Vom Wasserstand zum Risiko

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Lars Fiedler
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1 Jürgen Jensen, Arne Arns, Sönke Dangendorf, Christoph Mudersbach & Thomas Wahl 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 1 1

2 Inhalt Langfristige Änderungen im MSL in der Deutschen Bucht & der Nordsee Wahl et al., 2010, 2011, under review; Albrecht et al., 2011; Gönnert et al., 2010 Atmosphärischer Einfluss auf den MSL Dangendorf et al., 2013, in prep. Saisonaler Zyklus des MSL Dangendorf et al., 2012, 2013 Änderungen MSL vs. Änderungen Extremwasserstände Dangendorf et al., under review; Mudersbach et al., under review Multivariate Extremwertstatistik Wahl et al., 2012 Verfahren der Instationären ti Extremwertstatistik Mudersbach et al., 2009, 2010 Statistische Analysen regionalisierter Extremwasserstände Arns et al., under review 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 2 2

3 Inhalt Langfristige Änderungen im MSL in der Deutschen Bucht & der Nordsee Wahl et al., 2010, 2011, under review; Albrecht et al., 2011; Gönnert et al., 2010 Atmosphärischer Einfluss auf den MSL Dangendorf et al., 2013, in prep. Saisonaler Zyklus des MSL Dangendorf et al., 2012, 2013 Änderungen MSL vs. Änderungen Extremwasserstände Dangendorf et al., under review; Mudersbach et al., under review Multivariate Extremwertstatistik Wahl et al., 2012 Verfahren der Instationären ti Extremwertstatistik Mudersbach et al., 2009, 2010 Statistische Analysen regionalisierter Extremwasserstände Arns et al., under review 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 3 3

4 MSL Deutsche Bucht Die Änderungen des relativen MSL wurden auf Basis der Daten von 13 Pegelstationen analysiert Ein beschleunigter Anstieg des MSL ist für die meisten Pe- gel über die letzten Jahrzehnte zu erkennen Wahl et al List Hoernum Wyk Dagebuell Wittduen Husum Helgoland Cuxhaven Bremerhaven Lt. Alte Weser Wilhelmshaven Norderney 500 mm Emden Time [a] 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 4 4

5 MSL Deutsche Bucht Die Änderungen des relativen MSL wurden auf Basis der Daten von 13 Pegelstationen analysiert Ein beschleunigter Anstieg des MSL ist für die meisten Pe- gel über die letzten Jahrzehnte zu erkennen Die aktuellen Anstiegsraten sind für viele Pegel die höchsten in dem betrachteten Zeitraum List Hoernum Wyk Dagebuell Wittduen Husum Helgoland Cuxhaven Bremerhaven Wahl et al Lt. Alte Weser Wilhelmshaven Norderney 500 mm Emden Time [a] Time [a] 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 5 5

6 MSL Deutsche Bucht Die Änderungen des relativen MSL wurden auf Basis der Daten von 13 Pegelstationen analysiert Ein beschleunigter Anstieg des MSL ist für die meisten Pe- gel über die letzten Jahrzehnte zu erkennen Die aktuellen Anstiegsraten sind für viele Pegel die höchsten in dem betrachteten Zeitraum Die lange zurückreichenden Zeitreihen zeigen ähnlich hohe Anstiegsraten in der Ver- gangenheit (Ende des 19., Anfang des 20. Jahrhunderts) List Hoernum Wyk Dagebuell Wittduen Husum Helgoland Cuxhaven Bremerhaven Lt. Alte Weser Wilhelmshaven Norderney 500 mm Emden Wahl et al Time [a] Time [a] 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 6 6

7 MSL Deutsche Bucht Die Änderungen des relativen MSL wurden auf Basis der Daten 40 von 13 Pegelstationen analysiert Wahl et al., under review English Channel Ein beschleunigter Anstieg des MSL ist für die meisten Pe- gel über die letzten Jahrzehnte zu erkennen Die aktuellen Anstiegsraten sind für viele Pegel die höchsten in dem betrachteten Zeitraum Die lange zurückreichenden Zeitreihen zeigen ähnlich hohe Anstiegsraten in der Ver- gangenheit (Ende des 19., Anfang des 20. Jahrhunderts) Level (cm) (a arbitary offs set) Inner North Sea North Sea Year 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 7 7

8 Der saisonaler Zyklus Dangendorf et al Der saisonale Zyklus hat ein Minimum im April/Mai und ein Maximum im November Die Variabilität ist generell größer in der Sturmflutsaison von Oktober bis März und entlang der schleswig-holsteinischen Küste Die monatlichen Teilzeitreihen zeigen signifikant unterschiedliche h Lineartrends, der saisonale Zyklus ist nicht stationär 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 8 8

9 MSL vs. Extremwasserstände Die Trends in Zeitreihen hoher Perzentile sind signifikant größer als der MSL Trends Die Trends in Zeitreihen niedriger Perzentile sind geringer als der MSL Trend Tidehub nimmt zu List Dekad. Variabilität Wind + Trends in Partialtiden List März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 9 9

10 Extremwertstatistik Regionalisierung In der Literatur wird eine Vielzahl an extremwertstatistischen Verfahren vorgeschlagen (hier: 288 Kombinationen) Arns et al., under review 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 10 10

11 Extremwertstatistik Regionalisierung In der Literatur wird eine Vielzahl an extremwertstatistischen Verfahren vorgeschlagen (hier: 288 Kombinationen) Aus Sensitivitätsstudien unter Verwendung von Wasserstands- beobachtungen von Tidepegeln entlang der nordeuropäischen und australischen Küstenlinien, wird folgende Vorgehensweise für die automatisierte extremwertstatistische Analyse vorgeschlagen: Arns et al., under review 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 11 11

Extremwertstatistik Regionalisierung MIKE21 Hindcast 1970 bis 2009 MIKE21 Hindcast 1970 bis

MSL-Zeitreihe Nordsee Pe = 0 005 [1/a] bzw T = 200 [a] [cmnhn] 55 o N Pe = 0.005 [1/a] bzw.t = 200 [a] [cmnhn] 650 700 Arns et al.

Automatisierte Extremwertstatistik 54 o N 400 450 06.

12 Extremwertstatistik Regionalisierung MIKE21 Hindcast 1970 bis 2009 MIKE21 Hindcast 1970 bis 2009 Bathymetrie (LKN, BSH, GEBCO); astronomische Tidezeitreihen; Windund Luftdruckfelder; MSL-Zeitreihe Nordsee Pe = [1/a] bzw T = 200 [a] [cmnhn] 55 o N Pe = [1/a] bzw.t = 200 [a] [cmnhn] Arns et al., accepted 40' Sturmflutwasserstände für Gridpunkte entlang der Küste 20' Automatisierte Extremwertstatistik 54 o N März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg ' 8 o E 20' 40' 9 o E 20' 350

13 Multivariate Extremwertstatistik Copula-Funktionen werden zur Ermittlung gemeinsamer Eintrittswahrscheinlichkeiten genutzt (z.b. Scheitel, Fülle, Seegang, Abfluss) [cm] Hs Tp [s] S [cmnn] S [cmnn] Tp [s] Marginal parameters (and distributions): - Storm surge water level S (GPD) - Significant wave height Hs (GEV) - Peak period Tp (LogNormal) Copula 1 (S Hs), Type: Gumbel 1 = 1.82 [-] Copula 2 (S Tp), Type: Gumbel 2 = 1.65 [-] Hs [cm] Copula 3 (Tp Hs), Type: Frank 3 = [-] März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 13 13

14 Risiko = Versagenswahrscheinlichkeit x potentieller Schaden 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 14 14

15 Referenzen Arns A., Wahl T., Haigh I.D., Pattiaratchi C., Jensen J.: Estimating extreme water level probabilities: a comparison of the direct methods and recommendations for best practice, Coastal Engineering, under review. Arns, A., Wahl, T., Haigh, I.D., Jensen, J. (accepted): Spatial extreme value analyses for Schleswig-Holsteins coastline and Islands, Coastal Dynamics 2013, Bordeaux, France. Dangendorf, S., Wahl, T., Hein, H., Jensen, J., Mai, S., Mudersbach, C. (2012): Mean Sea Level variability and influence of the North Atlantic Oscillation on long-term trends in the German Bight, Water, 4, ; doi: /w Dangendorf, S., Wahl, T., Mudersbach, C., Jensen J. (accepted): The seasonal cycle of MSL in the south-eastern North Sea, 12th International Coastal Symposium, Plymouth, UK, Dangendorf, S., Mudersbach, C., Jensen, J., Ganske, A., Heinrich, H. (under review): Seasonal to decadal forcing of high sea level percentiles in the German Bight throughout the last century, Ocean Dynamics. Gönnert, G., Jensen, J., von Storch, H., Thumm, S., Wahl, T., Weisse, R. (2009): Der Meeresspiegelanstieg Ursachen, Tendenzen und Risikobewertung, Die Küste, Heft 76, Mudersbach, C., Wahl, T., Haigh, I.D., Jensen, J. (revised): Trends in extreme high sea levels along the German North Sea coastline compared to regional mean sea level changes, Continental Shelf Research. Albrecht, F., Wahl, T., Jensen, J., Weisse, R. (2011): Determining Sea Level change in the German Bight, Ocean Dynamics, doi: /s z (online first). Wahl, T., Jensen, J., Frank, T., Haigh, I.D. (2011): Improved estimates of mean sea level changes in the German Bight over the last 166 years, Ocean Dynamics Volume 61, Number 5, , DOI: /s x. Wahl, T., Haigh, I., Woodworth, P.L., Albrecht, F., Dillingh, D., Jensen, J., Nicholls, R., Weisse, R., Wöppelmann, G. (under review): Observed mean sea level changes around the North Sea coastline from 1800 to present, Earth Science Reviews. 06. März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 15 15

16 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit International a Short Conference e on Advances in Extreme e Value Analysis s and Application to Natural Hazards (EVAN2013) 18. bis 20. September 2013, Germany März 2013 Dialog Küstenforschung Handelskammer Hamburg 16 16

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