Master-Arbeit Univ. St. Gallen, 2007.

Die aktuelle Klimaprojektion für den Freistaat Sachsen, das »WEREX-V-Ensemble« (2011), wurde hinsichtlich einer plausiblen Abbildung witterungsbedingter Extreme bewertet. Die Bewertung in den Kategorien Starkniederschlag, Temperaturextreme und Trockenheit erfolgte anhand von Kernaussagen aus der aktuellen Klimadiagnose »Analyse der Klimaentwicklung in Sachsen« (Schriftenreihe, Heft 3/2015) und der »Charakterisierung von meteorologischer Trockenheit« (Schriftenreihe, Heft 7/2015). Hierbei stand auch die Nutzung des Projektionsdatensatzes als Input in der Klimafolgenforschung im Fokus. Neben der Bewertung erfolgte auch die selektive Abschätzung einer Entwicklung bis zum Ende des 21. Jahrhunderts. Die Veröffentlichung richtet sich an regionale Akteure, Planungsbüros, Bildungseinrichtungen und Unternehmen.

Für das Regionalisierungsverfahren WEREX, dessen Ergebnisse der Abschätzung einer zukünftig möglichen Klimaentwicklung in Sachsen dienen, wurden Optimierungsmöglichkeiten erarbeitet und überprüft. Im Ergebnis konnten die Vorteile der Verfahren WEREX und KlaMuKo, einem statistischen Ansatz zur verbesserten Darstellung von Extremen, zur Neuentwicklung WMSax2.0 zusammengeführt werden. Dieses Konzept wurde anhand einer Sensitivitätsuntersuchung als aussichtsreich bestätigt und bildet die fachlich-technische Grundlage zur Erstellung einer neuen Klimaprojektion für den Freistaat Sachsen. Die Veröffentlichung richtet sich an regionale Akteure, Planungsbüros, Bildungseinrichtungen und Unternehmen.

Für die zukünftige klimatische Entwicklung in Mitteldeutschland wurden die Ergebnisse von zwölf globalen Klimamodellen ausgewertet. Im Laufe des 21. Jahrhunderts ergeben sich aus den untersuchten Simulationen für alle Jahreszeiten Temperaturzunahmen. Die Zunahmen der Jahresmitteltemperaturen bewegen sich je nach Modell und Emissionsszenario zwischen 0,5 K und 4,8 K. Während die Zunahmen im Frühjahr vergleichsweise moderat ausfallen, unterliegen die (Spät)sommer und Wintermonate einem besonders starken Erwärmungstrend. Hinsichtlich der Niederschlagsentwicklung ergeben sich insbesondere in den Sommermonaten signifikante Abnahmetrends. Besonders betroffen sind hierbei die Monate Juli und August. Deutlich zunehmende Winterniederschläge führen zu nur vergleichsweise unauffälligen Veränderungen der Jahresniederschlagssummen (Niederschlagsumverteilung). Insbesondere die kombinierte Wirkung von erhöhten Temperaturen und deutlich abnehmenden Niederschlägen sowie der damit einhergehende erhöhte Verdunstungsanspruch während der Sommermonate birgt die Gefahr angespannter Wasserhaushaltssituationen.

Zugl.: Bielefeld, Univ., Diss., 1997.

This thesis is devoted to the experimental quantitative characterization of the shape and orientation distribution of ice particles in clouds. The characterization is based on measured and modeled elevation dependencies of the polarimetric parameters differential reflectivity and correlation coefficient. The polarimetric data is obtained using a newly developed 35-GHz cloud radar MIRA-35 with hybrid polarimetric configuration and scanning capabilities. The full procedure chain of the technical implementation and the realization of the setup of the hybrid-mode cloud radar for the shape determination are presented. This includes the description of phase adjustments in the transmitting paths, the introduction of the general data processing scheme, correction of the data for the differences of amplifications and electrical path lengths in the transmitting and receiving channels, the rotation of the polarization basis by 45°, the correction of antenna effects on polarimetric measurements, the determination of spectral polarimetric variables, and the formulation of a scheme to increase the signal-to-noise ratio. Modeling of the polarimetric variables is based on existing backscattering models assuming the spheroidal representation of cloud scatterers. The parameters retrieved from the model are polarizability ratio and degree of orientation, which can be assigned to certain particle orientations and shapes. In the thesis the first quantitative estimations of ice particle shape at the top of liquid-topped clouds are presented. Analyzed ice particles were formed in the presence of supercooled water and in the temperature range from -20 °C to -3 °C. The estimation is based on polarizability ratios of ice particles measured by the MIRA-35 with hybrid polarimetric configuration, manufactured by METEK GmbH. For the study, 22 cases observed during the ACCEPT (Analysis of the Composition of Clouds with Extended Polarization Techniques) field campaign were used. Polarizability ratios retrieved for cloud layers with cloud-top temperatures of about -5, -8, -15, and -20 °C were 1.6, 0.9, 0.6, and 0.9, respectively. Such values correspond to prolate, quasi-isotropic, oblate, and quasi-isotropic particles, respectively. Data from a free-fall chamber were used for the comparison. A good agreement of detected shapes with well-known shape{temperature dependencies observed in laboratories was found.

Sachsen gehört zu den gewitter- und blitzreichsten Regionen Deutschlands. Durchschnittlich werden hier etwa 3,5 Blitze pro km² und Jahr gemessen (in Thüringen etwa 1,5 Blitze). Gewitter und Blitzaktivitäten bergen hohe Risiken für Umwelt und Gesellschaft. Bedeutend sind dabei die Stromstärke, die Anzahl der Blitze und Begleiterscheinungen wie Hagel, Windböen oder Starkregen. Die Studie umfasste eine grundlegenden Analyse der Blitzaktivitäten in Sachsen. Die Beobachtungsdaten seit 1999 belegen Trends zur Zunahme der Blitzhäufigkeit pro Tag und den Einfluss westlicher, südwestlicher und südlicher Anströmungen auf die Blitzaktivität. Für den Beobachtungszeitraum werden hohe jährliche Variabilitäten aufgezeigt. Offenkundige Zusammenhänge zwischen Blitzaktivität und Landnutzung bzw. Klimaparametern sind bisher nicht erkennbar. Für die Zukunft ist aber die Beeinflussung der Gewitterhäufigkeit durch die Erwärmung der Atmosphäre nicht auszuschließen.

Sachsen gehört zu den gewitter- und blitzreichsten Regionen Deutschlands. Durchschnittlich werden hier etwa 3,5 Blitze pro km² und Jahr gemessen (in Thüringen etwa 1,5 Blitze). Gewitter und Blitzaktivitäten bergen hohe Risiken für Umwelt und Gesellschaft. Bedeutend sind dabei die Stromstärke, die Anzahl der Blitze und Begleiterscheinungen wie Hagel, Windböen oder Starkregen. Die Studie umfasste eine grundlegenden Analyse der Blitzaktivitäten in Sachsen. Die Beobachtungsdaten seit 1999 belegen Trends zur Zunahme der Blitzhäufigkeit pro Tag und den Einfluss westlicher, südwestlicher und südlicher Anströmungen auf die Blitzaktivität. Für den Beobachtungszeitraum werden hohe jährliche Variabilitäten aufgezeigt. Offenkundige Zusammenhänge zwischen Blitzaktivität und Landnutzung bzw. Klimaparametern sind bisher nicht erkennbar. Für die Zukunft ist aber die Beeinflussung der Gewitterhäufigkeit durch die Erwärmung der Atmosphäre nicht auszuschließen.

Für die zukünftige klimatische Entwicklung in Mitteldeutschland wurden die Ergebnisse von zwölf globalen Klimamodellen ausgewertet. Im Laufe des 21. Jahrhunderts ergeben sich aus den untersuchten Simulationen für alle Jahreszeiten Temperaturzunahmen. Die Zunahmen der Jahresmitteltemperaturen bewegen sich je nach Modell und Emissionsszenario zwischen 0,5 K und 4,8 K. Während die Zunahmen im Frühjahr vergleichsweise moderat ausfallen, unterliegen die (Spät)sommer und Wintermonate einem besonders starken Erwärmungstrend. Hinsichtlich der Niederschlagsentwicklung ergeben sich insbesondere in den Sommermonaten signifikante Abnahmetrends. Besonders betroffen sind hierbei die Monate Juli und August. Deutlich zunehmende Winterniederschläge führen zu nur vergleichsweise unauffälligen Veränderungen der Jahresniederschlagssummen (Niederschlagsumverteilung). Insbesondere die kombinierte Wirkung von erhöhten Temperaturen und deutlich abnehmenden Niederschlägen sowie der damit einhergehende erhöhte Verdunstungsanspruch während der Sommermonate birgt die Gefahr angespannter Wasserhaushaltssituationen.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Entwicklung eines Verfahrens zur Berücksichtigung wetterabhängiger Nachfrageszenarien im ÖPNV. Mittels statistischer Methoden wird unter Einbeziehung sachlogischer Kenntnisse zunächst die Nachfrage hinsichtlich ihrer Wetterabhängigkeit analysiert. Damit werden Schichtungen identifiziert, bei denen die bisher aufgetretenen Nachfrageschwankungen einer Wetterabhängigkeit unterlagen. Anhand der ermittelten Ergebnisse können sowohl kapazitätsrelevante als auch kapazitätsunabhängige Maßnahmen zur Verbesserung der Dienstleistungsqualität oder der Effizienz des Ressourceneinsatzes abgeleitet werden. Ob die Wetterabhängigkeit der Nachfrage eine Veränderung des Platzangebotes erfordert, und ob diesen Erfordernissen entsprochen werden kann, wird ebenfalls geprüft. Das Verfahren wurde anhand von Nachfragedaten für fünf Eisenbahnlinien der Usedomer Bäderbahn getestet. Detaillierte Untersuchungen zu Möglichkeiten und Grenzen kurzfristiger Kapazitätsanpassungen ergänzen die Verfahrensentwicklung.:GELEITWORT ABSTRACT TABELLENVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS BEGRIFFE UND ABKÜRZUNGEN FORMELVERZEICHNIS 1 Motivation, Zielstellung und Aufbau der Arbeit 2 Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 2.1 Verkehrsbedarf und Verkehrsnachfrage 2.2 Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 2.3 Verkehrsnachfrage durch den Freizeitverkehr 2.4 Wetterabhängigkeit von Freizeitaktivitäten 2.5 Zusammenfassung zum Stand der Forschung in Bezug auf die Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 3 Kapazitätsplanung als wesentliche Planungsaufgabe im ÖPNV 3.1 Begriff Kapazität 3.2 Aufgabe der Kapazitätsplanung im Handlungsumfeld des ÖPNV 3.3 Verantwortlichkeiten für die Kapazitätsplanung 3.4 Anspruchsgruppen gegenüber der Kapazitätsplanung 3.5 Einordnung der Kapazitätsplanung in die Abfolge der Planungsaufgaben bei der Erstellung von Verkehrsangeboten 3.6 Allgemeiner Prozessablauf bei der Kapazitätsplanung 3.7 Beschreibung der Nachfrage als Basis für die Kapazitätsplanung 3.8 Nachfrageunabhängige Einflussgrößen und Randbedingungen 3.9 Fahrtgenaue Kapazitätsdimensionierung je Betriebstag als Input weiterer Planungsschritte 3.10 Disposition von Fahrzeugen und Personal 3.11 Schlussfolgerungen für die Berücksichtigung wetterabhängiger Nachfrageschwankungen bei der Kapazitätsplanung 4 Möglichkeiten und Grenzen kurzfristiger Kapazitätsanpassungen in einem Verkehrsunternehmen 4.1 Vorbemerkungen 4.2 Kapazitätsrelevante Produktionsfaktoren 4.3 Handlungszeitraum 4.4 Formen der Kapazitätsanpassung 4.5 Vergaberechtliche und vertragliche Rahmenbedingungen 4.6 Arbeitsrecht und Sozialvorschriften 4.7 Anforderungen durch System- und Fahrgastinformation 4.8 Inanspruchnahme von Reserven für kurzfristige Kapazitätsanpassungen 4.9 Steuerung der Fahrgastnachfrage 4.10 Resultierende Maßnahmen zur kurzfristigen Kapazitätsanpassung 5 Verfahren zur Ermittlung wetterabhängiger Nachfrageszenarien für die Kapazitätsplanung 5.1 Verfahrensaufbau und erforderliche Datengrundlage 5.2 Datenermittlung 5.3 Datenaufbereitung (Verfahrensstufe 1) 5.4 Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Wetter und Nachfrage (Verfahrensstufe 2) 5.5 Ableitung kapazitätsrelevanter Szenarien (Verfahrensstufe 3) 6 Anwendungsbeispiel 6.1 Untersuchungsregion 6.2 Datengrundlage 6.3 Datenaufbereitung (Verfahrensstufe 1) 6.4 Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Wetter und Nachfrage (Verfahrensstufe 2) 6.5 Ableitung kapazitätsrelevanter Szenarien (Verfahrensstufe 3) 6.6 Fazit zur Verfahrensanwendung 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick QUELLENVERZEICHNIS / The present work contains the development of a procedure for the consideration of weather-dependent demand scenarios in public transport. Using statistical methods and factual knowledge, the demand is first analysed with regard to its weather dependency. In this way, cases are identified in which the fluctuations in demand that have occurred so far were subject to weather dependency. Based on the results, both capacity-relevant and capacity-independent measures for improving service quality or the efficiency of resource utilization can be derived. It will also be examined, whether the weather-dependency of demand requires a change in the supply of capacity, and whether these requirements can be met. The method was tested on the basis of demand data for five railroad lines of the Usedomer Bäderbahn. Detailed researches on the possibilities and limits of short-term capacity adjustments complement the development of the process.:GELEITWORT ABSTRACT TABELLENVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS BEGRIFFE UND ABKÜRZUNGEN FORMELVERZEICHNIS 1 Motivation, Zielstellung und Aufbau der Arbeit 2 Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 2.1 Verkehrsbedarf und Verkehrsnachfrage 2.2 Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 2.3 Verkehrsnachfrage durch den Freizeitverkehr 2.4 Wetterabhängigkeit von Freizeitaktivitäten 2.5 Zusammenfassung zum Stand der Forschung in Bezug auf die Wetterabhängigkeit der Verkehrsnachfrage 3 Kapazitätsplanung als wesentliche Planungsaufgabe im ÖPNV 3.1 Begriff Kapazität 3.2 Aufgabe der Kapazitätsplanung im Handlungsumfeld des ÖPNV 3.3 Verantwortlichkeiten für die Kapazitätsplanung 3.4 Anspruchsgruppen gegenüber der Kapazitätsplanung 3.5 Einordnung der Kapazitätsplanung in die Abfolge der Planungsaufgaben bei der Erstellung von Verkehrsangeboten 3.6 Allgemeiner Prozessablauf bei der Kapazitätsplanung 3.7 Beschreibung der Nachfrage als Basis für die Kapazitätsplanung 3.8 Nachfrageunabhängige Einflussgrößen und Randbedingungen 3.9 Fahrtgenaue Kapazitätsdimensionierung je Betriebstag als Input weiterer Planungsschritte 3.10 Disposition von Fahrzeugen und Personal 3.11 Schlussfolgerungen für die Berücksichtigung wetterabhängiger Nachfrageschwankungen bei der Kapazitätsplanung 4 Möglichkeiten und Grenzen kurzfristiger Kapazitätsanpassungen in einem Verkehrsunternehmen 4.1 Vorbemerkungen 4.2 Kapazitätsrelevante Produktionsfaktoren 4.3 Handlungszeitraum 4.4 Formen der Kapazitätsanpassung 4.5 Vergaberechtliche und vertragliche Rahmenbedingungen 4.6 Arbeitsrecht und Sozialvorschriften 4.7 Anforderungen durch System- und Fahrgastinformation 4.8 Inanspruchnahme von Reserven für kurzfristige Kapazitätsanpassungen 4.9 Steuerung der Fahrgastnachfrage 4.10 Resultierende Maßnahmen zur kurzfristigen Kapazitätsanpassung 5 Verfahren zur Ermittlung wetterabhängiger Nachfrageszenarien für die Kapazitätsplanung 5.1 Verfahrensaufbau und erforderliche Datengrundlage 5.2 Datenermittlung 5.3 Datenaufbereitung (Verfahrensstufe 1) 5.4 Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Wetter und Nachfrage (Verfahrensstufe 2) 5.5 Ableitung kapazitätsrelevanter Szenarien (Verfahrensstufe 3) 6 Anwendungsbeispiel 6.1 Untersuchungsregion 6.2 Datengrundlage 6.3 Datenaufbereitung (Verfahrensstufe 1) 6.4 Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Wetter und Nachfrage (Verfahrensstufe 2) 6.5 Ableitung kapazitätsrelevanter Szenarien (Verfahrensstufe 3) 6.6 Fazit zur Verfahrensanwendung 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick QUELLENVERZEICHNIS