Sturmgefährdung Schweiz

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1 Sturmgefährdung Schweiz 12. November 2015, Messe Sicherheit Stefan Müller, Meteotest, Bern Quelle: PLANAT Silke Dierer, Stefan Müller, Meteotest, Bern Peter Stucki, Stefan Brönnimann, Olivia Romppainen-Martius, GIUB, Universität Bern

2 Sturmschäden Quellen: PLANAT / Lothar der Orkan (WSL 2001) Sturmgefährdung der Schweiz Seite 2 Messe Sicherheit

3 Übersicht: Sturmgefährdung Schweiz Motivation Zielsetzung Was ist vorhanden? Was ist neu? Karten der Sturmgefährdung : Beschreibung der Methodik Karten der Sturmgefährdung : Resultate Böenspitzen für verschiedene Wiederkehrperioden Unsicherheiten Zusammenfassung Sturmgefährdung der Schweiz Seite 3 Messe Sicherheit

4 Motivation Ziel: Regional hochaufgelöste Karten der Böenspitzen in der Schweiz für verschiedene Wiederkehrperioden (30, 50, 100 und 300 Jahre) Grundlagen für die Anwendungen: Abschätzung von Schäden an Gebäuden, Wäldern Modellierung von See- und Ökosystemen Planung in Forst- und Bauwirtschaft Herausforderung: Messreihen der Windgeschwindigkeit meist nicht lang genug Räumliche Abdeckung nicht ausreichend Sturmgefährdung der Schweiz Seite 4 Messe Sicherheit

5 Vorhandene Informationen zu Böenspitzen in der Schweiz Statistiken an den Standorten mit langjährigen Windmessungen, d.h. an den ANETZ/SwissMetNet-Stationen Karte des Staudrucks gemäss SIA 261 Staudruck auf 10m Höhe Basierend auf: 50-Jahres-Böenwerten aus ANETZ- Messungen und numerischen Simulationen von drei Sturmereignissen Quelle: SIA Sturmgefährdung der Schweiz Seite 5 Messe Sicherheit

6 Vorhandene Informationen zu Böenspitzen in der Schweiz Quelle: Ceppi et al., Extreme Value Analysis of Wind Speed Observations over Switzerland, 2008, AB 219 Sturmgefährdung der Schweiz Seite 6 Messe Sicherheit

7 Karten der Böenspitzen in der Schweiz: die Neuerungen Flächendeckende Informationen: auch zwischen den Messstationen Nutzung von Wettermodellen Informationen für einen längeren Zeitraum als Grundlage: neue Reanalyse Twentieth Century Reanalysis (20CR) bietet Informationen für den Zeitraum Unsicherheiten: Information über die Unsicherheit der berechneten Böenspitzen mit verschiedenen Wiederkehrperioden quantitativ, nachvollziehbar Sturmgefährdung der Schweiz Seite 7 Messe Sicherheit

8 Übersicht: Sturmgefährdung Schweiz Motivation Was ist vorhanden? Was ist neu? Karten der Sturmgefährdung : Beschreibung der Methodik Karten der Sturmgefährdung : Resultate Böenspitzen für verschiedene Wiederkehrperioden Unsicherheiten Zusammenfassung Sturmgefährdung der Schweiz Seite 8 Messe Sicherheit

9 Methodik: Überblick Sturmkatalog Karte der Böenspitze Extremwertstatistik Verfeinerung der 20CR mit dem Wettermodell Sturmgefährdung der Schweiz Seite 9 Messe Sicherheit

10 Methodik: Der Sturmkatalog Beschreibung Sturmkatalog (Quelle: Stucki et al., 2014, A catalog of high-impact windstorms in Switzerland since 1859, Nat. Hazards Earth Syst. Sci.) Basis: Versicherungsdaten, Forstwirtschaftsdaten 83 Perioden mit starken Stürme im Zeitraum herausgepickt Nur Winterstürme: generell höhere Schäden Gewitterstürme in Vergangenheit schwer zu identifizieren, Hagel Auswahl Stürme starke Ereignisse erfasst Stürme mit kürzeren Wiederkehrperioden nicht vollständig -> Wiederkehrperioden unter 30 Jahren nicht gut dargestellt Sturmgefährdung der Schweiz Seite 10 Messe Sicherheit

11 Methodik: Verfeinerung Wettermodell 20CR Reanalysedatensatz: , Globaler Datensatz Auflösung 2 Grad (220km), 6h Abbildung: MeteoSchweiz Wettermodell WRF Verfeinerung der Stürme bis auf 3km Sturmgefährdung der Schweiz Seite 11 Messe Sicherheit

12 Methodik: Extremwertstatistik Zweck: Bestimmung der zeitlichen Häufigkeit eines Ereignisses auf statistischer Basis. Basis: Simulierten Böenspitzen der 83 Sturmperioden aus 140 Jahren Für jede 3x3 km-gitterbox einzeln: Extremwertstatistik der Böenspitzen mit Peaks-over-Threshold-Methode Wiederkehrperioden bis 300 Jahre Sturmgefährdung der Schweiz Seite 12 Messe Sicherheit

13 Übersicht: Sturmgefährdung Schweiz Motivation Was ist vorhanden? Was ist neu? Karten der Sturmgefährdung : Beschreibung der Methodik Karten der Sturmgefährdung : Resultate Böenspitzen für verschiedene Wiederkehrperioden Unsicherheiten Zusammenfassung Sturmgefährdung der Schweiz Seite 13 Messe Sicherheit

14 Karte der Böenspitzen mit 50-jähriger Wiederkehrperiode Sturmgefährdung der Schweiz Seite 14 Messe Sicherheit

15 Karte der Böenspitzen mit verschiedenen Wiederkehrperioden 30-jährige Wiederkehrperiode 50-jährige Wiederkehrperiode 100-jährige Wiederkehrperiode 300-jährige Wiederkehrperiode Sturmgefährdung der Schweiz Seite 15 Messe Sicherheit

16 Unsicherheiten Gesamtunsicherheit ergibt sich aus drei Teilunsicherheiten: Auswahl des Sturmkatalogs Verfeinerung mit dem Wettermodell Extremwertstatistik Grösster Beitrag durch die Verfeinerung mit dem Wettermodell Fehlen kleinerer Stürme. Unterschätzung bei kleineren Wiederkehrperioden. Unsicherheit der Böenspitzen mit 50-jähriger Wiederkehrperiode im Mittelland im Bereich von 15-20% (RMSE) im Jura bei 15-20% im Osten, bis zu 30% im westlichen Jura insbesondere in den Bergregionen mit 30%-40% hoch Sturmgefährdung der Schweiz Seite 16 Messe Sicherheit

17 Teilunsicherheiten Unsicherheit: Sturmauswahl Unsicherheit: Verfeinerung mit dem Wettermodell Kategorie Flachland Berge (< 2000m) Hochalpen (> 2000m) Täler RMSE max Böenspitze 4.4 m/s 9.8 m/s 7.5 m/s 5.9 m/s Sturmgefährdung der Schweiz Seite 17 Messe Sicherheit

18 Unsicherheit der Böenspitzen mit 50-jähriger Wiederkehrperiode Sturmgefährdung der Schweiz Seite 18 Messe Sicherheit

19 Übersicht: Sturmgefährdung Schweiz Motivation Was ist vorhanden? Was ist neu? Karten der Sturmgefährdung : Beschreibung der Methodik Karten der Sturmgefährdung : Resultate Böenspitzen für verschiedene Wiederkehrperioden Unsicherheiten Zusammenfassung Sturmgefährdung der Schweiz Seite 19 Messe Sicherheit

20 Zusammenfassung Neue Karten der Böenspitzen Wiederkehrperioden von km Regionale Information in 3 km Auflösung Basis dient Modellierung von starken Winterstürmen der letzten 140 Jahre Sommergewitterstürme fehlen Angabe der Unsicherheit der Resultate Flachland sehr gute Repräsentation, Exponierte Berggipfellagen weniger gut. Datensätze sind verfügbar auf der Webseite des BAFU Sturmgefährdung der Schweiz Seite 20 Messe Sicherheit

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Meteotest Fabrikstrasse 14 CH-3012 Bern Sturmgefährdung der Schweiz Seite 21 Messe Sicherheit

22 Hinweise zur Verwendung der Karten 1 erste flächendeckende Grundlage für die Einschätzung der regionalen Sturmgefährdung gute Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Böenspitzen im Mittelland, Jura und in den Voralpen Weniger gute Übereinstimmung an sehr exponierten Lagen (z.b. Gipfel in den Alpen): komplexes Gelände wird im Wettermodell mit 3 km Gitterweite nicht vollständig beschrieben Karten ersetzen nicht die Karte des Referenzstaudrucks für die Baunormen entsprechend der SIA Norm 261, Anhang E Sturmgefährdung der Schweiz Seite 22 Messe Sicherheit

23 Hinweise zur Verwendung der Karten 2 lokale Einflüsse nicht berücksichtigt: Standort nicht repräsentativ für die Umgebung standortspezifisches Gutachten Keine punktgenaue Werte: der nächstgelegene Gitterpunkt repräsentiert nicht immer am besten die Windbedingungen am Standort Unterschätzung der Böenspitzen für sehr exponierte, hochalpine Standorte: Unsicherheit berücksichtigen Sommerstürme nicht berücksichtigt: für praktische Anwendungen: Böenspitzen im Zusammenhang mit Gewittern gesondert betrachten oder Sicherheitszuschlag im Bereich niedriger Geschwindigkeiten (z.b. bis 30 m/s). Sturmgefährdung der Schweiz Seite 23 Messe Sicherheit

24 Vergleich Projektergebnisse zu Stationsergebnissen Sturmgefährdung der Schweiz Seite 24 Messe Sicherheit

25 Sturmkatalog: Dekadische Variationen Lücken 40er und 70er Jahre auch in langjähriger Messreihe Zürich sichtbar. Sturmgefährdung der Schweiz Seite 25 Messe Sicherheit