Upload
alaura
View
36
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Extreme Hochwasser in Zentraleuropa seit AD 1000. Mudelsee, M., Börngen, M., Tetzlaff, G. LIM — Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, Deutschland unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. nach IPCC (2001): CO 2 , etc. Temperatur - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Extreme Hochwasser in
Zentraleuropa seit AD 1000
Mudelsee, M., Börngen, M., Tetzlaff, G.
LIM — Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, Deutschland
unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
nach IPCC (2001):
CO2, etc.
Temperatur
hydrologischer Zyklus, Niederschlag
Hochwasserauftrittsrate*
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
OderElbe
Dresden
Eisenhüttenstadt
ErzgebirgeSudeten Mountains
Mittlere Elbe, mittlere Oder: Einzugsgebiet 150,000 km2
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Hochwasser in Herangehensweise
Zentraleuropa
Daten <= 1850: Weikinns Quellentexte
> 1850: Abflussmessungen
Methoden • Klassenbildung
• statistische Schätzung
Resultate • Hochwasserauftrittsrate mit
Konfidenzbändern
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Curt Weikinn (1888 – 1966)
Weikinn, C. Quellentexte zur Witterungsgeschichte Europas von der Zeitwende bis zum Jahre 1850: Hydrographie, Teile 1–4 (Akademie-Verlag, Berlin, 1958–1963), Teile 5–6 (hrsg. von Börngen, M. u. Tetzlaff, G.) (Gebrüder Borntraeger, Berlin, 2000–2002).
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
1784 & 28. - 29. Febr. & Meißen & Elbe: Eisgang u. Überschwemmung & & 1 & I, 5: 370 (2934)Elbe. 28. Febr. 11 Uhr abends brach das Eis und trieb anfänglich bey zwar ziemlich heranwachsendem Wasser, welches am folgenden Tag [= 29. Febr.] früh schon hier und da in die Stadt trat, ganz ruhig, obgleich sehr gedrange fort, ..., bis um 9 Uhr, um welche Zeit auf einmal die reissende Fluth mit dem Eise, und was sie sonst bei sich führte, durch die Vorstadt zum Fleischer- und Jüdenthore in die Stadt hinein brach, und so über den kleinen Markt durch die Gassen, ..., rauschte. Diese traurige Periode hielt zunehmend bis um 11 Uhr des Vormittags an, in welcher Zeit die großen Eisschollen auch schon der Brücke, ..., dermaßen zusezten. Der Wasserwuchs dieser wüthenden Fluth dauerte, wie gesagt, bis 11 Uhr, alsdann fiel solcher wieder, bis des Nachmittags um 4 Uhr 1 Elle 12 Zoll, aber in einer Stunde darauf stellte sie sich von neuem, und fast noch schneller ein, ... Das Wasser stund aller Orten 3, 4, 5-6 Ellen hoch. Beyde Vorstädte, sowohl vor dem Fleischer- und Jüden- als vor dem Wasserthore, die Wasserburg und die Fischergasse, ..., stunden völlig, ..., zu 4-6 Ellen hoch unter Wasser ..., der Fleischersteg genannt, über die Triebisch, ward bald von der wilden Fluth eingestürzt. Die Stadt selbst stund außer dem großen Markte, der Burggasse und der Rosengasse bey der Stadtkirche, völlig eben so hoch unter Wasser. Das Jüdenthor bedeckte es völlig, und wenigstens noch eine Elle darüber. [9 Personen ertrunken]. Größte Höhe der Fluth: 12 Ellen 10 Zoll. Das Wasser stand in der Kirche 1 reichliche Elle höher als drittehalbe Ellen.
(C. G. Poetzsch 1784 “Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc.” S. 150/53 u. 159.)
1784 & 28. - 29. Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 1 & I, 5: 370 (2935)Elbe. Vormittags rührte sich auch das Eis hinter der Brücke und schob sich sehr ruhig, bis unter die Stadt hinunter; allein oberhalb derselben blieb es noch unbeweglich stehen. Des Nachmittags fiel sogar das Wasser wieder 9 Zoll, folglich bis an 1 Elle 15 Zoll herunter. 9 Uhr abends erfolgte der Aufbruch. Dieser gewaltige Aufbruch mit einem fast unglaublich schnellen Anwuchse des Wassers war erschrecklich.
(C. G. Poetzsch 1784 “Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc.” S. 117 u. 136.)
1784 & 28. - 29. Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 2 & I, 5: 370 (2936)Es bricht die Elbe auf und wächst von 3 auf 9 Ellen Höhe mit unbegreiflicher Schnelligkeit.
(Dr. G. Klemm “Chronik d. etc. Residenzstadt Dresden”, edid. P. G. Hilscher 1837. II. S. 513.)(Fr. W. Pohle 1886 “Chronik von Loschwitz” S. 77. u. S. 79.)
Weikinn, C. (2000) [Teil 5]
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
1784 & 28. - 29. Febr. & Meißen & Elbe: Eisgang u. Überschwemmung & & 1 & I, 5: 370 (2934)Elbe. 28. Febr. 11 Uhr abends brach das Eis und trieb anfänglich bey zwar ziemlich heranwachsendem Wasser, welches am folgenden Tag [= 29. Febr.] früh schon hier und da in die Stadt trat, ganz ruhig, obgleich sehr gedrange fort, ..., bis um 9 Uhr, um welche Zeit auf einmal die reissende Fluth mit dem Eise, und was sie sonst bei sich führte, durch die Vorstadt zum Fleischer- und Jüdenthore in die Stadt hinein brach, und so über den kleinen Markt durch die Gassen, ..., rauschte. Diese traurige Periode hielt zunehmend bis um 11 Uhr des Vormittags an, in welcher Zeit die großen Eisschollen auch schon der Brücke, ..., dermaßen zusezten. Der Wasserwuchs dieser wüthenden Fluth dauerte, wie gesagt, bis 11 Uhr, alsdann fiel solcher wieder, bis des Nachmittags um 4 Uhr 1 Elle 12 Zoll, aber in einer Stunde darauf stellte sie sich von neuem, und fast noch schneller ein, ... Das Wasser stund aller Orten 3, 4, 5-6 Ellen hoch. Beyde Vorstädte, sowohl vor dem Fleischer- und Jüden- als vor dem Wasserthore, die Wasserburg und die Fischergasse, ..., stunden völlig, ..., zu 4-6 Ellen hoch unter Wasser ..., der Fleischersteg genannt, über die Triebisch, ward bald von der wilden Fluth eingestürzt. Die Stadt selbst stund außer dem großen Markte, der Burggasse und der Rosengasse bey der Stadtkirche, völlig eben so hoch unter Wasser. Das Jüdenthor bedeckte es völlig, und wenigstens noch eine Elle darüber. [9 Personen ertrunken]. Größte Höhe der Fluth: 12 Ellen 10 Zoll. Das Wasser stand in der Kirche 1 reichliche Elle höher als drittehalbe Ellen.
(C. G. Poetzsch 1784 “Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc.” S. 150/53 u. 159.)
1784 & 28. - 29. Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 1 & I, 5: 370 (2935)Elbe. Vormittags rührte sich auch das Eis hinter der Brücke und schob sich sehr ruhig, bis unter die Stadt hinunter; allein oberhalb derselben blieb es noch unbeweglich stehen. Des Nachmittags fiel sogar das Wasser wieder 9 Zoll, folglich bis an 1 Elle 15 Zoll herunter. 9 Uhr abends erfolgte der Aufbruch. Dieser gewaltige Aufbruch mit einem fast unglaublich schnellen Anwuchse des Wassers war erschrecklich.
(C. G. Poetzsch 1784 “Chronolog. Geschichte d. großen Wasserfluthen d. Elbstroms etc.” S. 117 u. 136.)
1784 & 28. - 29. Febr. & Dresden & Elbe: Eisgang u. Hochwasser & & 2 & I, 5: 370 (2936)Es bricht die Elbe auf und wächst von 3 auf 9 Ellen Höhe mit unbegreiflicher Schnelligkeit.
(Dr. G. Klemm “Chronik d. etc. Residenzstadt Dresden”, edid. P. G. Hilscher 1837. II. S. 513.)(Fr. W. Pohle 1886 “Chronik von Loschwitz” S. 77. u. S. 79.)
Weikinn, C. (2000) [Teil 5]
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Weikinns Quellentexte (1958–2002)
23160 Einträge zu hydrographischen Ereignissen
Europa, hauptsächlich Deutschland und Nachbargebiete
um Christi Geburt bis einschließlich 1850
Originalquellen, aber auch Sekundärquellen
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Checks zum Ausschluss lokaler Ereignisse
Hochwasser an anderen Stellen entlang des Flusses
Hochwasser im Einzugsgebiet
günstige meteorologische Bedingungen vor einer Flut(z. B. schwere, anhaltende Regenfälle, Eis oder Schneedecke)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Stärkeklassen (nach Brázdil et al. 1999, Glaser 2001)
1 kleines Hochwasser
2 starkes Hochwasser
3 außergewöhnlich starkes Hochwasser(z. B. Febr. – März 1784)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe (Dresden)1550–1850
Zuordnung der Pegelhöhen zu den Stärkeklassen.
0
1
2
3
4
500 600 700 800 900 1000
Pegel (cm)
Grö
ßenk
lass
en
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe (Dresden)1852–1892
1000 2000 3000 4000R unoff (m 3 s -1)
500
600
700
800Fl
ood
stag
e (c
m)
1 2 3
Klassifikation der Flutstärken mittels linearer Regression zwischen Pegelhöhe und Abfluss.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe (Dresden), 1852 – 2002 (tägliche Messungen)
1850 1900 1950 20000
10002000300040005000
Run
off (
m3
s-1)
123
A ug 2002
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Oder (Eisenhüttenstadt), 1920 – 2002 (tägliche Messungen)
1850 1900 1950 20000
1000
2000
Run
off (
m3
s-1)
123
sparse information on floods
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Year Month Season n Cause Maximum flood stage Runoff Magnitude CLIMDAT [S, W] [I, S, C, R] [cm] [m^3/s] [+, -] Pillnitz Dresden Meißen1059 Sep S 2 2 1118 Sep S 4 21163 S? 1 2. . . 1498 Jun S 3 21501 Dec! W 1 I? 2 +1501 Aug S 17 866 703 3 +. . .1783 Jan-Feb W 6 I 462 692 472 1 -1783 Jun S 1? C 1 -1784 Feb-Mar W 32 I 670 859 703 3 +. . .1850 Feb W 3 I 706 21852 Feb W 654 1980 1 (-)1853 Apr-May S 633 1980 1 (-). . .1947 Mar W I 2340 1 (1)1948 Dec!-Feb W NI 2160 1 (-)1954 Jul S 2300 1 (1). . .2002 Aug S 940 4700 3 (3)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, 1021 – 2002
Oder, 1269 – 2002
0
50
100
Num
ber o
f flo
ods
J F M A M J J A S O N D
E lbe
O der
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Trends in der
Hochwasseraufrittsrate ??
1500 2000
Elbe, Winter, Klasse 2–3
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
0
5
10
15
4 12 2 6 3
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
0
5
10
15
4 12 2 6 3
Schritte zu einer besseren Methode
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
0
5
10
15
4 12 2 6 3
Schritte zu einer besseren Methode Vorteile
1. kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte,unzweideutig an Grenzen
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
0
5
10
15
4 12 2 6 3
Schritte zu einer besseren Methode Vorteile
1. kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte,unzweideutig an Grenzen
2. Nutzung eines Gauss‘schen glatte SchätzkurveFensters
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
0
5
10
15
4 12 2 6 3
Schritte zu einer besseren Methode Vorteile
1. kontinuierliche Verschiebung mehr Schätzpunkte,unzweideutig an Grenzen
2. Nutzung eines Gauss‘schen glatte SchätzkurveFensters
3. kreuzvalidierte Fensterbreite minimaler Schätzfehler
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
OK, wie signifikant ist
dieser Trend ??
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
1500 2000
Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
1500 2000
Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
1500 2000
Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)
1500 2000
2. Bootstrap-Resampling
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10 .20 .30 .4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
1500 2000
Bootstrap-Resampling (mit Zurücklegen, gleiche Anzahl)
1500 2000
2.Bootstrap-Resampling
insgesamt 2000 Bootstrap-Resamplings
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Elbe, Winter, Klasse 2–31500 2000
00.10.20.30.4
occu
rren
ce ra
te (y
r-1)
90% Perzentil- konfidenzband
Methode:
Cowling et al. (1996) Journal of the American Statistical Association 91: 1516–1524.
Mudelsee M (2002) Wiss. Ber. Inst. Meteorol. Univ. Leipzig 26: 149–195.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
1000 1200 1400 1600 1800 2000Year
0 .00 .10 .20 .30 .4
Occ
urre
nce
rate
(yr-1
)
123
Mag
nitu
de
Ergebnis: Trends in der Flutauftrittsrate
Elbe, Winter, Klasse 2–3
sparse data
LMM ?
fewer freezing !?
Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
1200 1400 1600 1800 2000Year
0.0
0.1
0.2
0.3
Occ
urre
nce
rate
(yr-1
)
123
Mag
nitu
de
Ergebnis:
Oder, Winter, Klasse 2–3
sparse datafewer freezing !?caution !
Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Ergebnis:
Elbe, Sommer, Klasse 2–3
0.0
0 .1
Occ
urre
nce
rate
(yr-1
)
123
Mag
nitu
de
1000 1200 1400 1600 1800 2000Year
No upward trend
Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Ergebnis:
Oder, Sommer, Klasse 2–3
0.0
0.1
0.2
Occ
urre
nce
rate
(yr-1
)
123
Mag
nitu
de
1200 1400 1600 1800 2000Year
No upward trend
caution !
Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Zusammenschau(Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.)
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Vergleich Weikinn vs. CLIMDAT
Elbe, Winter, Klasse 2–3
1000 1200 1400 1600 1800 2000Year
0.00.10.20.30.4
Occ
urre
nce
rate
(yr-1
)
123
Mag
nitu
de
CLIMDAT
Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
1900 1950 2000
0
500
1000
0
1000
2000
Pre
cipi
tatio
n (m
m)
1900 1950 2000Year
1900 1950 2000
0
500
1000
0
1000
2000
1900 1950 2000Year
50° N , 15° E 50° N , 18.75° E
sum m er
w inter
Test auf Trend in der Auftrittsrate von 25-jährigen Maxima im monatlichen Niederschlag
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
Reservoirgrößen-Korrektur
1920 1920.05 1920.1ye a r
0
1000
2000
3000
4000ru
noff
(m3 s
-1)
c lass 3
c lass 2
c lass 1
E lbe (D resden), W in ter225 m illion m 3
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
G O O D I E S
54. Deutscher Geographentag Bern 2003
)]12/(1[)12(
2/)21(/)(1
ntt
ttnitu
n
i
test H0 “constant occurrence rate”
t = flood event dates, [t1; t2] = observation interval, n = data size
under H0, statistic u is standard normally distributed
e.g., u large negative means downward trend
Cox & Lewis 1966 The Statistical Analysis of Series of Events. Methuen, London.