Hochwasserforschung
„Jeder einzelne von uns braucht eine Risiko-Kompetenz“
Hochwasser bedroht immer wieder deutsche Städte (Bild: Michael Gaida/pixabay).
Wie aus einem Extremereignis eine Naturkatastrophe wird, zeigt ein erster Ergebnisbericht der CEDIM-Forscher zum Hochwasser im Ahrtal. Wir sprachen mit den Koautoren, Michael Kunz und Andreas Schäfer.
Herr Schäfer, Sie koordinieren die Forschung zu dem verheerenden Hochwasser im Ahrtal. Was läuft in einem solchen Katastrophenfall bei Ihnen ab?
Andreas Schäfer: Schon früh am Donnerstag, als sich abzeichnete, dass da eine schwere Katastrophe abläuft, haben wir unsere ganze Forschergruppe aktiviert, die ja aus Wissenschaftlern verschiedener Instituten besteht: Wer übernimmt welche Aufgabe, wer klärt welche Zusammenhänge? Ich selbst habe zum Beispiel den ganzen Donnerstag über in den Sozialen Netzwerken nach Bildern gesucht und sie analysiert, um überhaupt erst einmal einen Überblick über das Überflutungsgebiet zu bekommen, denn an dem Tag gab es noch keine Satellitenaufnahmen.
Michael Kunz: Das CEDIM – das Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology - ist ein virtuelles Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), in dem Personen aus ganz unterschiedlichen Disziplinen zusammenarbeiten. Aktuell sind Forscher aus zehn verschiedenen Instituten des KIT beteiligt, und je nach Bedarf kommen noch Fachleute aus anderen Einrichtungen hinzu. Diese breite Aufstellung von den Natur- über die Ingenieurs- bis hin zu den Gesellschaftswissenschaften erlaubt uns, einen breiten Blick auf eine solche Katastrophe zu werfen.
Andreas Schäfer ist promovierter Geophysiker und koordiniert bei CEDIM die Forschungsaktivitäten zum verheerenden Hochwasser im Ahrtal (Bild:privat).
„Forensische Katastrophenanalyse“ heißen diese Untersuchungen bei Ihnen. Werden Sie doch ruhig konkreter: Welche Daten, Unterlagen und Informationen tragen Sie dafür zusammen?
Andreas Schäfer: Bei so einer Hochwasserkatastrophe kommen die verschiedensten Themenbereiche zusammen: Wir haben den meteorologischen Teil, wir haben einen klimatologischen Aspekt, es geht um die Hydrologie – also darum, wie es zu den Überflutungen vor Ort kam und wo welche Pegelstände vorlagen.
Geht es also darum, einfach alle verfügbaren Informationen zusammenzutragen oder gibt es eine Leitfrage, der Sie nachgehen?
Michael Kunz: Für uns steht die Frage im Vordergrund, wie aus einem Extremereignis eine Naturkatastrophe wird. Ich selbst bin Meteorologe, und als Meteorologe denkt man zunächst mal, es drehe sich darum, wie intensiv und schwer ein Ereignis ist.
Michael Kunz ist Professor am Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Er ist Sprecher des dortigen Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) (Bild:privat).
Das ist nicht entscheidend?
Michael Kunz: Mitnichten! Da steckt noch eine ganze Kette mehr dahinter, vor allem Fragen der Resilienz als die Fähigkeit eines Systems, seine Funktionen unter Belastungen aufrechtzuerhalten beziehungsweise kurzfristig wiederherzustellen. Eine wichtige Rolle spielen dabei aber auch der Mensch und sein Verhalten. Bei unseren forensischen Untersuchungen in der Vergangenheit haben wir festgestellt, dass für das Ausmaß der Katastrophe häufig ganz simple Dinge eine Rolle spielen, etwa der Wochentag oder die Tageszeit.
Warum denn das?
Michael Kunz: Meist haben Extremereignisse in der Nacht eine sehr viel größere Auswirkung. Die Menschen schlafen und bekommen oft nichts von dem Ereignis im Vorfeld mit. Im Katastrophenfall ist dann die Situation bei Dunkelheit nicht überschaubar, es kann sich viel schneller Panik ausbreiten. Bei einem starken Erdbeben in Nepal vor einigen Jahren beispielsweise, das an einem Wochenende im Laufe des Vormittags stattfand, waren keine Pendler unterwegs und es gab wenig Verkehr – dadurch ging es trotz der Stärke glimpflich aus.
„Das sind unvorstellbare Energiemengen“
Herr Schäfer, was war denn bei dem jetzigen Hochwasser aus Ihrer wissenschaftlichen Sicht die Besonderheit? Immerhin, so schreiben Sie in Ihrem ersten Bericht, gab es 1805 und 1910 in dieser Gegend schon einmal verheerende Hochwasser….
Andreas Schäfer: Es ist vor allem die Vielfalt der Ereignisse: Zur gleichen Zeit kommt es auf einer sehr großen Fläche zu Hochwasser; Dämme geraten an ihr Limit, an verschiedenen Orten werden durch die Bodenerosion Häuser in den Abgrund gezogen. Dazu kamen dann diese Sturzflutereignisse, wie wir sie im Ahrtal beobachtet haben. Alles das wurde von einer einzigen, großen Wetterlage verursacht.
Bei Erdbeben wird die Stärke auf der Richter-Skala gemessen. Gibt es bei Ihnen in der Forschung eigentlich ein Äquivalent dazu für Hochwasser?
Andreas Schäfer: Die Richter-Skala beschreibt im Prinzip, wieviel Energie bei einem Erdbeben freigesetzt wurde. Dieser Wert aber sagt erst einmal nichts darüber aus, wie schlimm die Katastrophe danach ist; das Beben kann 600 Kilometer tief unter der Erde stattfinden oder mitten in der Wüste, dann sind die Auswirkungen geringer. Deshalb gibt es die Mercalli-Skala, um bei Erdbeben die sicht- und fühlbaren Folgen zu beschreiben. Beim Hochwasser arbeiten wir mit der Abkürzung HQ, die die Jährlichkeit eines Hochwassers abbildet; eine spezifische Skala gibt es aber nicht, denn alle Hochwasser sind durch die Vielzahl der beteiligten Faktoren einzigartig.
Michael Kunz: Die Richter-Skala ist ein Energiemaß, und solche Energiemaße verwenden wir in der Meteorologie und in der Hydrologie nicht. Man könnte aber berechnen, welche Energie nötig war, damit das Wasser verdunstet, das anschließend als Niederschlag zum Hochwasser führt. Bei richtig schweren Unwettern kommt man da auf Energiemengen, die über das Tausendfache der Hiroshima-Atombombe gehen – das sind unvorstellbare Energiemengen.
<p>„Es regnet und regnet, aber die Wolken ziehen nicht weiter, sondern bleiben über einer Region“</p><p></p>
Politiker haben nach der Hochwasser-Katastrophe den Klimaschutz in den Mittelpunkt gestellt. Wie klar ist denn der Zusammenhang zwischen den Ereignissen und der Klimakrise?
Michael Kunz: Klimatische Vorgänge spielen sich ja über mehrere Jahre und Jahrzehnte ab, Wettereignisse nur über wenige Stunden bis Tage. Insofern ist es immer schwierig, bei einzelnen Ereignissen einen Zusammenhang zum Klimawandel herzustellen. Aber klar ist, dass durch den Klimawandel solche Extreme häufiger und auch schwerer werden. Wenn die Temperatur steigt, nimmt Wasserdampf in der Luft zu, also die Feuchtigkeit. Ein Kelvin Temperaturzunahme bedeutet eine Zunahme der absoluten Feuchtigkeit um rund sieben Prozent. In Deutschland hat die mittlere Temperatur seit 1881 um rund 1,5 Kelvin zugenommen – da reden wir also von fast zwölf Prozent höhere absolute Feuchtigkeit. Das bedeutet mehr verfügbares Wasser für die Wolken- und Niederschlagsbildung. Das ist der erste Faktor.
Welche Einflüsse sehen Sie noch?
Michael Kunz: Die Verlagerungsgeschwindigkeit von Hoch- und Tiefdruckgebieten wird maßgeblich von der Höhenströmung bestimmt – und deren Stärke wird von den Temperaturunterschieden zwischen Tropen und Polarregionen beeinflusst. Diese Unterschiede nehmen wegen der globalen Erwärmung aber ab. In der Folge nimmt auch die Strömungsgeschwindigkeit in mittleren Breiten am Rand der Troposphäre im Mittel ab. Bei dem verheerenden Hochwasser war noch eine Blocking-Wetterlage, wie wir sie nennen, relevant: ein großes Hochdruckgebiet über dem Baltikum, das an Ort und Stelle bleibt und die Zugbahn von Tiefdruckgebieten quasi blockiert, die dann nicht weiterziehen können. Das war auch beim Tief Bernd der Fall, das hinter dem Ahr-Hochwasser stand. Vereinfacht gesagt: Es regnet und regnet, aber die Wolken ziehen nicht weiter, sondern bleiben über einer Region.
„Jeder muss lernen, wie er oder sie sich in Katastrophenfällen richtig verhalten soll“
Heißt das: Ohne den Klimawandel hätte es das Ahr-Hochwasser nicht gegeben?
Michael Kunz: Mit Hochleistungsrechnern lassen sich solche Fragestellungen modellieren. Man bildet ein Ereignis wie das jetzige Hochwasser in einem Modell sehr genau ab und rechnet aus den Daten die Einflüsse des Klimawandels heraus. Dieser Zweig wird als Attributionsforschung bezeichnet. Für das Ahr-Hochwasser ist eine solche Berechnung noch nicht angestellt worden. Wohl aber bei der Hitzewelle, die Ende Juni auf dem nordamerikanischen Kontinent lastete. Da haben Kollegen berechnet, dass die Wahrscheinlichkeit für eine solche Hitzewelle durch den Klimawandel um das 150fache gestiegen ist. Aber natürlich wird man nie sagen können: Ohne den Klimawandel hätte es diese konkrete Hitzewelle oder dieses konkrete Hochwasser-Ereignis nicht gegeben.
Herr Schäfer, nach dem aktuellen Hochwasser geht jetzt die Diskussion über Konsequenzen los. Was können Ihre Daten dazu beitragen?
Andreas Schäfer: Natürlich sind die Erkenntnisse aus unserer Forschung dafür relevant. Wir sprachen ja schon über die Frage, unter welchen Bedingungen aus einem Extremereignis eine Katastrophe wird. Beim Hochwasserschutz im Ahrtal wurde mit Daten ab etwa 1947 gearbeitet – die größten Katastrophen der jüngeren Geschichte, die 1804 und 1910 stattfanden, wurden dabei nicht berücksichtigt. Wir haben es also mit einer Lücke im Hochwasserschutz zu tun, und diese Erkenntnis muss jetzt berücksichtigt werden, wenn man die Ortschaften wiederaufbaut.
Michael Kunz: Man muss aber auch sagen: Der technische Hochwasserschutz – also beispielsweise Dämme und Deiche – hat seine Grenzen. Wenn sich solche Extremwetter-Ereignisse häufen, ist er einfach überlastet. In dem Moment kommt der Mensch im Spiel: Jeder einzelne von uns braucht eine höhere Risiko-Kompetenz. Jeder muss lernen, wie er oder sie sich in Katastrophenfällen richtig verhalten soll – und diese ganz wesentliche Komponente haben wir in der Vergangenheit massiv vernachlässigt.
Wie geht es denn jetzt bei Ihrer forensischen Katastrophenanalyse im Fall des Ahr-Hochwassers weiter?
Andreas Schäfer: Wir werden noch Aspekte untersuchen, die im ersten Bericht nicht berücksichtigt waren – etwa die Aspekte der Kommunikation wie etwa die Warnungen. Und wir suchen den Kontakt zu weiteren Forschern, um beispielsweise innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft die Kompetenzen und die verschiedenen Erkenntnisse noch weiter zu bündeln.
Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM)
Die interdisziplinäre Forschungseinrichtung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) forscht über Ursachen, Bewältigung und Prävention von natürlichen und technischen Risiken und entwickelt Modelle und Konzepte zur Stärkung der Sicherheit und Resilienz einer sich wandelnden Gesellschaft und Umwelt.
Mehr Informationen zu CEDIM finden Sie hier.
Lesen Sie den CEDIM-Ergebnisbericht zum Hochwasser im Ahrtal.
Weitere CEDIM-Berichte finden Sie hier.
Lageinformationen für die Rettungskräfte
Einsatzkräfte von humanitären Hilfsorganisationen müssen im Katastrophenfall möglichst schnell – am besten in Echtzeit – wissen, wie groß beispielsweise die Schäden an Gebäudestrukturen in der betroffenen Region sind und wo Verkehrswege zum Einsatzort hin genutzt werden können.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt derzeit die Helfer im Katastrophengebiet Ahrtal mit Satellitendaten und Luftbildaufnahmen, die innerhalb kürzester Zeit ausgewertetet und zu Karten aufbereitet werden.
Mehr Informationen: Helmholtz-Innovation-Lab OPTSAL am DLR.
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