Thèse no 2940 sc. techn. EPF Lausanne. / Bibliogr.

Universiẗat, Diss., 2000--München.

Die Schriftenreihe informiert über Gefährdungspotentiale für Starkregen und Hagel, die durch den atmosphärischen Prozess der Konvektion ausgelöst sind. Neben der Erfassung des gegenwärtigen Potentials über Sachsen erfolgte auch eine Abschätzung unter zukünftig möglichen Klimarahmenbedingungen. Die Gefährdungspotentiale infolge hochreichender Konvektion und ihrer Begleiterscheinungen wie z.B. Hagel sind im Erzgebirge höher als im Vorland. Generell ist von einer Zunahme der Gefährdung im 21. Jahrhundert auszugehen, wobei die zu erwartenden Änderungen keine wesentliche flächenhafte Differenzierung zeigen. Die Ergebnisse dienen als Eingangsinformationen zur Risikobewertung und richten sich an Fachpublikum und die interessierte Öffentlichkeit. Redaktionsschluss: 09.01.2022

Der Leitfaden soll Kommunen sowie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, insbesondere Freiwillige Feuerwehren, bei einer systematischen Vorgehensweise zur Identifikation und Analyse von Gefahrenhotspots infolge Starkregen und Hochwasser unterstützen.:1 Anlass und Zielstellung 1 2 Starkregen und Hochwasser beobachten und Informationen sammeln 4 2.1 Wie stellt sich die Situation dar? 4 2.2 Welche Informationen werden benötigt? 5 3 Erfassen und Dokumentieren 6 3.1 Das Hochwasser/Schaden Erfassungstool 7 3.1.1 Web-Plattform 8 3.1.2 Erfassungsbogen 9 3.2 Methoden der Erfassung 9 3.2.1 Gesprächsrunde 10 3.2.2 Ortsbegehung 11 3.2.3 Selbsterfassung 12 4 Analysieren und Schlussfolgern 13 4.1 Analyse der Datenbank 13 4.1.1 Plausibilisierung der Daten 13 4.1.2 Analyse der Daten 13 4.1.3 Auswertung der Daten 18 4.2 Einbeziehen zusätzlicher Geoinformationen 21 4.2.1 Fließwege 21 4.2.2 Erosionsgefährdung 23 4.2.3 Überschwemmungsgebiete 24 5 Handlungsbedarf ableiten 26 6 Anhang 28 6.1 Durchführungsbeispiel Gesprächsrunde 28 6.2 Formular Erfassungsbogen 34 6.3 Gute Fotos für die Ereignisdokumentation 36 6.4 Benutzeranleitung „Hochwasser/Schaden-Erfassungstool“ 40 6.5 Übungsbox „Hochwasser/Schadens-Erfassungstool“ 52 6.6 Technische Anleitung zur Datenanalyse 66 6.7 Kurzüberblick „Private Hochwasservorsorge“ 70 7 Referenzen 81 / Dieser Leitfaden wurde im Rahmen des Projektes 'VEREINT ‐ Kooperativ organisierter Bevölkerungsschutz bei extremen Wetterlagen' durch die Technische Universität Dresden, Professur Hydrologie erstellt.:1 Anlass und Zielstellung 1 2 Starkregen und Hochwasser beobachten und Informationen sammeln 4 2.1 Wie stellt sich die Situation dar? 4 2.2 Welche Informationen werden benötigt? 5 3 Erfassen und Dokumentieren 6 3.1 Das Hochwasser/Schaden Erfassungstool 7 3.1.1 Web-Plattform 8 3.1.2 Erfassungsbogen 9 3.2 Methoden der Erfassung 9 3.2.1 Gesprächsrunde 10 3.2.2 Ortsbegehung 11 3.2.3 Selbsterfassung 12 4 Analysieren und Schlussfolgern 13 4.1 Analyse der Datenbank 13 4.1.1 Plausibilisierung der Daten 13 4.1.2 Analyse der Daten 13 4.1.3 Auswertung der Daten 18 4.2 Einbeziehen zusätzlicher Geoinformationen 21 4.2.1 Fließwege 21 4.2.2 Erosionsgefährdung 23 4.2.3 Überschwemmungsgebiete 24 5 Handlungsbedarf ableiten 26 6 Anhang 28 6.1 Durchführungsbeispiel Gesprächsrunde 28 6.2 Formular Erfassungsbogen 34 6.3 Gute Fotos für die Ereignisdokumentation 36 6.4 Benutzeranleitung „Hochwasser/Schaden-Erfassungstool“ 40 6.5 Übungsbox „Hochwasser/Schadens-Erfassungstool“ 52 6.6 Technische Anleitung zur Datenanalyse 66 6.7 Kurzüberblick „Private Hochwasservorsorge“ 70 7 Referenzen 81

Die Starkregenanalyse Sachsen 1961-2015 wurde auf der Grundlage von 1-km-Rasterdaten für tägliche Niederschlagssummen durchgeführt. Die Definition für Starkregenereignisse erfolgte hier mittels der lokalen 90- und 95-Perzentile im Referenzzeitraum. Demnach wurden Ereignisse einbezogen, deren Regenmenge im Zeitraum 1961-1990 zu den größten 10 bzw. 5 % der lokal aufgetretenen Regenmengen gehörte. Mit Bezug zum Jahr haben Auftretenshäufigkeit und mittlere Intensität von Starkregenereignissen im Zeitraum 1991-2015 gegenüber 1961-1990 zugenommen. Dabei besitzt die Auftretenshäufigkeit gegenüber der Intensität das stärkere Signal. Diese Zunahmen sind entscheidend durch die starken Zunahmen in den Sommermonaten begründet. Die Analyse lieferte deutliche Hinweise auf eine Intensivierung des konvektiven Starkregengeschehens. Die Veröffentlichung richtet sich an regionale Akteure sowie Planungsbüros, Bildungseinrichtungen und Unternehmen.

Der Klimawandel ist auf regionaler Ebene nachweisbar. Zudem gehen Forschungsergebnisse davon aus, dass sich Ereignisse wie Überflutung und Starkregen regional differenziert zukünftig noch intensivieren werden. Bereits heute belegen Schadensmeldungen in der Region Dresden einen sich aus den klimatischen Veränderungen ergebenden Handlungsbedarf in Form von Anpassungsmaßnahmen auf Gebäudeebene. Deshalb sind die Hauptziele der vorliegenden Arbeit das Aufzeigen der Verletzbarkeit von Wohngebäuden und die Erarbeitung von Vorschlägen für entsprechende Ertüchtigungen. Als Datenbasis dient zum einen die baukonstruktive Analyse typischer Beispielgebäude der Region Dresden, welche gleichzeitig die wichtigsten Baualtersstufen abbilden. Dadurch können die in der Region hauptsächlich anzutreffenden baukonstruktiven Durchformungen, Nutzungen und Charakteristiken von Wohngebäuden abgedeckt werden. Dies dient als Grundlage zur Beurteilung der Verletzbarkeit und Anpassungsfähigkeit der wichtigsten Baukonstruktionen gegenüber den Einwirkungen Überflutung und Starkregen. Zum anderen dient als Datenbasis die Dokumentation, Analyse und Interpretation abgelaufener Schadensereignisse in Bezug auf Schadensbilder und Schadensmechanismen an Gebäuden und Baukonstruktionen. Innerhalb der Verletzbarkeitsanalyse gegenüber Überflutung führt die Beschreibung von Schadenstypen, Schadensbildern und Schadensmechanismen in die Erläuterung einer Methodik zur Abschätzung von Hochwasserschäden an Gebäuden. Diese wird in der Arbeit dazu verwendet, die spezifische Verletzbarkeit der einzelnen Beispielgebäude gegenüber der Einwirkung Überflutung mit Hilfe von Wasserstand-Schaden-Beziehungen zu ermitteln. Darauf aufbauend können nun Bereiche, welche aufgrund ihrer hohen Verletzbarkeit angepasst werden sollten, eingegrenzt werden. In der Folge werden beispielhaft bautechnisch mögliche Anpassungsmaßnahmen vorgestellt, am baukonstruktiven Detail gezeigt und ihre positiven Auswirkungen auf die Wasserstand-Schaden-Beziehungen beziehungsweise auf die Verringerung der Verletzbarkeit der Beispielgebäude dargestellt.

The Mediterranean region frequently experiences extreme precipitation events (EPEs) with devastating consequences for affected societies, economies, and environment. Thus, it is crucial to better understand their characteristics and drivers and improve their predictions at longer lead times. This work provides new insights about the spatiotemporal dependencies of EPEs in the region. It, moreover, implements Empirical Orthogonal Function analysis and subsequent non-hierarchical Kmeans clustering for generating nine distinct weather patterns over the domain, referred to as “Mediterranean patterns”. These patterns are significantly associated with EPEs across the region, and in fact, can be used to extend the forecasting horizon of EPEs. This is demonstrated considering modelled data for all the domain, but also using observational data for Calabria, southern Italy, an area of complex topography that increases the challenges of weather prediction. The results suggest preferential techniques for improving EPEs predictions for short, medium, and extended range forecasts, supporting thus the mitigation of their negative impacts.

Europa erlebte in den letzten 20 Jahren einige sehr heiße und trockene Sommer mit regionalen Rekordwerten heißer Temperaturen oder geringer Niederschlagssummen. In anderen Jahren führten Starkregen zu Überflutungen unterschiedlichen räumlichen Ausmaßes. Da solche Extremereignisse mit vielfältigen negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesellschaft, natürliche Ökosysteme und verschiedene Wirtschaftssektoren verbunden sind, ist die langzeitliche Veränderung in ihrem Auftreten im Rahmen der globalen Erwärmung von großer Bedeutung. Konzepte: Maßgeblich für die Qualität von Klimawandel(folgen)studien ist die Verfügbarkeit und Qualität von Daten. Daher werden Konzepte für die Sicherstellung einer zuverlässigen und vergleichbaren Datenbasis entwickelt. Für die Beschreibung der Eigenschaften eines bestimmten Ereignisses existiert eine Vielzahl an Definitionen und Indizes, was zu unterschiedlichen Ergebnissen von Studien führen kann, welche die zeitlichen Veränderungen der Charakteristik solcher Ereignisse analysieren. Die Integration einer Reihe von Indizes in einen aggregierten Index ermöglicht eine robustere Bewertung der Klimabedingungen und Trends. Die Vergleichbarkeit von Klimafolgenbewertungen verlangt zudem die Verwendung eines gemeinsamen Analyserahmens sowie abgestimmter Datensätze (Beobachtungsdaten, Klimaprojektionen) und Methoden (z.B. Untersuchungszeiträume, Ensemble-Ansatz, Qualitätsbewertung, Korrekturalgorithmen, Impactmodelle und -indizes, Elemente der Klimafolgen- oder Risikoanalyse). Trends: Sommerliche Trockenheit hat über weiten Teilen Europas – mit Ausnahme des Nordens – zugenommen. Besonders stark zugenommen haben die Dürrebedingungen im Sommerhalbjahr für Indizes, welche die Evapotranspiration einbinden. Der reine Fokus auf den Niederschlag zur Bewertung von Dürre in verschiedenen Speichern des Wasserkreislaufs ist unzureichend. Neben dieser beobachteten Zunahme in der Sommertrockenheit, ist auch für die Intensität von Starkniederschlagsereignissen und ihrem Anteil am Gesamtniederschlag ein Anstieg über Europa zu beobachten. Verschiedene Stationen in Mitteleuropa zeigen für das Sommerhalbjahr gleichzeitige Anstiege in den Dürrebedingungen und Starkniederschlägen, was die mit solchen Niederschlagsextremen verbundenen Folgen und Risiken erhöht. Folgen: Viele Sektoren sind durch die Folgen des Klimawandels und extreme Wettereignisse negativ betroffen, so auch das Verkehrssystem. Dessen Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit ist von hoher Bedeutung für die Gesellschaft (Mobilität) und Wirtschaft (Waren, Transportketten). Extreme Wettereignisse wie Hitzewellen, Überschwemmungen, Dürren, Stürme und Sturmfluten können Unfälle und Staus verursachen, die Infrastrukturen beschädigen und damit Transportketten unterbrechen sowie zu Verspätungen und Ausfällen führen. Die Verkehrsträger sind dabei in unterschiedlicher Weise und Intensität betroffen. Um die Klimawandelfolgen für das Bundesverkehrssystem zu bewerten und Anpassungsbedarfe zu priorisieren wurde ein methodischer Rahmen für die Durchführung von Klimawirkungsanalysen entwickelt. Ergänzt werden diese nationalen Analysen durch Klimafolgenstudien für die UNECE-Region (UNECE: Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen). Zielgerichtete Klimadienstleistungen, welche die Bedarfe der Anwendenden integrieren, sind eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung praktikabler Anpassungsoptionen.:Abstract 1 Zusammenfassung 2 1. Research topic and questions addressed 3 2. Outline and structure of this thesis 6 3. Concepts – How to evaluate changes in heat, drought and wetness? 11 3.1 How to define drought? 11 3.2 How to measure changes in (extreme) temperature and precipitation? 11 3.2.1 Applying established climate indices 11 3.2.2 Developing new indices to measure drought and wetness 12 3.2.3 Assessing extreme events and their impacts 14 3.3 How to ensure good quality climate data sets? 15 3.3.1 Separating climate variability from changes in non-climatic parameters 15 3.3.2 Regionalizing climate information 15 3.3.3 Adjusting biases in climate projections 16 3.4 How to ensure comparable results of climate impact assessments? 17 3.4.1 Agreeing on common assumptions and scenarios 17 3.4.2 Applying an ensemble analysis approach 17 3.4.3 Implementing a common analysis framework for impact assessment 18 4. Changes – Which variations are seen in the regional climate? 20 4.1 Variations and changes in the average climate – temperature and precipitation 20 4.1.1 Changes in wet and dry periods over Europe 20 4.1.2 Observed and projected temperature and precipitation trends over Germany 21 4.1.3 Observed climatic changes in North-eastern Brazil (NEB) 21 4.1.4 Observed precipitation variations in the Palestinian territories and surrounding areas 22 4.2 Extreme weather and climate events: spatio-temporal variations and trends 22 4.2.1 Increases in temperature extremes and heatwaves 22 4.2.2 Characteristics of and changes in heavy precipitation 23 4.2.3 Temporal variations in meteorological drought conditions 26 4.2.4 Drought and heavy precipitation 28 4.3 Characterising selected record hot and dry summers 30 4.3.1 The five record drought summers in Europe – 1947, 2018, 2003, 1921 and 1911 30 4.3.2 The summer of 2018 31 4.3.3 The summer of 2015 32 4.3.4 Recent hot and dry summers in Germany in comparison to climate projections 33 5. Consequences – Which climate impacts do we have to expect and how to adapt to them? The case of the transport system 35 5.1 Relevance of climate change considerations for the transport system 35 5.2 Networks supporting the development of climate resilient transport systems 35 5.2.1 BMDV Network of Experts on Climate Change Impacts and Adaptation 36 5.2.2 DAS core service “climate and water” 37 5.2.3 UNECE Group of Experts on Assessment of Climate Change Impacts and Adaptation for Inland Transport 38 5.3 Climate change impact analysis for the transportation sector 39 5.3.1 Methodology of the integrated climate impact assessment 39 5.3.2 Exemplary results of the exposure analysis 40 5.3.3 Integrated climate impact assessment 40 5.4 Stress testing the transport system 41 5.4.1 The stress test methodology 41 5.4.2 Exemplary results of the traffic simulations 41 5.5 Developing an adaptation framework and specific measures 42 5.5.1 Background and classification of adaptation measures 42 5.5.2 Information and consultation services 42 5.5.3 Reviewing and revising technical guidelines and standards 43 5.5.4 Structural adaptation measures 43 5.5.5 Adapting management practices of transportation infrastructure 43 5.5.6 Adapting the operative management of traffic flows 44 5.5.7 Survey results on suitable adaptation measures 44 6. Conclusions 45 6.1 Concepts 45 6.2 Changes 45 6.3 Consequences 46 7. References 48 / Over the last 20 years, some very hot and dry summers affected Europe, regionally resulting in record breaking high temperature or low precipitation values. In other years, torrential rains led to flood events at different spatial scales. Long-term changes of such extreme events within a warming world are of great relevance, as they are connected with manifold negative impacts on human society, natural ecosystems and diverse economic sectors. Concepts: The quality of climate change (impact) studies is often hampered by availability and quality of datasets. Thus, concepts for securing reliable and comparable data are developed and applied. For the description of the characteristics of a specific event a vast number of definitions and indices exists. Therefore, results on the temporal changes of event characteristics may differ between studies. By integrating a number of indices into an aggregated index, a more robust evaluation of the climate conditions and trends is facilitated. Furthermore, comparable climate impact assessments demand a common analysis framework with agreements on the data bases (observational data and climate projections) and methodologies (e.g., study periods, ensemble approach, quality assessment, correction algorithms, climate impact models and indices, elements considered in the impact or risk analysis). Changes: Summer drought conditions increased over most of Europe, except for some stations in northern Europe. Thereby, the observed increase in drought conditions during the warm part of the year is particularly pronounced for indices integrating evapotranspiration in their definition. Purely focussing on precipitation to evaluate drought conditions in the different water reservoirs does not suffice any longer. While observing increases in summer drought, the intensity of heavy precipitation events as well as their contribution to total precipitation show a positive trend over Europe, too. Several stations in Central Europe show increasing drought conditions and increasing heavy precipitation events during the summer half year at the same time, which increases the risks connected with precipitation extremes. Consequences: Climate change impacts on the transport system are studied exemplarily for the many sectors that are affected negatively by the projected changes in climate and extreme weather events. The availability and performance of the transport system are of high importance for the society (mobility) and economy (goods, transport chains). Extreme weather events such as heatwaves, flooding, droughts, and storm surges might 1) cause accidents and congestion, 2) severely damage to infrastructures and disrupt transport chains, and 3) result in delays and cancellations. Different modes of transport are affected by climate change in different ways and with different intensity. A climate impact assessment framework was defined and tested for the German Federal transport system to support the prioritization of adaptation options. Climate change impact studies for the UNECE-region (United Nations Economic Commission for Europe) complement these Federal analyses. It is shown that tar-geted climate services that integrate user requirements are key in developing feasible adaptation options.:Abstract 1 Zusammenfassung 2 1. Research topic and questions addressed 3 2. Outline and structure of this thesis 6 3. Concepts – How to evaluate changes in heat, drought and wetness? 11 3.1 How to define drought? 11 3.2 How to measure changes in (extreme) temperature and precipitation? 11 3.2.1 Applying established climate indices 11 3.2.2 Developing new indices to measure drought and wetness 12 3.2.3 Assessing extreme events and their impacts 14 3.3 How to ensure good quality climate data sets? 15 3.3.1 Separating climate variability from changes in non-climatic parameters 15 3.3.2 Regionalizing climate information 15 3.3.3 Adjusting biases in climate projections 16 3.4 How to ensure comparable results of climate impact assessments? 17 3.4.1 Agreeing on common assumptions and scenarios 17 3.4.2 Applying an ensemble analysis approach 17 3.4.3 Implementing a common analysis framework for impact assessment 18 4. Changes – Which variations are seen in the regional climate? 20 4.1 Variations and changes in the average climate – temperature and precipitation 20 4.1.1 Changes in wet and dry periods over Europe 20 4.1.2 Observed and projected temperature and precipitation trends over Germany 21 4.1.3 Observed climatic changes in North-eastern Brazil (NEB) 21 4.1.4 Observed precipitation variations in the Palestinian territories and surrounding areas 22 4.2 Extreme weather and climate events: spatio-temporal variations and trends 22 4.2.1 Increases in temperature extremes and heatwaves 22 4.2.2 Characteristics of and changes in heavy precipitation 23 4.2.3 Temporal variations in meteorological drought conditions 26 4.2.4 Drought and heavy precipitation 28 4.3 Characterising selected record hot and dry summers 30 4.3.1 The five record drought summers in Europe – 1947, 2018, 2003, 1921 and 1911 30 4.3.2 The summer of 2018 31 4.3.3 The summer of 2015 32 4.3.4 Recent hot and dry summers in Germany in comparison to climate projections 33 5. Consequences – Which climate impacts do we have to expect and how to adapt to them? The case of the transport system 35 5.1 Relevance of climate change considerations for the transport system 35 5.2 Networks supporting the development of climate resilient transport systems 35 5.2.1 BMDV Network of Experts on Climate Change Impacts and Adaptation 36 5.2.2 DAS core service “climate and water” 37 5.2.3 UNECE Group of Experts on Assessment of Climate Change Impacts and Adaptation for Inland Transport 38 5.3 Climate change impact analysis for the transportation sector 39 5.3.1 Methodology of the integrated climate impact assessment 39 5.3.2 Exemplary results of the exposure analysis 40 5.3.3 Integrated climate impact assessment 40 5.4 Stress testing the transport system 41 5.4.1 The stress test methodology 41 5.4.2 Exemplary results of the traffic simulations 41 5.5 Developing an adaptation framework and specific measures 42 5.5.1 Background and classification of adaptation measures 42 5.5.2 Information and consultation services 42 5.5.3 Reviewing and revising technical guidelines and standards 43 5.5.4 Structural adaptation measures 43 5.5.5 Adapting management practices of transportation infrastructure 43 5.5.6 Adapting the operative management of traffic flows 44 5.5.7 Survey results on suitable adaptation measures 44 6. Conclusions 45 6.1 Concepts 45 6.2 Changes 45 6.3 Consequences 46 7. References 48

Der Klimawandel ist auf regionaler Ebene nachweisbar. Zudem gehen Forschungsergebnisse davon aus, dass sich Ereignisse wie Überflutung und Starkregen regional differenziert zukünftig noch intensivieren werden. Bereits heute belegen Schadensmeldungen in der Region Dresden einen sich aus den klimatischen Veränderungen ergebenden Handlungsbedarf in Form von Anpassungsmaßnahmen auf Gebäudeebene. Deshalb sind die Hauptziele der vorliegenden Arbeit das Aufzeigen der Verletzbarkeit von Wohngebäuden und die Erarbeitung von Vorschlägen für entsprechende Ertüchtigungen. Als Datenbasis dient zum einen die baukonstruktive Analyse typischer Beispielgebäude der Region Dresden, welche gleichzeitig die wichtigsten Baualtersstufen abbilden. Dadurch können die in der Region hauptsächlich anzutreffenden baukonstruktiven Durchformungen, Nutzungen und Charakteristiken von Wohngebäuden abgedeckt werden. Dies dient als Grundlage zur Beurteilung der Verletzbarkeit und Anpassungsfähigkeit der wichtigsten Baukonstruktionen gegenüber den Einwirkungen Überflutung und Starkregen. Zum anderen dient als Datenbasis die Dokumentation, Analyse und Interpretation abgelaufener Schadensereignisse in Bezug auf Schadensbilder und Schadensmechanismen an Gebäuden und Baukonstruktionen. Innerhalb der Verletzbarkeitsanalyse gegenüber Überflutung führt die Beschreibung von Schadenstypen, Schadensbildern und Schadensmechanismen in die Erläuterung einer Methodik zur Abschätzung von Hochwasserschäden an Gebäuden. Diese wird in der Arbeit dazu verwendet, die spezifische Verletzbarkeit der einzelnen Beispielgebäude gegenüber der Einwirkung Überflutung mit Hilfe von Wasserstand-Schaden-Beziehungen zu ermitteln. Darauf aufbauend können nun Bereiche, welche aufgrund ihrer hohen Verletzbarkeit angepasst werden sollten, eingegrenzt werden. In der Folge werden beispielhaft bautechnisch mögliche Anpassungsmaßnahmen vorgestellt, am baukonstruktiven Detail gezeigt und ihre positiven Auswirkungen auf die Wasserstand-Schaden-Beziehungen beziehungsweise auf die Verringerung der Verletzbarkeit der Beispielgebäude dargestellt.