titel der masterarbeit „erstellung einer datenbank...

„Erstellung einer Datenbank wetterinduzierter Schadereignisse für Österreich und

Etablierung von Wetterentwicklungen die Schadereignisse auslösen “

Katharina Enigl

2. Vortrag Masterseminar, 31.10.2018

Betreuer: Priv.-Doz. Mag. Dr. Christoph Matulla und MR DI Franz Schmid

TITEL DER MASTERARBEIT

Ziel der Arbeit

• Zusammenführung behördlich erhobener Ereigniskataster zur umfassendsten österreichischen Datenbank wetterinduzierter Schadereignisse ‚event space‘ und Qualitätssicherungsmaßnahmen

• Hypothesen zu lokalen Wetterentwicklungen (Climate Indices - CIs) die Schadereignisse auslösen, deren Ableitung und Beschreibung

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Motivation

• Zunahme wetterinduzierter Schadprozesse weltweit (IPCC, 2018) → Heraus-forderung für Gesellschaft insgesamt. Hier wegen Signifikanz und Kooperationen: Bevölkerungsschutz + europ. Transport, Fracht & Logistik (Matulla et al. 2017, Schlögl & Matulla 2018) enger Austausch mit Verantwortlichen und führenden Unternehmen sind Anlaß für die Arbeiten

• Globaler T-Anstieg um 1°C, im Alpenraum um 2°C (Auer et al, 2007)

• Extremereignisse denen im Bevölkerungsschutz + europ. Transp., F&L Industrie besondere Bedeutung zukommt (schadinduzierendes Wetter – CIs)

• Schadereignisse: Hochwasser, gravitative Massenbewegungen, Hitzewellen

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Anforderungen

• Zur Bestimmung von CIs sind Beobachtungen zu Wetter und Schadereignissen erforderlich:

1. von hoher Qualität und in großem Umfang (statistische Signifikanz)2. die sich über viele Jahrzehnte erstrecken (Definition und Δ)

• → diese Anforderungen werden so gut wie nie erfüllt

• Beispiele aus der Literatur:• Guzetti et al. (1994, 2007, 2008): Erstellung eines Katalogs von durch

Niederschlag induzierte Hangrutschungen in Italien (753 Ereignisse)• Ableitung von Niederschlagsschwellwerten (CIs), die zum Ereignis geführt

haben (Guzetti et al, 2007; Brunetti et al, 2010; Melillo et al, 2015)

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Meteorologische Daten

• SPARTACUS Spatiotemporal Reanalysis Dataset for Climate in Austria (ZAMG, Hiebl und Frei, 2015,2017): gegitterter (1 km) Beobachtungs-datensatz täglicher Niederschlagssummen, Temperatur-Minimum und Maximum; 1961 – 2017

• WETRAX (Hofstätter et al, 2015) wie SPARTACUS auf 6 km Gitter; 1950 - 1960

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wetterinduzierte Ereignisse - KatasterWLV-Kataster GBA-Kataster VIOLA-Datenbank

Institution Wildbach-& Lawinenverbauung Geologische Bundesanstalt ZAMG

Hauptaufgaben Zivilschutz, Gefahrenzonenplanung,

Anpassung

geologische Kartierung, Prozessüberwachung und Karten

mit Hochrisikogebieten

Beobachtungsnetzwerk, Wetterwarnungen, Unterstützung des

Katastrophenmanagement

Region Alpen Norden & Südosten ganz Österreich

Prozesse Rutschungen, Wasser, Steinschlag

Gravitative Massenbewegungen Gravitative Massenbewegungen,

Niederschlag

Periode 1950 – Okt. 2017 1950 – Okt. 2017 1950 – Okt.2017

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Vereinigung und Qualitätskontrolle

• Technisch: gleiche Projektion, gleiches Datumsformat

• Elimination von doppelt erfassten Ereignissen:• Was passierte zur selben Zeit am selben Ort?

• → Sehr wenig Überlappungen (< 1%)

• → Ereigniskataster ausgezeichneter Qualität ergänzen einander bei kleinem Durchschnitt sehr gut

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Verwendete Regionen

• Einteilung in Niederschlagsregionen (Auer et al. 2007, Matulla et al. 2003, Ehrendorfer 1987)

• orographisch, klimatologisch unterschiedliche Regionen:

1. Alpine Territory (AT)

2. Northern Lowlands (NL)

3. Southern Basin Chain (SB)

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Einbettung: Kataster Prozessgruppen in internat. Kategorien

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• Zusammenfassung der von gesetzl. Aufgaben bestimmten Prozessgruppen in internationale Kategorien (Varnes, 1978; Hungr et al, 2001)• Flash Floods (6311)• Hochwasser (Floodings;6241)• Gleiten (Slides; 3006)• Fließen (Flows; 2600)• Fallen (Falls; 1223)• Andere (Others; 625)

Ergebnisse: ‚event space‘

• Aggregiert aus qualitativ hochwertigen, umfassenden, viele Dekaden umfassenden Ereignisdatenbasen dreier Behörden deren Erhebungen sich entsprechend den gesetzlichen Aufgaben nachgeordneter ergänzen

• Zusammenfassung zu internationalen Kategorien konsistent

• 20 000 Ereignisse in 7 Kategorien

• Umfassen mehr als zwei vollständige Klimaperioden (7 Dekaden)

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Ableitung der CIs

• für jeden Schadprozess in jeder Kategorie und jeder Region:1. Bestimmung des nächsten SPARTACUS-Gitterpunkts und seiner 4 Nachbarn

2. Mittelwertbildung der Niederschlagssummen an diesen Gitterpunkten

3. Betrachtung von 8-Tages-Sequenzen (Mittel am Ereignistag und während der Woche davor: TD bis TD-7; Matulla et al, 2008)

• Bestimmung der Eigenwerte und Eigenrichtungen mit EOF Analyse (von Storch und Zwiers, 1999)

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Beispiel Niederschlagsmatrix

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Ergebnisse: CIs für den Prozess Gleiten in SB und AT

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SBAT

Ergebnisse: CIs für Flash Flood (NL) und Hochwasser (AT)

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NL

AT

Conclusio• ‚event space‘ umfassendste Datenbank zu wetterinduzierten Schadprozessen für

Österreich durch Aggregation qualitativ hochwertiger Datenbasen, die sich über 7 Dekaden erstrecken, miteinander kompatibel sind und deren Prozessgruppierungen konsistent mit internat. Kategorien zu diesen zusammengefasst worden sind.

• Der einzigartige Umfang und die zeitliche Erstreckung erlauben die Ableitung von CIs für verschiedene Schadprozesse in unterschiedlichen Regionen. D.h. die objektive Identifikation von Schadereignis-auslösenden Wetterprozessen (8-day-sequences)

• Eindeutigkeit der CIs für jede Schadprozesskategorie und jede Region

• Damit sind CIs u.a. auch (i) mit den Ergebnissen von Auer, Matulla und Ehrendorferkonsistent – die Eindeutigkeit zeigt die innere Homogenität und die äußere Separation der Regionen sowie (ii) die Kompatibilität der Prozessgruppierungen mit den internationalen Kategorien

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Zusammenfassung

• Die drei verwendeten Datensätze (WLV, GBA, VIOLA) erlauben die Generierung des ‚Event Space‘, der 20 000 Ereignisse umfasst, und sich über 70 Jahre erstreckt.

• Gemeinsam mit dem gegitterten Beobachtungsdatensatzes SPARTACUS gelingt es, eindeutige Climate Indizes für 6 Kategorien in 3 Regionen auf objektive Art und Weise abzuleiten.

• Einreichung dieser Arbeit in Advances in Water Resources Katharina Enigl, Christoph Matulla, Matthias Schlögl und Franz Schmid (2018). Derivation ofcanonical total-sequences triggering landslides and floodings in complex terrain (underreview)

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Milestones

▪ 16.8.2017: Übernahme der Masterarbeiten an der Universität Wien

▪ 22.9.2017: Vorstellen des Masterarbeitsthemas dem BMNT

▪ 18.10.2017: Meeting & Diskussion an der ZAMG

▪ 15.11.2017: Informations- & Wissensaustausch mit

dem BMNT

▪ 20.12.2017: Vortrag von Dr. Tilch (GBA) über grav.

Massenbewegungen

▪ 23.1.2018: Meeting & Diskussion am BMNT

▪ 31.1.2018: 1. Vortrag im Masterseminar

▪ 10.4.2018: Poster Präsentation auf der EGU

▪ 24.5.2018: Poster Präsentation am Klimatag in Salzburg

▪ 14.8.2018: Meeting & Diskussion am BMNT

▪ 28.8.2018: Präsentation von Ergebnissen am BMNT

▪ 14.9.2018: Meeting und Wissensaustausch am BMNT

▪ 30.09.2018: Einreichung der Arbeit als Paper bei Advances in Water Resources

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Ausblick

• Ableitung der CIs für Hitzewellen

• Saisonale Betrachtungen

• Prognosegüte

• Integration der gefundenen Ergebnisse in Frühwarnsysteme und zum nachhaltigen Schutz der Bevölkerung und der Infrastruktur

• Weiterverwendung bei Andi und Fabian

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Literatur• Auer, I., Böhm, R., Jurkovic, A., Lipa, W., Orlik, A., Potzmann, R., Schöner,W., Ungersböck, M., Matulla, C., Bria, K., Jones, P., Efthymiadis, D.,Brunetti, M., Nanni, T., Maugeri, M.,

Mercalli, L., Mestre, O., Moisselin, J., Begert, M., Müller-Westermeier, G., Kveton, V., Bochnicek, O., Stastny, P., Lapin, M., Szalai, S., Szentimrey, T., Cegnar, T., Dolinar, M.,Gajic-Capka, M., Zaninovic, K., Majstorovic, Z., & Nieplova, E. (2007).Histalp | historical instrumental climatological surface time series of the greater alpine region. Int. J. Climatol., 27 , 17-46. doi:10.1002/joc.1377.

• Brunetti, M. T., Peruccacci, S., Rossi, M., Luciani, S., Valigi, D., & Guzzetti,F. (2010). Rainfall thresholds for the possible occurrence of landslides in Italy. Natural Hazards and Earth System Science, 10 , 447{458. doi:10.5194/nhess-10-447-2010.

• Guzzetti, F., Cardinali, M., & Reichenbach, P. (1994). The AVI project: A bibliographical and archive inventory of landslides and floods in Italy. Environmental Management , 18 , 623-633. doi:10.1007/bf02400865.

• Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., & Stark, C. P. (2007). Rainfall thresholds for the initiation of landslides in central and southern Europe. Meteorology and Atmospheric Physics, 98 , 239-267. doi:10.1007/s00703-007-0262-7.

• Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., & Stark, C. P. (2008). The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris ows: an update. Landslides, 5 , 3-17. doi:10.1007/s10346-007-0112-1.

• Hiebl, J., & Frei, C. (2015). Daily temperature grids for austria since 1961 - concept,creation and applicability. Theor. Appl. Climatol., 124 - 161, doi:10.1007/s00704-015-1411-4.

• Hiebl, J., & Frei, C. (2017). Daily precipitation grids for austria since 1961 development and evaluation of a spatial dataset for hydroclimatic monitoring and modelling. Theor. Appl. Climatol., 132 , 327-345.doi:10.1007/s00704-017-2093-x.

• Hofstätter, M., Jacobeit, J., Lexer, A., Chimani, B., Philipp, A., Beck, C., & Ganekind, M. (2015). WETRAX - Weather Patterns, Cyclone Tracks and related Precipitation Extremes. Großflächige Starkniederschläge im Klimawandel in Mitteleuropa. Projektendbericht . Technical Report Geographica Augustana 19.

• Hungr, O., Evans, S. G., Bovis, M. J., & Hutchinson, J. N. (2001). A review of the classification of landslides of the ow type. Environmental & Engineering Geoscience, 7 , 221{238.doi:10.2113/gseegeosci.7.3.221

• Matulla, C., Zhang, X., Wang, X. L., Wang, J., Zorita, E., Wagner, S., & von Storch, H. (2008). Influence of similarity measures on the performance of the analog method for downscaling daily precipitation. Climate Dynamics, 30 , 133-144. doi:10.1007/s00382-007-0277-2.

• Varnes, D. (1978). Slope movement types and processes. In R. Schuster, & R. Krizek (Eds.), Special Report 176: Landslides: Analysis and control (pp. 11-33). Tansportation Research Board, National Academy of Sciences. doi:10.1007/s00704-017-2127-4.

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Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!