AquaZIS Radarniederschlag

AquaZIS Radarniederschlag aqua plan Aachen, Dezember 2017 aqua plan Ingenieurgesellschaft fu r Problemlo sungen in Hydrologie und Umweltschutz mbh Amyastr. 126, 52066 Aachen Tel.: 0241 40070-0, Fax: 0241 40070-99 Gescha ftsfu hrer: Dipl.-Ing. Gerhard Langsta dtler Amtsgericht Aachen HRB 5290 Bankverbindung: Sparkasse Aachen, IBAN: DE74 3905 0000 0015 0099 05, BIC: AACSDE33 E-Mail: post@aquaplan.de http://www.aquaplan.de

Inhaltsverzeichnis 1 Radarniederschlag 1 1.1 Voraussetzungen für den Import von RADOLAN-Niederschlagsdaten....... 1 1.1.1 Erzeugung von Radarstammdaten....................... 1 1.1.2 Import von Geodaten.............................. 3 1.1.3 Import von Radarstammdaten......................... 3 1.2 Import von RADOLAN-Daten............................. 7 1.3 Zeitreihenfolgen für Radarstammdaten........................ 11 1.4 Alternative Vorgehensweise zum Import von DWD-Stamm-, Stations- und Radardaten........................................... 12 1.4.1 Anlegen von DWD-Stammdaten........................ 12 1.4.2 KOSTRA-DWD-2010R-Werte......................... 15 1.4.3 Import von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten............. 16 1.5 Auswertung von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten.............. 18 1.5.1 Beispiele für Auswertungen von Radarniederschlag............. 20 1.5.1.1 Isohyeten - Summen......................... 20 1.5.1.2 Niederschlagsjährlichkeit und Starkregenindex........... 21 1.5.1.3 Überstaufreiheit, Überflutungsschutz, Schadensbegrenzung.... 22 I

1 Radarniederschlag 1.1 Voraussetzungen für den Import von RADOLAN-Niederschlagsdaten 1.1.1 Erzeugung von Radarstammdaten Vor dem Import von Radardaten müssen zunächst Stammdaten angelegt werden. Dazu hat man unterschiedliche Möglichkeiten. Eine Möglichkeit ist, dass ein gebietsbeschreibendes Polygon zur Verfügung steht. Dieses muss ein geschlossenes Polygon im.shp-format sein und sollte im AquaZIS/geo-Verzeichnis abgelegt werden, damit es anschließend auch als Layer für die AquaZIS- Karte genutzt werden kann. Zur Berechnung der Raster- und Stammdaten wählen Sie auf der Hauptoberfläche unter Stammdaten den Menüeintrag Radarstammdaten erzeugen. Daraufhin öffnet sich das Fenster RadarStammdaten ( Abb. 1.1), in dem Sie weitere Einstellungen machen können: Polygondatei Unter Auswählen wählen Sie nach Eingabe des Pfades die Polygondatei aus, für die Sie die Stammdaten berechnen möchten. Nach dem Auswählen der Datei wird das Polygon dargestellt. Alternativ zur Übernahme einer Polygondatei können die Stammdaten auch direkt für den aktuellen Kartenausschnitt angelegt werden. Dazu wählen Sie Aktueller Kartenausschnitt ( Abb. 1.2). Radar Auswahl des Koordinatensystems, mit dem die Raster erzeugt werden sollen: die Polarkoordinatensysteme werden kreisförmig um die jeweilige Radarstation angelegt. Radolan legt ein rechteckiges Koordinatensystem an. PolygonString Eingabe Koordinatenart, zum Beispiel: rad $x $y für Radarkoordinaten oder pol $x $y für Polarkoordinaten Umschluss bestimmt, wie weit das Gitternetz das Polygon überlappen soll. ( Abb. 1.1) Direkt Der Umriss des Polygons dient als Begrenzung des Rasters Bounding Box bildet eine rechteckige Rasterbox um das Polygon Abstand Angabe, ob und wie viele Raster über die Polygonfläche hinaus angelegt werden. KOSTRA-Rasterfeld optionale Auswahl eines KOSTRA-Rasterfeldes aus dem \geo- Verzeichnis Ergebnisname Angabe des Dateinamens der Ergebnisdateien, zum Beispiel Radardaten. Es werden zwei neue Dateien erzeugt: Radardaten.ai und Radardaten.csv. Die Datei Radardaten.ai kann anschließend mir Hilfe der Kartenkontrolle als Layer in AquaZIS geladen 1

1 Radarniederschlag Abbildung 1.1: Radar Stammdaten werden. Die Datei Radardaten.csv enthält die Stammdaten, die noch in AquaZIS importiert werden müssen. Stammdaten und Layer berechnen berechnet die Stammdaten und legt das gewählte Raster und die Radarpixel über das Polygon. Die Dateien werden im Startverzeichnis abgelegt. HINWEIS: Die Rasterweite ist fix und beträgt 1km 1km. Abbildung 1.2: Radarstammdaten für aktuellen Kartenausschnitt 2

1.1 Voraussetzungen für den Import von RADOLAN-Niederschlagsdaten Abbildung 1.3: Berechnete Radardaten: links: direkter Umschluss; Radolan; ohne Abstand rechts: Umschluss mit Bounding Box; Polar Essen; mit Abstand 2 1.1.2 Import von Geodaten Bevor die Datei als Layer in die Karte geladen werden kann, muss sie unter Datei Geolayer-Tools umgewandelt werden. Dazu wählen Sie unter Layer-Import den entsprechenden Layer aus dem Unterverzeichnis import \geodata aus und importieren diesen mit Layer ins AquaGeo-Format umsetzen. Unter Datei Systemeinstellungen Karte im Rahmen Layer von Sachgebieten mit flächenhaften Kartenreferenzen definieren wird mit Browse: Layer der Radarpixel nun der Layer in die Karte geladen. Es ist möglich mit dem Button + dort weitere Radar-Layer hinzuzufügen, die dann gleichzeitig in die Karte geladen werden können ( Abb. 1.4). Abbildung 1.4: RadarLayer in den Systemeinstellungen definieren Unter Kartenkontrolle wählen Sie nun den Layer mit Laden aus und speichern anschließend die Szenerie ( Abb. 1.5). Die importierten Radarstammdaten und Geodaten sind nun verknüpft. 1.1.3 Import von Radarstammdaten Unter Import Stammdaten können Sie nun die Ergebnisdatei mit den erzeugten Stammdaten in AquaZIS importieren. Wählen Sie dazu die neu erzeugte Datei aus dem automatisch angelegten Unterverzeichnis im Startverzeichnis import \masterdata aus und verschieben Sie alle vorhandenen Stationen mit dem Button >> auf die rechte Seite ( Abb. 1.6). 3

1 Radarniederschlag Abbildung 1.5: Fenster Kartenkontrolle 4

1.1 Voraussetzungen für den Import von RADOLAN-Niederschlagsdaten Abbildung 1.6: Fenster Importiere Stammdaten 5

1 Radarniederschlag Durch Klicken des Buttons Stationen importieren werden die Stationen in AquaZIS angelegt und Radarstammdaten in der Karte auf der AquaZIS Hauptoberfläche dargestellt ( Abb. 1.7). Jedem Rasterfeld wird so eine Station zugeordnet. Abbildung 1.7: Radarstammdaten in der Karte 6

1.2 Import von RADOLAN-Daten 1.2 Import von RADOLAN-Daten Vor dem Import der Radolandaten müssen die Rasterfelder, für die Daten importiert werden sollen, selektiert werden ( Abb. 1.8). Wird keine Selektion vorgenommen, werden die Daten automatisch für alle vorhandenen Rasterfelder importiert. HINWEIS: Ohne vorherige Selektion werden möglicherweise große Datenmengen importiert, was unter anderem lange Zeit in Anspruch nehmen kann. Abbildung 1.8: Selektion Rasterfelder Die Radardaten werden vom DWD-ftp-Server heruntergeladen und im AquaZIS Eingangsverzeichnis abgelegt. Dazu nutzt man einen ftp-client, wie z.b. FileZilla oder den normalen Windows- Explorer. Den Pfad für den Schnellzugriff finden Sie unter dem Datei-Menü Über AquaZIS. Die Radolandaten können Sie vom ftp-server des Deutschen Wetterdienstes unter folgender Adresse herunterladen: ftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/cdc/grids_germany 7

1 Radarniederschlag Abbildung 1.9: Herunterladen der Radardaten vom DWD-ftp-Server mit FileZilla Abbildung 1.10: Herunterladen der Radardaten vom DWD-ftp-Server mit Windows-Explorer 8

1.2 Import von RADOLAN-Daten Abbildung 1.11: Über AquaZIS 9

1 Radarniederschlag Für den Import der Radolandaten klicken Sie auf der AquaZIS Hauptoberfläche unter Import den Button Zeitreihen an. In dem erscheinenden Fenster Reihen wählen Sie die Dateien aus, die Sie importieren möchten ( Abb. 1.12). Wenn die Checkbox [x] Alle erkannten Reihen sofort importieren eingeschaltet ist, werden alle Reihen direkt importiert. Abbildung 1.12: Interaktiver Import, RADOLAN-Daten 10

1.3 Zeitreihenfolgen für Radarstammdaten Es ist auch möglich, das von der Firma hydro&meteo von Reflexivität in Niederschlag umgerechnete DX-Produkt zu importieren und auszuwerten. Diese Zeitreihen sind dem Sachgebiet Radardaten (DX-Polar) zugeordnet, welches vor der Bearbeitung ausgewählt werden muss. 1.3 Zeitreihenfolgen für Radarstammdaten Unter Stammdaten RadarZRF erzeugen werden für selektierte Niederschlagsstationen automatisch Zeitreihenfolgen erstellt, mit Überlagerung der Niederschlagsreihen aus den jeweils 9 umliegenden Radarpixeln. Sollte eine Niederschlagszeitreihe lückenbehaftet sein, wird diese bei der Berechnung nicht mit berücksichtigt. Die Zeitreihenfolgen können sowohl aus Radolan- als auch aus Radar-Kompositdaten erzeugt werden. Sind in der Karte auch Stationen selektiert, die nicht dem Sachgebiet Niederschlag zugewiesen sind, werden diese in der Stationsliste auf der Radar-Stammdaten-ZRF-Oberfläche nicht angezeigt, da diese Zeitreihenfolgen ausschließlich für Stationen aus dem Sachgebiet Niederschlag erstellt werden. Mit ZRF berechnen werden die Zeitreihenfolgen automatisch erstellt. Abbildung 1.13: Zeitreihenfolgen Radardaten 11

1 Radarniederschlag 1.4 Alternative Vorgehensweise zum Import von DWD-Stamm-, Stations- und Radardaten Alternativ zu den bisher erläuterten Methoden zum Import von DWD-Stammdaten (Radar- und Stationsdaten) sowie RADOLAN-Daten (Kap. 1.1 bis 1.2) können Sie auch entsprechend der folgenden Beschreibung vorgehen. 1.4.1 Anlegen von DWD-Stammdaten Im Rahmen Selektion auf der Hauptoberfläche wählen Sie Karte und geben in das nebenstehende Eingabefeld den Namen des gewünschten Untersuchungsgebietes ein (z. B. Hennef). Mit Return wird die Suche gestartet, woraufhin ein Auswahlfenster ( 1.16) erscheint. Antworten Sie mit Auswählen, erscheint ein Fenster mit einer Auswahlliste, aus der Sie ein Kartenobjekt direkt auswähen können. Nach Drücken von Kartenobjekt ( 1.17). OK, fokussiert sich die Karte auf das ausgewählte Hinweis Es wird in allen im System vorausgewählten Layern nach dem gewünschten Kartenobjekt gesucht. Damit die Suche nicht unnötig lange dauert, können vorher unter Datei Systemeinstellungen Karte im Rahmen Kartenselektion ( Abb. 1.14) mit Layerauswahl einschränken... die Layer aus einer Liste ausgewählt werden, in denen nach dem Objekt gesucht werden soll ( Abb. 1.15). Abbildung 1.14: Systemeinstellungen: Layerauswahl einschränken Abbildung 1.15: Layerauswahl einschränken: Auswahlliste 12

1.4 Alternative Vorgehensweise zum Import von DWD-Stamm-, Stations- und Radardaten Wählen Sie Alle, erscheint eine Auswahlliste ( 1.18). Beim Klicken in eine Zeile fokussiert sich die Karte auf das Kartenelement, welches Sie in der Tabelle angeklickt haben. Mit Ende bleibt das gewählte Element in der Karte selektiert. Abbildung 1.16: Auswahlfenster zum Festlegen des Untersuchungsgebietes Abbildung 1.17: Kartenfokus auf das festgelegte Untersuchungsgebiet Abbildung 1.18: Auswahlfenster Kartenobjekt 13

1 Radarniederschlag Unter Stammdaten wählen Sie den Eintrag DWD-Stammdaten einrichten, woraufhin sich das folgende Fenster öffnet ( Abb. 1.19). Dort legen Sie fest, welche Daten über den ftp-server geholt werden sollen (DWD-Stationen und/oder DWD-RADOLAN). Mit prüfen Sie, ob die Verbindung zum DWD-CDC-Server sichergestellt ist. Abbildung 1.19: DWD-Stammdaten einrichten Sie können in diesem Fenster auch noch den Suchradius um den Kartenausschnitt herum erweitern. Mit der Checkbox Nur Neue werden nur Stationen gesucht, die noch nicht im System vorhanden sind. Mit DWD-Stammdaten einrichten: Test werden Stationen gesucht und diese anschließend zusammen mit der Anzahl der gefundenen RADOLAN-Pixel aufgelistet und in der Karte dargestellt ( Abb. 1.20). Abbildung 1.20: Nach Auswahl gefundene DWD-Stammdaten Abbildung 1.21: Auswahlfenster 14

1.4 Alternative Vorgehensweise zum Import von DWD-Stamm-, Stations- und Radardaten Wenn Sie mit dem Suchergebnis zufrieden sind, bestätigen Sie mit Ja oder Sie wiederholen den Suchvorgang mit einer vorherigen Änderung des Kartenausschnittes ( Abb. 1.21). Mit DWD-Stammdaten einrichten nach Auswahl unter Test werden die Stammdaten anschließend im System angelegt und das Raster in der Karte dargestellt ( Abb. 1.22). In den Stammdaten wird automatisch das zugehörige KOSTRA-Rasterfeld als Vergleichsstatistik eingetragen. Abbildung 1.22: DWD-Stammdaten in der Karte 1.4.2 KOSTRA-DWD-2010R-Werte Die Werte für KOSTRA-DWD-2010R sind in AquaZIS bereits für ganz Deutschland integriert, so dass Auswertungen mit Jährlichkeiten oder Starkregenindex ohne weitere Eingabe von Grundwerten durchgeführt werden können. Unter Einzelwerte können Sie die Oberfläche KOSTRA-DWD-2010R zum Einsehen der 8 Grundwerte sowie der Regenhöhen und -spenden für alle gängigen Dauerstufen und Jährlichkeiten öffnen ( Abb. 1.23). 15

1 Radarniederschlag Abbildung 1.23: Grundwerte KOSTRA-DWD-2010R 1.4.3 Import von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten Die Arbeitsschritte zum Importieren der Stammdaten sind abgeschlossen, so dass nun die Messdaten importiert werden können. Dazu rufen Sie unter Import den Menüeintrag DWD-Daten aktualisieren auf. Dort entscheiden Sie, ob Sie DWD-Stations- und/oder DWD-RADOLAN-Daten aktualisieren möchten und ob das aktuelle Jahr oder historische Daten importiert werden sollen ( Abb. 1.24). Für die RADOLAN-Daten können Sie auch einen vorgegebenen Zeitabschnitt (von 1 Tag bis zu 4 Wochen) ab dem in das Eingabefeld eingetragenen Zeitpunkt importieren. Wenn Sie diese Option wählen, können parallel jedoch keine DWD-Stationsdaten aktualisiert werden ( Abb. 1.25). Abbildung 1.24: DWD-Daten aktualisieren In den Optionen wählen Sie mit Alle bzw. Niederschlag, ob entweder nur Niederschlagsdaten oder alle an den Stationen vorhandenen Parameter importiert werden. Mit Alle bzw. Selektion wählen Sie, ob ausschließlich Daten für die selektierten Stationen und Pixel oder für alle im System vorhandenen Stationen und Pixel importiert werden sollen. Mit Alle bzw. Ergänzend wählen Sie, ob ergänzend oder überschreibend importiert werden soll. Mit DWD-Daten nach Auswahl aktualisieren werden die Daten importiert und stehen für Auswertungen zur Verfügung. 16

1.4 Alternative Vorgehensweise zum Import von DWD-Stamm-, Stations- und Radardaten Abbildung 1.25: RADOLAN-Daten aktualisieren 17

1 Radarniederschlag 1.5 Auswertung von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten Mit den importierten Stations- und Radolandaten stehen Ihnen sämtliche Auswertungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel die Berechnung von Isohyeten oder die Einordnung eines Starkregenereignisses nach SRI7 oder SRI12, zur Verfügung. Dazu wählen Sie unter Auswerten die Oberfläche Niederschlagsgleichen aus, woraufhin sich das folgende Fenster öffnet ( Abb. 1.26). Hier wählen Sie zunächst aus, für welche Stationen die Auswertung vorgenommen werden soll. Falls Sie die Auswertungen für eine Selektion machen möchten (Vorauswahl Stationen Selektion), müssen Sie vorher die Rasterfelder in der Karte selektieren. Es ist sinnvoll, eine Zeitreihengruppe für die Stationen anzulegen, für die die Auswertung erfolgen soll. Dazu selektieren Sie die gewünschten Stationen, wählen unter Visualisieren VisuQuick aus und speichern mit Speichern die Stationen als Zeitreihengruppe. Diese Zeitreihengruppe können Sie dann hier unter Vorauswahl Stationen Zeitreihengruppen aus der Liste für die gewünschten Auswertungen auswählen. Abbildung 1.26: Oberfläche zur Isohyetenberechnung (Radarniederschlag) Nach Auswahl des Zeitbereiches und der Reihen stellen Sie die Darstellungsoptionen ein. Der eingegebene Zeitbereich wird automatisch immer von hh:50 bis hh:50 abgerundet, da die DWD- Messwerte entsprechend abgelegt sind. Hier wählen Sie die gewünschte Darstellungsart aus: Isoflächen, Isolinien oder Polygone. Nun können Sie weitere Angaben machen, wie z. B. zum Farbbereich der Isohyeten, zur Legende, zum Höhenabstand der Isolinien etc. Im Rahmen Auswertungsoptionen wählen Sie die gewünschte Auswertung aus ( Abb. 1.27) und drücken anschließend den Button Isohyeten zur Berechnung der Isohyeten. Das Ergebnis wird dann in der Karte dargestellt, wobei der Vorgang einige Minuten dauern kann. Die Ergebnisse der Auswertung werden mit allen relevanten Informationen für jedes einzelne Raster bzw. für jede Station in einer Tabelle ausgegeben, für unser Beispiel: 18

1.5 Auswertung von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten Abbildung 1.27: Auswahl der Darstellungsart Niederschlagsstation Statistikbasis maximale Jährlichkeit maximale Summe im Zeitintervall Spende[l/S*ha] Tn[a] SRI7 SRI12 SRI12, ortsbezogen SRI12, EGLV hn(100, D)[mm] Erhöhungsfaktor Kommentar HINWEIS: Die Auswahl VisuQuick automatisch aufrufen wird bei Polygonen nicht empfohlen, da durch die Rasterfelder eine Vielzahl von Zeitreihen hinterlegt sind, die die Darstellung in VisuQuick stark verlangsamen. Mit der Auswahl von Dauerstufe maximaler Jährlichkeit ausgeben und Summe im betrachteten Gesamtzeitraum ausgeben ( Abb. 1.28), werden in der Tabelle für jede Station zusätzlich die entsprechenden Angaben gemacht ( Abb. 1.29). Abbildung 1.28: Rahmen Auswertungsoptionen Die Ergebnistabelle kann als.csv- beziehungsweise als.dbf- Datei exportiert werden. Alle Auswertungen können als Report ausgegeben werden. 19

1 Radarniederschlag Abbildung 1.29: Tabelle Maximale Summen 1.5.1 Beispiele für Auswertungen von Radarniederschlag 1.5.1.1 Isohyeten - Summen Für die Berechnung der Isohyeten aus Radolandaten ( Abb. 1.30) machen Sie im Attributfilter beispielsweise folgende Angaben: Sachgebiet Radarniederschlag Parameter Niederschlag Reihenart Zeitreihe Zeitbezug Intervall Zeitschritt Tick (5s) Wählen Sie im Rahmen Vorauswahl Reihen Attributfilter als Datengrundlage für die Isohyetenberechnung aus, wählen Sie unter Darstellungsoptionen Polygone, unter Auswertungsoptionen Summen, Tag ohne Niederschlag und unter Untersuche Summen aus. Anschließend drücken Sie auf Isohyeten, um die Berechnung durchzuführen. 20

1.5 Auswertung von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten Abbildung 1.30: Isohyeten aus Reihen nach Attributfilter, Summen 1.5.1.2 Niederschlagsjährlichkeit und Starkregenindex Für die Berechnung der Isohyeten für Niederschlagsjährlichkeiten ( Abb. 1.31) und den Starkregenindex ( Abb. 1.32) können Sie beispielsweise folgende Angaben machen: Statistik nach Auswahl der verwendeten Vergleichsstatistik: eigene Starkregenanalyse KOSTRA-DWD-2000 KOSTRA-DWD-2010R Stammdaten Dauerstufe Angabe des Intervalls, für das eine Jährlichkeit berechnet werden soll HINWEIS: Wenn es sich um einen Stundenwert handelt, muss ein Intervall von mindestens 60 Minuten gewählt werden. Darstellung Niederschlagsjährlichkeiten gewählter Dauerstufe Niederschlagsjährlichkeiten maximaler Jährlichkeiten Summen 21

1 Radarniederschlag Abbildung 1.31: Isohyeten Niederschlagsja hrlichkeiten Abbildung 1.32: Starkregenindex SRI12 Xanten 1.5.1.3 U berstaufreiheit, U berflutungsschutz, Schadensbegrenzung Bei der Isohyetenberechnung fu r U berstaufreiheit und Schadensbegrenzung ko nnen Sie zwischen denselben Auswertungsmo glichkeiten wa hlen, wie bei Niederschlagsja hrlichkeiten und 5 Starkregenindex. Fu r die Darstellungen U berflutungsschutz gew. Dauerstufe und U berflutungsschutz maximaler Ja hrlichkeiten 5 wird fu r jedes Raster angegeben, ob fu r 22

1.5 Auswertung von DWD-Stations- und RADOLAN-Daten gegebene Flächennutzung die entsprechenden Schutzwerte in Form von Jährlichkeiten eingehalten werden. Diese Auswertung bedingt, dass in den Stammdaten die entsprechenden Jährlichkeitsgrenzwerte hinterlegt sind. Auch für die Auswertung von Überstaufreiheit, Überflutungsschutz und Schadensbegrenzung wird eine Tabelle erstellt, die als.csv Datei gespeichert werden kann ( Abb. 1.29). Diese ist um die folgenden Spalten erweitert: Überstaufreiheit Überflutungsschutz und Schadensbegrenzung 23