Sturmflutvorhersagen und Warnungen

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1 Sturmflutvorhersagen und Warnungen Dr. Sylvin H. Müller-Navarra Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie Küstenmotorschiff CAPELLA VEB Deutsche Seereederei Rostock Bj ,6 t - L 59,46 m - B 9,8 m - 10 kn

2 Gliederung Referenzereignisse, Sturmfluttypisierung Herausforderung Vorhersage der Sturmflut 1976 Ablauf Vorhersagen und Warnungen Vorlaufzeiten und Methoden Entwicklung des RMSL und des Windstaus Zusammenfassung Postkarte Hallig Hooge, Kirchwarft, , Kreuz Golgatha Kunstverlag Voigt, Kollmar - Aufn. v. Pastor Bernhard Speck 2

3 Referenzereignisse Sehr schwere Sturmfluten seit 1950 Capella Anatol fiktiv Bremerhaven Scheitelhöhen [m] über MHW 1 (*) geschätzt 2 HWZ Cux \ MHW ü. NHN 1,9 2,5 2,1 1,5 1,4 1,5 1,2 1,0 1,7 0,9 1,4 1,2 1,8 1,3 1, :38 3,7 3,1 3,9 3,5 3,4 3,4 2,8 3,0 3,7 2,9 2,9 2,9 3,5 3,1 3, :19 3,5 2,9 4,5 3,7 3,3 2,9 2,5 2,8 4,0 3,2 2,8 2,7 3,1 2,9 3, :36 3,2 2,7 3,6 3,3 3,1 3,0 2,6 2,9 3,4 2,7 2,7 2,7 3,2 2,8 3, :41 2,6 2,4 3,8 3,1 3,4 2,8 2,4 3,2 3,6 3,3 2,5 2,4 2,6 2,9 3, :48 2,7 2,6 3,7 2,9 2,8 2,7 2,2 2,6 3,0 2,5 2,4 2,4 2,7 2,4 2, :16 2,9 2,5 3,7 2,9 2,6 2,3 2,1 2,4 2,9 2,1 2,3 2,1 2,5 2,4 2, :50 3,0 2,9 4,0 3,0 2,7 3,2 2,3 2,6 3,1 2,4 2,5 2,5 2,8 2,6 2, :02 3,0 2,6 4,0 3,0 1,8 2,9 1,8 1,7 2,7 1,6 2,3 2,3 3,0 1,8 1, :52 2,7 2,3 3,7 2,8 2,6 2,4 2,2 2,3 3,2 2,2 2,3 2,2 2,2 2,3 2, :10 2,6 2,3 3,9 3,0 2,6 2,4 1,9 2,1 3,7 2,8 2,2 2,0 2,7 2,3 2, :13 2,8 2,4 2,8 2,4 1,2 3,7 1,6 1,3 1,6 1,4 2,2 2,6 3,1 1,4 1, :41 2,9 2,5 3,6 2,9 2,0 3,3 2,1 1,9 2,4 1,8 2,4 2,6 3,0 1,9 2, :52 3,2 2,7 4,0 3,1 2,6* 3,5 2,3 2,6 3,3 2,7 2,5 2,6 3,3 2,6 2,6 16 MUSE/1976 EPS45 4,8 3,9 5,4 5,0 4,2 4,6 3,8 3,9 5,0 3,9 4,3 3,9 4,6 3,9 4,1 Bremen St. Pauli Cuxhaven Dagebüll Emden Helgoland Hörnum Husum List Alte Weser Norderney Aus: Bundesdrucksache 18/3682 Wilhelmshaven Wittdün Wyk MUSE: Modelluntersuchungen von Sturmfluten mit sehr geringen Eintrittswahrscheinlichkeiten, Jensen et al., 2006, Die Küste 71 3

4 Sturmflutypisierung Nach Fig. 12 aus: Gerber, Ganske, Müller-Navarra und Rosenhagen, 2016, MetZet in Druck. 4

5 Sturmflutganglinie Capella , 14: , 3:36 West/Südwest-Typ Nordwest-Typ 5

6 [m] Windstauentwicklung und Warnungen Stauzunahme: 5 m /8,4 h Warnung vor sehr schwerer Sturmflut durch das DHI am ab 6:35 Uhr. Vorlaufzeit für Hamburg ca. 10 h. Es dreht sich früh und spat Fortunas Rad. ü. MHW Sturmflutvorhersagen des DHI für Hamburg, Jahresbericht 1976/77 6

7 Sturmflutganglinie Anatol , 14: , 3:36 West/Südwest-Typ Stauzunahme: 3,4 m /8,3 h West/Südwest-Typ Nordwest-Typ 7

8 Woher kommt die Unsicherheit? Elbemodell OPTEL, Strömungssituation bei der Nikolausflut 2013 (Xaver) ca. 4 h vor HWZCux m/s 8

9 LÜKEX-15-Szenario Vorlaufzeit 14 h 645 cm NN Maximaler Stau: 5,95 m 9

10 Vorhersage- und Warnungsablauf 10

11 Vorhersagemethoden und Vorhersagbarkeit des Wasserstandes in der Unterelbe und in Hamburg Vorlaufzeit Wichtigste Prädiktoren Geeignete Methoden Mögliche Beitrag im Kontext Wasserstandsvorhersage 3 Std Aktuelle Pegeldaten (auch oberhalb Geesthachts) Gezeitenvorausberechnung (GVB), Empirie, MOS Wasserstand, absolut ++ 8 Std dito, synoptische Beurteilung GVB, MOS dito ++ des Sturms 24 Std Aktuelle Pegeldaten (auch GVB, NWV, Staumodell, dito + oberhalb Geesthachts), synoptische Beurteilung der NWV, numerische Modellketten DWD/BSH (Stau!) MOS, COSMO-DE-EPS 3 Tage dito dito dito + 6 Tage dito, synoptische Beurteilung der Großwetterlage dito Trend des Staus -/+ Genauigkeit der Aussage, qualitativ 15 Tage Variation der Anfangswerte GVB, EZMW-EPS Wahrscheinlichkeit erhöhter oder erniedrigter Wasserstände + 3 Monate z. B. Ozeantemperaturen, Jahreszeitenvorhersage Wenig bis keine - Meereis MPI-ESM 1 Jahr, 5 Tage Ephemeriden Harmonisches Verfahren, HDdU Gezeitentafeln ++ 18,6 Jahre Ephemeriden HDdU Gezeitentafeln, NGzW (für Seekartennull) Jahre Trend RMSL Lineare Extrapolation Bemessungswasserstand - - Abkürzungen: NWV Numerische Wettervorhersage, MOS Model Output Statistics, GVB Gezeitenvorausberechnung, EPS Ensemble Prediction System, ESM Erdsystemmodell, HDdU Harmonische Darstellung der Ungleichheiten, NGzW Niedrigster Gezeitenwasserstand 11

12 Warnungen für Hamburg, kurzfristig Zollenbrücke 1870 Müller-Navarra, S. H. (2009) Sturmfluten in der Elbe und deren Vorhersage im Wandel der Zeiten. In: Ohlig, C.: Hamburg die Elbe und das Wasser sowie weitere wasserhistorische Beiträge. Schriften der DWhG 13,

13 BSH-Informationen im Internet 13

14 Warnungen für Hamburg, mittelfristig HWZ (Hamburg): , 6.09 Uhr Warnung erfolgte ~ 16 h vorher Ca. 90 Warnungsempfänger, teilweise Multiplikatoren 14

15 Warnungen, Weiterverbreitung Was machen die Multiplikatoren damit? Plausibilisierung der BSH-Vorhersagen Zusätzliche eigene Vorhersagen Eigene Abschätzungen Einspielen in weitere Warnsysteme (KatWarn, MoWaS, ) Verbreiten auf eigenen Internetportalen Mögliche Probleme: Differierende Vorhersagen Verschiedene Wasserstandsstufen und Grenzwerte Unterschiedliche Bezugsniveaus (MHW, NHN, PN) Aktualisierungsfrequenz der Portale Begrifflichkeiten Gefahr einer Kakophonie! 15

16 Entwicklung des RMSL Abgeleitet aus Stundenwerten von Januar 1918 bis März

17 Entwicklung des Windstaus Perzentile: 99, ,1 99, Sönke Dangendorf, Sylvin H. Müller-Navarra, Jürgen Jensen, Frederik Schenk, Thomas Wahl, Ralf Weisse (2014) 17

18 Zusammenfassung Für jede Vorlaufzeit (Vorhersagehorizont, Lead Time) lassen sich optimale Vorhersagemethoden finden (Grundidee von MOS). Hydrodynamisch-numerische Modelle zeigen insbesondere im Gezeitenanteil Schwächen. Ohne gute Gezeitenvorausberechnungen geht bei der Wasserstandsvorhersage nichts. Nach wie vor spielt der Mensch im Vorhersageund Warnprozess eine wichtige Rolle. Intern wird im BSH ein neues IT-gestütztes Entscheidungshilfesystem entwickelt. Wissenschaftlich begründete Methoden zumindest für nicht-öffentliche Vorwarnungen (Tvor 24 h) stehen nun grundsätzlich zur Verfügung. Eine Kakophonie von öffentlichen Warnungen muss vermieden werden. Abschätzungen des zukünftigen relativen Meeresspiegels sollten vornehmlich empirisch begründet sein (z. B. durch geologische Befunde). Foto aus dem Nachlass R. Annutsch, Fotograph nicht bekannt 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

20 Leseempfehlungen R-Packages TideTables, TideCurves 20