Abflussvorhersagen im Niedrigwasserbereich Erste operationelle Erfahrungen Massimiliano Zappa, Felix Fundel, Tobias Jonas & Stefanie Jörg-Hess

Transkript

1 Abflussvorhersagen im Niedrigwasserbereich Erste operationelle Erfahrungen 2011 Massimiliano Zappa, Felix Fundel, Tobias Jonas & Stefanie Jörg-Hess

2 Themen Definitionen Drei Typen von Trockenheit Quantifizierung der hydrologische Trockenheit Ein Weg zu einem Vorhersagesystem CCHydro NRP61 Drought-CH Erfahrungen für die Thur Vorhersagbarkeit von Niedrigwasser Verifikation der Vorhersagen 2011 Schlussfolgerungen und Ausblick (

3 Drei Typen von Trockenheit Meteorologische Trockenheit längere Phase unterdurchschnittlichen Niederschlags

4 Drei Typen von Trockenheit Meteorologische Trockenheit in Niederschlagsdefizit

5 Drei Typen von Trockenheit Hydrologische Trockenheit Signifikantes Unterschreiten eines Grenzwertes der verfügbaren Wasserressourcen

6 Drei Typen von Trockenheit Hydrologische Trockenheit Abfluss

7 Drei Typen von Trockenheit Hydrologische Trockenheit Grundwasser

8 Drei Typen von Trockenheit Hydrologische Trockenheit Schneeressourcen

9 Drei Typen von Trockenheit Hydrologische Trockenheit Seestände

10 Drei Typen von Trockenheit Landwirtschaftliche Trockenheit hindert das Erreichen des durchschnittlichen Ertrags (Welken)

11 Drei Typen von Trockenheit Landwirtschaftliche Trockenheit 2011 Simulierte Bodenfeuchte

12 Quantifizierung der hydrologischen Trockenheit Niedrigwasser wird in der Schweiz wie folgt definiert (BAFU, 1999)

13 Quantifizierung der hydrologischen Trockenheit In der Regel anhand des Abflusses (Beobachtungen oder Modellprognosen) bestimmt Unterschreitet der Abfluss einen bestimmten Grenzwert spricht man von einer hydrologischen Trockenheit. Der Grenzwert richtet sich meist nach Wiederkehrperioden (Quantilen) und kann auch in Abhängigkeit der Saison definiert werden. Kenngrössen für die Vorhersage: Unter Dauer versteht man die Länge der Perioden in denen der Abfluss einen Trockenheitsgrenzwert unterschritten hat. Unter Defizit versteht man das Wasserdefizit während der Trockenheitsperiode. Unter Magnitude versteht man die Amplitude des Trockenheitsereignisses (Defizit/Dauer). Abfluss Dauer Grenzwert z.b. das 15% Quantil Defizit Zeit

14 Quantifizierung der hydrologischen Trockenheit 5. Dezember Januar 2012

15 Ein Weg zu einem Vorhersagesystem CCHydro: Klimafolgen auf den Wasserhaushalt der Schweiz Reihe von BAFU-Projekten mit dem Ziel Realisierung zeitlich und räumlich hoch aufgelöster Szenarien der hydrologischen Folgen des Klimawandels (Wasserhaushalt und Abfluss) für die Perioden und Mittelwerte, Hochwasser, Niedrigwasser und Abflussregimes Fokus auch auf die Kryosphäre Abschlussveranstaltung in Juni 2012 WSL: Natürlicher Wasserhaushalt der Schweiz und ihrer bedeutendsten Grosseinzugsgebiete

16 Ein Weg zu einem Vorhersagesystem Das Nationale Forschungsprogramm NFP 61 erarbeitet wissenschaftliche Grundlagen und Methoden für einen nachhaltigen Umgang mit den Wasserressourcen in der Schweiz. 16 Projekte, Zeitplan: DROUGHT-CH: Früherkennung von kritischer Trockenheit und Niedrigwasser in der Schweiz WSL: Operationelle Vorhersagen und Schneeressourcen WSL: Informationspattform Trockenheit

17 Ein Weg zu einem Vorhersagesystem Simulierte und verifizierte Klimatologie hydrologischer Kenngrössen für die gesamte Schweiz Kontrollperiode (CCHydro Projekt) IFS-(Var)EPS re-forecasts (NFP 61) Mittelfrist- und Langfristvorhersagen der Wasserressourcenverfügbarkeit mit Fokus auf kritischen Defiziten und Niedrigwasser Tag0 Tag+5 Tag+10 Tag+30 Tag+90 COSMO-LEPS Vorhersagen IFS-(Var)EPS

18 Erfahrungen mit der Thur

19 Das hydrologische Modell PREVAH Räumliche Auflösung: 200 m Zeitschritt: Tageswerte Periode: Modellausgaben (Auswahl): Bodenfeuchtenspeicher SSM Schneeressourcen SSO Grundwasserspeicher SLZ* Abfluss RGES Wasserressourcen (alle «S**»)

20 Verifikation der Kontrollperiode mit Fokus auf Niedrigwasser

21 Verifikation der Kontrollperiode mit Fokus auf Niedrigwasser Dauer Defizit Magnitude Grenzwert: 15% Perzentil

22 Verifikation von Langfristvorhersagen (30 Tage, VarEPS) für die Periode VarEPS/PREVAH Ensemble-Vorhersagen (5 Varianten). Die Güte sinkt mit steigender Vorhersagehorizont. Vorhersagen für Niedrigwasser zeigen Qualität für bis zu 15 Tage.

23 Verifikation von Langfristvorhersagen (30 Tage, VarEPS) für die Periode Dauer Defizit Magnitude

24 Quasi-operationelles Experiment seit März 2011 Wasserressourcenanomalien

25 Verifikation der Vorhersagen 2011 Abflussvorhersagen für Tag+3

26 Verifikation der Vorhersagen 2011 Abflussvorhersagen für Tag+5

27 Verifikation der Vorhersagen 2011 Bodenfeuchtenspeichervorhersage für Tag+5

28 Verifikation der Vorhersagen 2011 Nash-Koeffizienten Abfluss Speicher und Niederschlag

29 Schlussfolgerungen Trockenheit und Niedrigwasser sind das Ergebnis kumulierter Defizite und können Frühzeitig mit Messgrössen aufgespürt werden. Niedrigwasser kann besser als Hochwasser vorausgesagt werden. Nützliche Vorhersagen mit bis zu 15 Tage Vorlaufzeit sind möglich. Speicherelemente (im Modell) mit längerem Gedächtnis (Bodenfeuchte und Grundwasserspeicher) können zuverlässiger als Abfluss vorausgesagt werden. Die trockene Phasen in Frühjahr 2011 war so extrem, weil auf einen Schneearme Winter ein Niederschlagsdefizit im April und Mai folgte. Die nassen Juni und Juli brachten eine rasche Erholung kleinerer Gebiete. Die Defizite grösserer Gewässer wurden erst durch den nassen Dezember 2011 / Januar 2012 wettgemacht. Ein operationelles Vorhersagesystem ist im Testbetrieb und wird als Basis für eine im Rahmen von NFP61 zu entwickelnde Informationsplattform zum Thema Trockenheit dienen.

30 Ausblick Beispiel einer Monatsvorhersage für den Alpenrhein (August 2003)

31 Ausblick Prototyp der Informationsplattform