Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa. Dr. Jochen Stuck Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Transkript

1 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Dr. Jochen Stuck Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Versicherungstag 2008, FH Hannover,

2 Einführung - Analyse des Orkans Kyrill meteorologische Phänomenologie Jährlichkeiten Schäden - Vorhersage von Orkanen (u.a. Kyrill) - Risikokarte Deutschland & Schadensprognosen - Orkane im Klimawandel Gibt es bereits Veränderungen und wie könnten künftige Veränderungen aussehen?

3 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Analyse von Kyrill Versicherungstag 2008, FH Hannover,

4 Schadensmuster Orkan Kyrill

5 Schadensmuster Orkan Kyrill

6 Schadensmuster Orkan Kyrill

7

8 Schadensmuster Orkan Kyrill Analyse in Europa: Max. Windgeschwindigkeiten eines jährlichen Ereignis (regionale Differenzen!) Schadenshöhe von Kyrill in D.: 5-10 Jahre, europaweit ~ 20 Jahre Sturmrisiko in Europa: Gesamtschaden eines 100-jährlichen Ereignis Schadenshöhe von Lothar: alle 8-10 Jahre Quelle: SwissRe (2000)

9

10 Bodendruckverteilung , 19 MEZ Quelle: DWD

11 Verlagerungsgeschwindigkeit Kyrill vom Uhr bis Uhr : ~2400 km/24h = 100 km/h und das mit ~konstantem Kernluftdruck. Tetzlaff, pers. com.

12 Windgeschwindigkeit in etwa 9 km Höhe >300 km/h

13 Maximale Böen in km/h Quelle: DWD

14 maximale Windgeschwindigkeit 18./ Chemnitz Chieming Kahler Asten Zinnwald-Georgenfeld Wernigerode Mühldorf Schleiz Artern Düsseldorf Strucklahnungshörn Schmücke Brocken Hohenpeißenberg Großer Arber Weinbiet Fichtelberg Feldberg/Schwarzwal Großer Arber Zugspitze Fichtelberg Brocken Wendelstein V in m/s v_max in km/h Quelle: DWD

15 Niederschlagshöhe in mm Dietzhölztal-Mandeln Ludwigsstadt-Lauenstein Lennestadt-Theten Wernigerode Harzgerode Berlin-Tempelhof Groß Kreutz Lage, Kreis Lippe-Hörste Salzuflen, Bad Lüdenscheid Wenden-Dörnscheid Moringen-Lutterbeck Breckerfeld-Wengeberg Bielefeld-Deppendorf Neuhaus a. Rennweg Berleburg, Bad-Stünzel Attendorn-Neulisternohl Schierke Braunlage Brocken 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 Quelle: DWD

16 MEZ Quelle: Wetterspiegel

17 Quelle: Wetterspiegel

18

19

20 Temperatur / Niederschlag Luftdruck Sturmtief Kyrill vom :40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 21:20 21:40 22:00 22: Uhr Temperatur Niederschlag Druck Temperaturabfall : ~9 C innerhalb ~10 Minuten; innerhalb des gleichen Zeitraums gab es etwa ~10 mm Niederschlag Tetzlaff, pers. com.

21 Böenfaktor Leipzig : 25m/s(max. Bö)/11m/s(Mittelwind) = 2.27; (25m/s = 90 km/h) Tetzlaff, pers. com. 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 21:20 21:40 22:00 22: Temperatur Windspitzen ---Windgeschwindigkeit Messwerte von Leipzig, Institut für Meteorologie

22 Standardböenfaktor von 1.6 (Faust, 1952): 65 km/h *1.6 = 104 km/h für die Maximalböen. Realer Stadtböenfaktor von 2.27: 148 km/h (größere Bö!)

23 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Vergleich mit anderen Orkanen Versicherungstag 2008, FH Hannover,

24 Orkane an der Küste im Winter 2006/07 Orkan Datum Station v_max in km/h Britta Norderney 124 Karla Helgoland, Arkona 137 Franz List 130 Gerhard Laage 126 Kyrill Boltenhagen 134 Quelle: DWD

25 Vergleich mit anderen Stürmen Wiebke / Lore / Xylia Lothar Jeanette Dagmar Ingo / Renate / Yanqiu / Flurina / Vera Franz / Kyrill max. Windgeschwindigkeit km/h Quelle: DWD

26 Zusammenfassung Analyse: Kyrill war ein Orkan mit einer mittleren Jährlichkeit von Jahren Ungewöhnlich grossflächig, ungewöhnlich schnell Einer der teuersten Orkane für die Versicherungsbranche Orkan hat regional auch für Hochwasser gesorgt Enorme lokale Verstärkung des Windes im Verlauf der Kaltfront Klassischer Böenfaktor hier teilweise nicht anwendbar!

27 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Vorhersage (von Kyrill) Versicherungstag 2008, FH Hannover,

28 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Vorhersage: Wind in 10 Meter 66h vorher (Di 00Uhr) 42h vorher (Mi 00Uhr)

29 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Vorhersage: Wind in 10 Meter 66h vorher (Di 00Uhr) 42h vorher (Mi 00Uhr) 18h vorher

30 Vorhersagequalität Wernli, 2007

31 Wettervorhersage als Anfangswertproblem Zeit Anfangsbedingung Vorhersage physikalische Gesetze Wernli, 2007

32 Die Buckelpiste Aus: Lorenz, The essence of chaos.

33 Die Buckelpiste 1mm 15m

34 Das Prinzip der Ensemble-Vorhersage Ensemble Mitglieder Kontrollvorhersage Realität Zeit Wernli, 2007

35

36 Regionales Ensemblevorhersagesystem der europäischen Wetterdienste, , 0 UTC Quelle: DWD

37 Zusammenfassung: Vorhersage Die Vorhersagen von Kyrill waren bereits 3 Tage im voraus zutreffend 3-Tagesvorhersagen generell sehr zuverlässig Deutliche Verbesserungen mit Ensemble- Vorhersagen möglich Besonders Extremereignisse lassen sich so besser erfassen als mit deterministischen Vorhersagen

38 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Risikokarte Deutschland & Schadensprognosen Versicherungstag 2008, FH Hannover,

39 Sturmgefährdung in Deutschland ( Risikokarte ) Problem: - zu wenig Wetterstationen vorhanden für flächendeckende Analyse - Berücksichtigung der Effekte von orographisch stark gegliedertem Gelände auf das Windfeld Vorgehen: CEDIM Risikokarte Deutschland Entwicklung eines Sturmschadenmodells an Uni Karlsruhe und dem Center for Disaster Management (CEDIM) Simulation der Windfelder extremer vergangener Sturmereignisse mithilfe eines numerischen Modells (KAMM) Windzone I II III IV V V 50 [m/s] 22,5 25,0 27,5 30,0 32,5 Quelle: DIN

40 Hochauflösende Modellierung mit KAMM Orkan Lore ( ) Karlsruhe Stuttgart Lahr Freudenstadt Quelle: T.Hofherr; Heneka et al. 2006

41 Gefährdungskarte Deutschland Mesoskalige Modellierung mit KAMM maximale Böengeschwindigkeit welche mit einer Wahrscheinlichkeit von 2 % während eines Jahres auftritt die Werte reichen von 110 km/h in tief eingeschnittenen Tälern bis über 180 km/h an der Küste bzw. in exponierten Gipfellagen der Mittelgebirge Quelle: T.Hofherr; Heneka et al. 2006

42 Sturmgefährdung in Deutschland Windzone V 50 [m/s] I 22,5 II III IV V 25,0 27,5 30,0 32,5 Quelle: DIN Quelle: T.Hofherr; Heneka et al. 2006

43 Starkwindgefährdung deutscher Städte Betrachtet wurde das Stadtzentrum Deutliche Unterschiede zwischen küstennahen Städten und Städten im Landesinneren Aussagen jenseits einer Eintrittswahrscheinlichkeit von sind extrem unsicher. Quelle: T.Hofherr; Heneka et al. 2006

44 Beispiel: Orkan Kyrill ( ) Simulierte Schäden an Wohngebäuden: Schadensprognose (am ) beschädigte Gebäude 18 Mio. Schäden an Wohngebäuden Schadensanalyse (am ) beschädigte Wohngebäude 11 Mio. Schäden an Wohngebäuden Bodenkarte Uhr Angaben SV Versicherung für BW beschädigte Wohngebäude 30 Mio. Schäden an Wohngebäuden Kaltfront Quelle: T.Hofherr; Heneka et al :00 UTC Radar

45 Orkane im Klimawandel Gibt es einen Einfluss des Klimawandels auf Orkane in Europa? Wie sieht dieser Einfluss aus? Stärkere Ereignisse? Schwächere E.? Häufigere E.? Seltenere E.? Andersartige E.? Existiert in den Beobachtungen irgendein Trend? Wie lassen sich künftige Projektionen ableiten?

46

47 Windgeschwindigkeit in m/s ,5 Jahresmittelwerte des geostrophischen Windes für die Deutsche Bucht ( ) 13 12, , ,5 10 9,5 9 Jahr (September bis August) Jahresmittel 10-jähriges gleitendes Mittel Trend linear

48 Station observations in the Netherlands Number of windstorms > 7 Bft Summer precip ~2050

49 Große Naturkatastrophen Volkswirtschaftliche (a) und versicherte (b) Schäden in Mrd. US Dollar (a) (b)

50 Szenarien

51 Global scenarios of the air temperature change (in K) at the end of the 21st century, as determined with a global climate model forced with A2 and B2 emissions. Courtesy: Danmarks Meteorologiske Institut.

52 Was bedeutet: Verändertes Risiko? PDF PDF 2% 5% Runoff (m 3 s 1 ) Present Runoff (m 3 s 1 ) Future DKKV; Mudelsee 2008

53 Was bedeutet: Verändertes Risiko? PDF PDF 2% 5% Runoff (m 3 s 1 ) Runoff (m 3 s 1 ) Present Past Present Future DKKV; Mudelsee 2008

54 DKKV; Schönwiese 2008

55 Beispiele zur Extremwertanalyse: Änderung der Wahrscheinlichkeit DKKV; Schönwiese 2008

56 Winter Stormtrack, heutiges Klima ECHAM5 NCEP Modelle, IPCC-PCMDI Datenbank DKKV; Ulbrich 2008

57 Gebietsgemittelte Sturmzugbahnaktivität Nordpazifik Nordatlantik Nordatlantik-Oszillations- Index (NAO) Pinto et al. 2007

58 Extreme Windgeschwindigkeiten ECHAM5, Winter (ONDJFM): Wmax, 98% Perzentil Klimasignal A1B, Lauf1 ( ) 20C ( ) DKKV; Ulbrich 2008

59 Extreme Windgeschwindigkeiten HadAM3P: Winter (ONDJFM), Wmax, 95 th percentile m/s DKKV; Ulbrich 2008

60 Extreme Windgeschwindigkeiten A2 Klimasignal: Relative Änderung (%) des I99 Intensitätsindex Forced by HadAM3P Forced by HadAM3H Forced by HadAM3H Forced by HadAM3H Forced by ECHAM4 DKKV; Ulbrich 2008

61 Extreme Windgeschwindigkeiten A2 Klimasignal: Relative Änderung (%) des F99 Frequenzindex DKKV; Ulbrich 2008

62 Erwartete Änderungen in Temperatur, Niederschlag und Starkwind in norddeutscher Küstenregion Bandbreite aus 4 Modellsimulationen Quelle: DKKV; v.storch, 2008

63 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Simulierte Schadensänderung Versicherungstag 2008, FH Hannover,

64 Loss Ratio [1 Ct per 1000 ] Beziehung Wind Schaden ECHAM5/MPI-OM1, A1B, Lauf 1 80 Loss Ratio (Storm loss Model) Annual Loss Ratio for Germany Observed Loss Ratio (GdV) Nach: Fröhlich, 2005

65 Loss Ratio [1 Ct per 1000 ] Loss Ratio [1 Ct per 1000 ] Beziehung Wind Schaden ECHAM5/MPI-OM1, A1B, Lauf ECHAM5 Run 1 (20 C) 250 ECHAM5 Run 1 (A1B w. A.) ECHAM5 Run 1 (A1B w/o. A.) Nach: Fröhlich, 2005

66 Projezierte Schäden mit und ohne Anpassung Pinto et al. 2007

67 Quelle: Swiss Re 2007? (Schwierz et al.)

68 Zusammenfassung: Orkane im Klimawandel Klimaszenariosimulationen (verschiedene Modelle) zeigen konsistent: - Intensivierung - Häufung von extremen Sturmereignissen Räumlich relative Differenzen Im Winter Zunahme/Sommer Abnahme der Intensität Schadensprognosen mit großer Bandbreite (je nach Studie > 100% in D)

69 Ein Jahr nach Kyrill: Analyse und Ausblick über Orkane in Europa Zusammenfassung: Der Orkan Kyrill war kein ungewöhnliches Extremereignis Die Verbesserungen in der Vorhersage waren gegenüber Lothar erheblich Signifikante Veränderungen im Auftreten von Orkanen lassen sich noch nicht feststellen (Kyrill kein Indiz der Klimaänderung!) Szenariosimulationen deuten auf eine Zunahme der Intensität und Frequenz von Stürmen hin Mit kleinskaligen Schadensmodellen können beruhend auf den Ensemble Vorhersagen - bereits im Voraus (3 Tage und mehr?) die extremsten & wahrscheinlichsten zu erwartenden Schäden simuliert werden! Versicherungstag 2008, FH Hannover,

70 Neue Risiken? Müssen wir in Europa auch mit neuen Risiken rechnen? Versicherungstag 2008, FH Hannover,

71

72 Hurrikan Vince vor Europa (2005) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! EUMETSAT