Hochwasserfrühwarnung und -vorhersage in Baden-Württemberg

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1 Hochwasserfrühwarnung und -vorhersage in Baden-Württemberg - Kommunikation von (unsicherer) Frühwarnung und (verlässlicherer) Vorhersage - Dr. Manfred Bremicker, Referat 43 Hydrologie, Hochwasservorhersage 0

2 Überblick 1. Nutzeranforderungen an Vorhersagen 2. Kommunikation von Vorhersagen am Beispiel Juni 2013 (pegelbezogen, regionsbezogen) 3. absehbare Weiterentwicklungen 1

3 Die Nutzer... Dienststellen, Planungsstäbe Wasserwirtschaft, Feuerwehr, Katastrophenschutz direkt Betroffene (Bürger, Industrie,...) Medien Rundfunk, Fernsehen, Presse

4 ... und Ihre Anforderungen: möglichst: langer Vorhersagezeitraum (frühzeitig mehrere Tage im voraus) eindeutige Vorhersage (keine Bandbreite von ) verlässliche ( richtige ) Vorhersage als konkrete Handlungsbasis z.t. zueinander konträr stehende Anforderungen Umgang damit bei HVZ BW: 1. für mittlere und große Flussgebiete: pegelbezogene Vorhersage

5 Vorhersage-Veröffentlichung im Routinebetrieb (noch... kein Hochwasser) best guess - Vorhersage Messwerte Vorhersage 24h Abschätzung weitere Tendenz ( HW- Frühwarnung ) bis 7. Tag 4 4 Tage vor kleinem Aprilhochwasser: Vorhersage vom

6 Botschaft : Potential für (kleineres) Hochwasser in 3 4 d, aber noch Unsicherheiten ( gelb strichliert!) Nutzung: Weitere Entwicklung aufmerksam verfolgen (VH am Folgetag), ggf. Vorplanung von Aktionen 5

7 Veröffentlichung im Vorfeld eines > 2-jährl. Hochwasser Keine Veröffentlichung von unsicheren Horrorszenarien ( HQ 500 in 6 Tagen ): zeitliche Kappung der Abschätzung zum Zeitpunkt der HQ2-Überschreitung in diesem Fall: Kappung von 7 auf 5 Tage Botschaft : Potential für > 2-jährliches Hochwasser. Genauere Größenordnung noch nicht verlässlich abschätzbar. 6 6 Tage vor Junihochwasser 2013: VH Nutzung: Weitere Entwicklung aufmerksam verfolgen ( VH am Folgetag), ggf. Vorplanung von Aktionen

8 weitere Veröffentlichung im Vorfeld des Junihochwassers Mai: VH-Horizont: 5 Tage: HW Maxau ab 1.6. HQ 100 HQ 10 HQ 2 MQ 30. Mai: VH-Horizont: 3 Tage: HW Maxau ab 1.6. lfd. Lagebesprechungen mit DWD-RWB, BAFU, RPF ab 22 Uhr: Einsetzen der Starkniederschläge in BW und CH 2003 bis 2006: Frühwarnungs-Kappungsgrenze bei HQ 10 false alarm rate zu hoch Nutzer z.t. unzufrieden 7 seitdem HQ2, hat sich für alle 100 Vorhersagepegel bewährt

9 Vorhersage-Veröffentlichung im Hochwasserbetrieb pegelspezifische Untergrenzen für die Kürzung des Abschätzungshorizontes, z.b.: Rheinpegel von Breisach bis Mannheim: 48 Stunden 8 2 Tage vor Junihochwasser 2013: Vorhersage vom :31 MEZ

10 pegelspezifische Untergrenzen für die Kürzung des Vorhersage- / Abschätzungshorizontes, z.b.: Rheinpegel von Breisach bis Mannheim: 24h / 48 h Pegel Heidelberg / Neckar ( km²): 15h / 22 h Pegel Oberndorf / Neckar ( 700 km²): 6h / 9 h Pegel Oppenweiler / Murr ( 180 km²): - / 3 h 9

11 Kennwerte bei der Veröffentlichung von Vorhersagen Zeithorizont der Vorhersage / Abschätzung täglicher Routinebetrieb, ("HW-Frühwarnung") Abschätzung bis zu 7 Tage während Hochwasser Vorhersagehorizont bis zu 24 Stunden, Abschätzung bis zu 48 h (je nach Flussgebiet) Aktualisierungshäufigkeit Mo-So täglich um 8:00 MEZ stündlich (rund um die Uhr) angestrebte Genauigkeit Nutzungsmöglichkeit Größenordnung der möglichen Wasserstandsanstiege (z.b. +/- 50 cm) Vorplanung für ein erwartetes Hochwasser +/- 10 Zentimeter Durchführung kurzfristiger Schutzmaßnahmen (mobile Wände, Sandsäcke,... ) 10

12 verlässliche Vorhersage -> Vorhersagequalität für Pegel Maxau, Mai / Juni 2013 [m] maximal vorhergesagter Scheitelwert für Maxau / Rhein nach Vorhersagezeitpunkt -48h -24h 0h Scheitelwert interne Berechnung veröffentl. Abschätzung: inkl. Scheitel Maximalwert der Vorhersage gemessener Scheitelwert Vorhersagesystem: LARSIM-HR / Synoptisches Modell Datum / Uhrzeit der Vorhersage

13 2. Warnsystem für EZG < 200 km²: Regionsbezogene HW-Frühwarnung 35 Warnregionen (Land- und Stadtkreise) 3-stündliche Aktualisierung

14 13 bundesweite Warnlage:

15 Umgang mit Unsicherheiten: situationsabhängige Länge des veröffentlichten Vorhersagezeitraumes Klassifizierung der Berechnungsergebnisse Unterscheidung (verlässlichere) Vorhersage und Abschätzung weiterer Tendenz für kleine EZG nur regionsbezogene Warnungen? Bandbreite der möglichen Entwicklung im Abschätzungsbereich (Ensemble möglicher Entwicklungen best guess best guess mit Bandbreite) welches Wettermodell liefert aktuell plausible Vorhersagen? 14

16 intern: kleines Ensemble mit 6 bis 8 Mitgliedern COSMO-DE (ggf. 50% n + 50% n-1) COSMO-EU EZMOS GME (n + n-1) best guess: Meteo-Mix (EU/EZ+GME), ggf * Korr Meteo-Mix + 1 C T_Grenz_Schnee Meteo-Mix - 1 C T_Grenz_Schnee NoRain für NW-Vorhersage HQ 100 HQ 10 HQ 2 MQ 15 für Hochrheinpegel Kooperation mit CH-BAFU: zzgl. 19 VH -> 25 Mitgl.

17 vollständige Auslagerung der Risiko-Einschätzung an die Endnutzer erscheint problematisch? Einsatz der Retentionsmaßnahmen am Oberrhein, Juni 2013 mobile Wand Bad Friedrichshall / Kocher 16

18 Erarbeitung der best guess Vorhersage Defaulteinstellung: HVZ- best guess -NWP (numerical weather prediction) bei Bedarf: Änderung der Defaulteinstellung auf anderes NWP bzw. Einsatz von NWP-Korrekturfaktoren hierbei Rücksprache mit DMD-RWB bzw. für Bodensee / Hochrhein mit BAFU-MeteoSwiss, A-AVLR, F-SPC 17

19 verbleibende Probleme: - Zeitverzüge zwischen NWP-Frontgeschwindigkeit und v_real / Verbesserung durch Postprocessing bei den Wetterdiensten denkbar?? - lokale Starkregen Verbesserungsmöglichkeit NWP-Ensemble Vorhersagevarianten Pegel Gerbertshaus/ Schussen (269 (782 km²) Vorhersagezeitpunkt Uhr Gemessener Abfluss Vorhersage mit gem. Niederschlägen operationelle HVZ-Vorhersage Vorhersagevariante EZMOS Vorhersagevariante COSMO-EU Vorhersagevariante COSMO-DE Abfluss [m³/s]

20 ... im internen Testbetrieb (sowie an VH-Kette Rhein): Ergänzung der best-guess - Vorhersage um einen realistischen Unsicherheitsbereich Berechnung über Kombination aus: statistischen Verfahren (ProFound-Analyse hist. VH) empirischen Erfahrungswerten deterministische Berechnung (Input: als verlässlich betrachtete NWP-Modelle, voraussichtlich nicht Gesamtspannweite der Ensemble)? 19

21 Zusammenfassung variabler Abschätzungszeitraum bis zu 7 Tage zur frühzeitigen Vorwarnung hat sich sehr gut bewährt zeitliche Kappung der Frühwarnung bei HQ2-Überschreitung > 48h zur Minderung der false alarm rate Unterscheidung zwischen Vorhersage und Abschätzung Veröffentlichung einer best guess - Vorhersage Ergänzung um realistischen Unsicherheitsbereich ist bereits im internen Testbetrieb 20

22 Links: Literatur: Internationale Kommission zum Schutz des Rheins (2012): Aktionsplan Hochwasser : Handlungsziele, Umsetzung und Ergebnisse. Kapitel 2.4: Verbesserung der Hochwasservorhersage und -meldungen. download: Bremicker, M., Demuth, N., Brahmer, G., Holle, F., Haag, I. (2013): Räumlich hoch aufgelöste LARSIM Wasserhaushaltsmodelle für die Hochwasservorhersage und weitere Anwendungen. In: Korrespondenz Wasserwirtschaft 2013 (6) Nr. 9, S Bremicker, M., Varga, D. (2013): Hochwasserfrühwarnung und Hochwasservorhersage in Baden-Württemberg - Kommunikation von (unsicherer) Frühwarnung und (verlässlicherer) Vorhersage. Erscheint in: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Sonderheft "Unsicherheiten in der hydrologischen Vorhersage. HAAG, I., EHRET, U., DEMUTH, N. & MORITZ, K. (2013): ProFoUnD: Ein Werkzeug zur statistischen Analyse von Abfluss- und Wasserstandsvorhersagen und zur Ermittlung von Vorhersageunsicherheiten. Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 33.13, S