{"id":57780,"date":"2024-03-27T19:05:00","date_gmt":"2024-03-27T18:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.schiebener.net\/wordpress\/?p=57780"},"modified":"2024-03-26T20:10:07","modified_gmt":"2024-03-26T19:10:07","slug":"land-unter-was-extreme-ueberschwemmungen-verursacht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.schiebener.net\/wordpress\/land-unter-was-extreme-ueberschwemmungen-verursacht\/","title":{"rendered":"Land unter – was extreme \u00dcberschwemmungen verursacht"},"content":{"rendered":"\n

UFZ-Forschende haben gezeigt, dass Hochwasser umso extremer ausfallen, je mehr Faktoren daf\u00fcr eine Rolle spielen.<\/h3>\n\n\n
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Halle (Juni 2013). Die Saale z\u00e4hlt nach den Ergebnissen der UFZ-Wissenschaftler zu den Fl\u00fcssen mit einer hohen Hochwasserkomplexit\u00e4t. (Foto: Andr\u00e9 K\u00fcnzelmann \/ UFZ<\/em>)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

<\/strong>Wenn Fl\u00fcsse \u00fcber die Ufer treten, k\u00f6nnen die Folgen verheerend sein, wie beispielsweise das katastrophale Hochwasser in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz vor drei Jahren gezeigt hat. Um in Zukunft die \u00dcberschwemmungssch\u00e4den in Grenzen zu halten und die Bewertung von Hochwasserrisiken zu optimieren, muss besser verstanden werden, welche Variablen in welchem Ausma\u00df zu extremen Auspr\u00e4gungen von \u00dcberflutungen f\u00fchren k\u00f6nnen. Mit Methoden des Erkl\u00e4rbaren Maschinellen Lernens haben Forschende des Helmholtz-Zentrums f\u00fcr Umweltforschung (UFZ) nachgewiesen, dass \u00dcberschwemmungen extremer ausfallen, wenn mehrere Faktoren an deren Entstehung beteiligt sind. Die Forschungsarbeit wurde im Fachjournal Science Advances<\/em> ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

(Pressemitteilung UFZ)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Die Lufttemperaturen, die Bodenfeuchte und die H\u00f6he der Schneedecke sowie die t\u00e4gliche Niederschlagsmenge in den Tagen vor einem Hochwasser – sie alle sind Variablen, die bei der Entstehung von Hochwasser eine wichtige Rolle spielen. Um zu verstehen, welchen Anteil die einzelnen Faktoren an \u00dcberschwemmungen haben, haben Forschende des UFZ mehr als 3.500 Flusseinzugsgebiete weltweit untersucht und f\u00fcr jedes von ihnen Hochwasserereignisse zwischen den Jahren 1981 und 2020 analysiert. Das Ergebnis: Lediglich f\u00fcr rund ein Viertel der fast 125.000 Hochwasserereignisse war die Niederschlagsmenge der alleinig ausschlaggebende Faktor. Die Bodenfeuchte war in etwas mehr als zehn Prozent der F\u00e4lle entscheidend, Schneeschmelze und Lufttemperatur spielten als alleiniger Faktor nur jeweils bei etwa 3 Prozent eine Rolle. Dagegen waren f\u00fcr etwas mehr als die H\u00e4lfte der \u00dcberschwemmungen (51,6 Prozent) mindestens zwei Faktoren verantwortlich. Dabei tritt mit etwa 23 Prozent die Kombination aus Niederschlagsmenge und Bodenfeuchte am h\u00e4ufigsten auf. <\/p>\n\n\n\n

Allerdings fanden die UFZ-Forschenden bei der Datenanalyse auch heraus, dass drei oder sogar alle vier Variablen gemeinsam f\u00fcr ein Hochwasserereignis verantwortlich sein k\u00f6nnen. So sind zum Beispiel Temperatur, Bodenfeuchte und Schneedecke immerhin f\u00fcr rund 5.000 \u00dcberschwemmungen entscheidend gewesen, w\u00e4hrend alle vier Faktoren bei etwa 1.000 Hochwasserereignissen bestimmend waren. <\/p>\n\n\n\n

Und nicht nur das: „Wir konnten auch zeigen, dass die Hochwasserereignisse immer extremer ausfallen, je mehr Variablen daf\u00fcr ausschlaggebend waren“, sagt Prof. Jakob Zscheischler, Leiter des UFZ-Departments „Compound Environmental Risks“ und Letztautor des Artikels. Lag der Anteil mehrerer Variablen an einem 1-j\u00e4hrlichen Hochwasser bei 51,6 Prozent, waren es bei einem 5-Jahres-Hochwasser 70,1 Prozent und bei einem 10-Jahres-Hochwasser 71,3 Prozent. Je extremer die Hochwasser also ausfallen, desto mehr treibende Faktoren gibt es und desto wahrscheinlicher ist es, dass sie bei der Entstehung des Ereignisses zusammenwirken. Dieser Zusammenhang gilt oft auch f\u00fcr einzelne Flusseinzugsgebiete und wird von den Autoren als Hochwasserkomplexit\u00e4t bezeichnet.<\/p>\n\n\n

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Das Zusammenspiel mehrerer Variablen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Hochwasser. Fallen die Hochwasser in einem Flusseinzugsgebiet extremer aus, je mehr Variablen beteiligt sind, dann hat dieses eine hohe Hochwasserkomplexit\u00e4t. In Deutschland sind u.a. der Oberlauf der Elbe, die Saale und die Mosel Flusseinzugsgebiete mit einer hohen Hochwasserkomplexit\u00e4t. Zu den Fl\u00fcssen mit einer niedrigen Hochwasserkomplexit\u00e4t in ihren Einzugsgebieten z\u00e4hlen dagegen z.B. die Havel und die Zusam (Nebenfluss der Donau). (Foto: UFZ<\/em>)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Als Flusseinzugsgebiete mit geringer Hochwasserkomplexit\u00e4t stuften die Forscher zum Beispiel die n\u00f6rdlichen Regionen Europas und Amerikas sowie den Alpenraum ein, weil dort die Schneeschmelze als entscheidender Faktor f\u00fcr die meisten Hochwasser unabh\u00e4ngig von der Abflussmenge dominiert. \u00c4hnliches gilt f\u00fcr das Amazonasbecken, wo oft die hohe Bodenfeuchte infolge der Regenzeit ein wesentlicher Ausl\u00f6ser von \u00dcberschwemmungen unterschiedlicher Auspr\u00e4gung ist. In Deutschland sind zum Beispiel die Havel und die Zusam, ein Nebenfluss der Donau in Bayern, Flusseinzugsgebiete mit einer niedrigen Hochwasserkomplexit\u00e4t. Zu den Regionen mit einer hohen Hochwasserkomplexit\u00e4t in den Flusseinzugsgebieten z\u00e4hlen dagegen vor allem Ostbrasilien, die Anden, Ostaustralien, die Rocky Mountains bis zur US-Westk\u00fcste sowie die west- und mitteleurop\u00e4ischen Ebenen. In Deutschland geh\u00f6ren dazu beispielsweise die Mosel und der Oberlauf der Elbe. „Einzugsgebiete in diesen Regionen weisen in der Regel mehrere \u00dcberflutungsmechanismen auf“, sagt Jakob Zscheischler. So k\u00f6nnen Flusseinzugsgebiete in den europ\u00e4ischen Ebenen von \u00dcberschwemmungen betroffen sein, die durch das Miteinander von hohen Niederschl\u00e4gen, Schneeschmelze und hoher Bodenfeuchte verursacht werden.<\/p>\n\n\n\n

Entscheidend f\u00fcr die Frage, wie komplex Hochwasserprozesse sind, ist aber auch die Beschaffenheit der Landoberfl\u00e4che. Denn jedes Flusseinzugsgebiet hat seine eigenen Besonderheiten. Dazu z\u00e4hlten die Forschenden unter anderen den Klima-Feuchtigkeits-Index, die Bodentextur, die Waldbedeckung, die Gr\u00f6\u00dfe des Flusseinzugsgebiets und das Flussgef\u00e4lle. „In trockeneren Regionen etwa sind die Mechanismen, die zur Entstehung des Hochwassers f\u00fchren, heterogener. F\u00fcr moderate Hochwasser reichen dort schon wenige Tage mit viel Regen, w\u00e4hrend es f\u00fcr extreme Hochwasser l\u00e4nger auf feuchte B\u00f6den regnen muss“, sagt der Erstautor Dr. Shijie Jiang, der mittlerweile nicht mehr am UFZ, sondern am Max-Planck-Institut f\u00fcr Biogeochemie in Jena t\u00e4tig ist.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler:innen nutzten f\u00fcr die Analyse das sogenannte Explainable Machine Learning, also erkl\u00e4rbares maschinelles Lernen. „Dabei sagen wir zuerst aus den zehn Treibern – Lufttemperatur, Bodenfeuchte und Schneedecke sowie dem w\u00f6chentlichen Niederschlag, der f\u00fcr jeden Tag als einzelner Treiber genutzt wird -, die Abflussmenge und damit die Gr\u00f6\u00dfe des Hochwassers vorher“, erl\u00e4utert Jakob Zscheischler. Anschlie\u00dfend wird quantifiziert, welche Variablen und Variablenkombinationen wie viel zu der Abflussmenge eines bestimmten Hochwassers beigetragen haben. Erkl\u00e4rbares maschinelles Lernen nennt sich dieser Ansatz, weil man so versuche, die Black Box des trainierten Modells zwischen Hochwassertreibern und Abflussmenge im Hochwasserfall zu verstehen. „Mit dieser neuen Methodik k\u00f6nnen wir quantifizieren, wie viele Treiber und Treiberkombinationen relevant f\u00fcr die Entstehung und die Intensit\u00e4t von \u00dcberschwemmungen sind“, erg\u00e4nzt Shijie Jiang.<\/p>\n\n\n\n

Helfen sollen die Ergebnisse der UFZ-Forschenden k\u00fcnftig bei der Vorhersage von Hochwasserereignissen. „Unsere Studie leistet einen Beitrag, besonders extreme Hochwasser besser absch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen“, sagt Klimaforscher Jakob Zscheischler. Denn bislang erfolge die Absch\u00e4tzung von Hochwasser, indem man weniger extreme Werte extrapoliere und so zu neuen Absch\u00e4tzungen zur Abflussmenge komme. Das sei aber zu ungenau, da bei sehr extremen Hochwasserereignissen die einzelnen Faktoren einen anderen Einfluss bekommen k\u00f6nnten. <\/p>\n\n\n\n

Publikation:
<\/strong>Shijie Jiang, Larisa Tarasova, Guo Yu, Jakob Zscheischler (2024): Compounding effects in flood drivers challenge estimates of extreme river floods. Science Advances, doi: 10.1126\/sciadv.adl4005 <\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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