken. Die Intensität dieser als Schauer- oder Gewitterregen auftretenden Niederschläge kann für kurze Zeit sehr hoch sein. Dabei können in kleinen Einzugsgebieten große Abflüsse in Fließwegen auftreten, die vorher noch nicht bekannt waren und sogar Überschwemmungen verursachen.

Da die erforderliche Vertikalbewegung der Luft nur durch eine Überhitzung des Bodens verursacht werden kann, tritt diese vornehmlich in der zweiten Tageshälfte während der Sommermonate auf. Vielfach weisen die dabei beteiligten Wolken eine erhebliche vertikale Ausdehnung bis zu einer Höhe von 10 bis 12 Kilometern auf .

Konvektive Niederschläge treten meistens örtlich begrenzt auf. Meteorologen sprechen ab einer Intensität von 17 l/m² in einer Stunde, aber auch bei 5 l/m² in 5 Minuten von Starkregen.

Besonders Bäche und Flüsse mit kleinen Einzugsgebieten reagieren sehr schnell mit einem Anstieg des Abflusses und des Wasserstandes. In der Regel sind die Reaktionszeiten so gering, dass für das Ergreifen von Schutzmaßnahmen wenig bzw. keine Zeit bleibt. Eine präzise Vorhersage ist nicht möglich. Deshalb ist zur Schadensminderung eine bauliche Vorsorge am Gebäude besonders wichtig .