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TLUG/Referat 53 - Flussgebietsmanagement -Dr. Kai Pfannschmidt

Sturzflutwarnsystem Thüringen STUWASYS

„„ Sturzflutwarnsystem ThSturzflutwarnsystem Th üüringenringen ““

-- Pilotprojekt Trusetal Pilotprojekt Trusetal --

Workshop: „Klimamonitoring – Klimaveränderungen erkennen und verstehen“

26. Oktober 2010, TLUG Jena


(F2)Sturzflutwarnsystem Thüringen STUWASYS

Bosnien Juni

Südfrankreich Juni

Sachsen August

Sachsen, Sachsen-Anhalt September

Hochwasser 2010

Polen, Tschechien August, September

Quelle: www.welt.de



Rote Weißeritz in Dippoldiswalde am 13.08.2002 (Quelle:www.weisseritzkreis.net)

Klimaprojektionen:

Winter etwa 40 Prozent mehr Regenmenge

weniger Schnee- und Eis-Speicherung

� enorm beschleunigte Abflüsse in kleinen Einzugsgebieten mit kurzem Antwortverhalten



20.05.09 Th20.05.09 Thüüringer Landtagringer Landtag

Vorstellung des Thüringer Klima- und Anpassungsprogramms

� Staatssekretär Stefan Baldus hebt STUWASYS ausdrücklich als Schlüssel-

projekt des Thüringer Klima- und Anpassungsprogramms hervor.





STUWASYS STUWASYS –– Sturzflutwarnsystem ThSturzflutwarnsystem Th üüringenringen

• Bildung einer Forschungskooperation zwischen :

Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz

Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie

Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST Ilmenau

Lehrstuhl für Geoinformatik, Geohydrologie und Modellierung des Instituts für Geographie der Friedrich-Schiller-Universität Jena

Kommunaler Partner: Gemeinde Breitungen




• Vorhersage und Management von Hochwasserereignissen an kleineren Flüssen und Bächen bei Starkniederschlägen

• Pilotprojekt: Einzugsgebiet der Truse bis zum Pegel Trusetal

• Projektstart im Herbst 2008

• derzeit in der dritten Projektphase



Projektphase IProjektphase I

• Evaluierung eines prototypischen Einzugsgebietes

• Evaluierung passender hydrologischer Modelle zur N-A-Modellierung

• Kalibrierung und Validierung der geeigneten Modelle



EZG EZG TruseTruse

A=27,58 km²

Gr. Inselsberg 915m NN, 1.288 mm

Pegel Trusetal 336 m NN, 928 mm

60% Nadelwald

29% Grünland

4,5% Siedlungsfl.



Hydrologische Modelle zur N-A-Modellierung

• J2000/JAMS des Lehrstuhls für Geoinformatik, Geohydrologie und Modellierung,Basis Hydrological Response Units HRU

• konzeptionelles Lorent-Gevers-Modell des Fraunhofer AST in der Simulationsumgebung Matlab/Simulink

• mit beiden Modellen konnten zufriedenstellende Ergebnisse erzielt und ihre Eignung für den operativen Betrieb nachgewiesen werden

� Verweis auf Zwischenbericht



Projektphase IIProjektphase II

• Evaluierung geeigneter klimatologischer Prognoseprodukte

• Aufbau einer Testinstallation und Überführung in den operativen Betrieb

• Schaffung einer geeigneten Web-Plattform mit aktivem Benachrichtigungsdienst als erstes Element eines Katastrophenmanagements

• Eignungstest der Interaktiven Gefahrenkarte (INGE) für die Alarm- und Einsatzplanung von Kommunen



Internetportal Internetportal „„ STUWASYSSTUWASYS““

www.stuwasys.de

- Webportal mit eigener Nutzer-verwaltung

- Benachrichtigungsdienst

- operativer Betrieb

- Server gehostet bei Projektpartner Fraunhofer AST,weiterer Partner: <i-D> Weimar GmbH



Ausgangspunkt der Vorhersagerechnung ist jeweils

ein Anfangszustand, der im Rahmen der

DatenassimilationDatenassimilationDatenassimilationDatenassimilation festgelegt wird.

Datenassimilation:Datenassimilation:Datenassimilation:Datenassimilation:

Nutzung von meteorologischen Beobachtungen, um den aktuellen Zustand der Atmosphäre und damit den Anfangszustand der Modellvorher-sagen zu bestimmen.

Der DWD setzt zurzeit drei Modelle für die tägliche Wettervorhersage ein, das

GlobalmodellGlobalmodellGlobalmodellGlobalmodell GMEGMEGMEGME, das RegionalmodellRegionalmodellRegionalmodellRegionalmodell COSMOCOSMOCOSMOCOSMO----EUEUEUEU für Europa, sowie das hoch hoch hoch hoch

auflauflauflauflöööösende Modellsende Modellsende Modellsende Modell COSMOCOSMOCOSMOCOSMO----DEDEDEDE.

Numerische Wettervorhersage

Quelle: DWD



Numerische Vorhersagemodelle

Schneemodell Snow

COSMO-DE

COSMO-EU

Globalmodell GME

Klimatologische Prognosedaten des Deutschen Wetterdienstes



Beim GME und COSMO-EU reicht die

Auflösung für eine explizite Simulation der

Konvektion nicht aus.

Nur COSMONur COSMONur COSMONur COSMO----DE erlaubt in groben ZDE erlaubt in groben ZDE erlaubt in groben ZDE erlaubt in groben Züüüügen gen gen gen

eine direkte Simulation von Schauern und eine direkte Simulation von Schauern und eine direkte Simulation von Schauern und eine direkte Simulation von Schauern und

Gewittern.Gewittern.Gewittern.Gewittern.

Zu parametrisierende Prozesse müssen in

ihren charakteristischen räumlichen und

zeitlichen Skalen wesentlich kleiner als die

Skala des Modellgitters sein.

Problem Parametrisierung und Skalentrennung

Quelle: DWD



Das Wetterradar vermittelt laufend meteorologische Größen in einem Umkreis

256 km.

Ein Sendepuls in Wolken mit Niederschlag verursacht über einen Rayleigh-Streu-

prozess an Wassertröpfchen ein “Echosignal”.

(Radarwellenlänge ist auf kleine Regentröpfchen abgestimmt (0,2 bis 6 mm Ø),

der Radarstrahl (1°) bewegt sich vor allem in Bodennähe <1500 m , aber auch in

Schichten darüber)

Radarmeteorologie



Radarmeteorologie

Radarreflektivitätsfaktor Z aller Niederschlagsteilchen in

der Raumeinheit 1°/km betont bei Zunahme

Tropfengrößen gegenüber der -anzahl (mm6) im

Regentropfenspektrum und lässt laufend eine

Bestimmung der Regenrate R über Bodenflächen zu.

Schneebestimmung ist wegen der stark variablen

Flockenformen und Befeuchtungen schwieriger, Hagel ist

mit >55 dBZ erkennbar („dBZ“=10*log Z). Quelle: DWD



DWD-Forecast räumliche Vorhersage- Aktualis.-Auflösung horizont zyklus[km] [h] [h]

COSMO-DE 2,8 21 3

RADVOR 1,0 2 2

COSMO-EU 7,0 78 12 (6)

COSMO: alle benötigten KlimadatenRADVOR: Niederschlag

• Charakteristik der verwendeten DWD-Vorhersageprodukte

GME 40,0 148 24



CellMOSCellMOS

• Abbonierbares Produkt des DWD

• Analyse CellMOS-Prognosen seit Gewittersaison 2010

• Derzeit in Testphase befindlich

• Kurzfristvorhersage zu konvektionellen Starkniederschlagsereignissen

• Email mit zeitlicher Aussage, quantitativer Aussage und Aussage über Eintritts-

wahrscheinlichkeit

• Direkte Einbindung in STUWASYS ab 2011 vorgesehen

• Gespräche mit dem DWD vereinbart



Projektphase IIIProjektphase III

• Verbesserung der Modellgüte durch

• Zustandsschätzung,

• Autokalibrierung

• Ensemblemodellierungen

• Optimierung der zeitlichen Verfügbarkeit der Prognosedaten

• Einbindung Regressionsansatz (als 3. N/A-Modell)

• Analyse der Teststellung, der Eingangsdaten und der Systemantworten

• außerdem: Behebung von Verzögerungen im Warnablauf

• Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit der Web-Plattform

• Anwendung von INGE für die Gemeinde Breitungen



Problematik der zeitlichen und rProblematik der zeitlichen und r ääumlichen Variabilitumlichen Variabilit äät der Vorhersagedatent der Vorhersagedaten

- konvektives Starkniederschlagsereignis am 12. Juli dieses Jahres

- vierthöchster gemessener Wasserstand seit 1961



RADOLAN-Messdaten vom12.07.2010 für 17.00-18.00 Uhr MESZ

DWD-Station Kleiner Inselsberg:

58 mm/h

Gebietsmittel:

48 mm/h



COSMO-EU von 12.00 Uhr für 17.00-18.00 Uhr MESZ

ca. 16.00 Uhr verfügbar



COSMO-DE von 12.00 Uhr für 17.00-18.00 Uhr MESZ




COSMO-DE von 15.00 Uhr für 17.00-18.00 Uhr MESZ




RADVOR von 14.00 Uhr für 17.00-18.00 Uhr MESZ












CellMOSCellMOS -- Warnungen per EmailWarnungen per Email

*******************************************************************************WARNUNG VOR EXTREMEM GEWITTER FUER TrusetalAUSGEGEBEN um 15.20 UTC 12.07.2010*******************************************************************************

GUELTIG von 15.20 bis 15.55 UTC

***ES BESTEHT EINE GEFAEHRLICHE WETTERSITUATION***

Ein markantes Gewitter befindet sich etwa 25 km SW von Trusetal. Es erreicht Trusetal um etwa 15.40 UTC mit einer Wahrscheinlichkeit von 75 %

Ein weiteres schweres Gewitter befindet sich etwa 4 km S von Trusetal. Es erreicht Trusetal um etwa 15.25 UTC mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 %

Ein drittes extremes Gewitter befindet sich etwa 4 km NE von Trusetal. Es erreicht Trusetal um etwa 15.20 UTC mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 %

Ein viertes schweres Gewitter befindet sich etwa 11 km S von Trusetal. Es erreicht Trusetal um etwa 15.30 UTC mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 %

Ein fuenftes markantes Gewitter befindet sich etwa 18 km SW von Trusetal. Es erreicht Trusetal um etwa 15.35 UTC mit einer Wahrscheinlichkeit von 89 %

Diese Gewitter koennen folgende Erscheinungen produzieren...

...EXTREMEN NIEDERSCHLAG VON BIS ZU 63 L/QM INNERHALB KURZER ZEIT

...keine oder nur marginale Boeen

...nur gelegentlichen Blitzschlag

************* Beginn der Wahrscheinlichkeitswarnungen fuer TLUG *************************Wahrscheinlichkeit fuer Niederschlag > 10 mm :100% Wahrscheinlichkeit fuer Niederschlag > 25 mm : 98% Maximale Reflektivitaet : 62dBz



FazitFazit

- Ein Frühwarnsystem für Sturzfluten in Thüringen für ein prototypisches Einzugsgebiet wurde zu Testzwecken entwickelt und befindet sich im operativen Betrieb.

- Zum Einsatz kommen die derzeit aktuell verfügbaren Wetterprognose-Produkte des DWD: COSMO-EU, COSMO-DE, RADOLAN, CellMOS

- Der guten bis sehr guten Güte der zum Einsatz kommenden N/A-Modelle stehen noch zum Teil erhebliche Probleme mit der Niederschlagsmenge sowie der räumlichen und zeitlichen Variabilität der Prognosedaten gegenüber.

- Das Projekt muss einem ständigen Prozess der Weiterentwicklung unter dem Aspekt der Einbindung sich kontinuierlich verbessernder Prognosedaten unterliegen.




�� Ausblick:Ausblick:Ausblick:Ausblick:

Prototyp von STUWASYS soll in Abhängigkeit vom Ergebnis der Teststellung (läuft

bis III/2011) mit Ziel der Thüringenweiten Anwendung weiterentwickelt werden



Date post:	17-Oct-2019
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