TY - JOUR A1 - Bürger, Gerd A1 - Pfister, Angela A1 - Bronstert, Axel T1 - Zunehmende Starkregenintensitäten als Folge der Klimaerwärmung T1 - Increasing intensity of heavy rainfall caused by global warming BT - Datenanalyse und Zukunftsprojektion BT - data analysis and future projections JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung : HyWa = Hydrology and water resources management, Germany / Hrsg.: Fachverwaltungen des Bundes und der Länder N2 - Extreme rainfall events of short duration in the range of hours and below are increasingly coming into focus due to the resulting damage from flash floods and also due to their possible intensification by anthropogenic climate change. The current study investigates possible trends in heavy rainfall intensities for stations from Swiss and Austrian alpine regions as well as for the Emscher-Lippe area in North Rhine-Westphalia on the basis of partly very long (> 50 years) and temporally highly resolved time series (<= 15 minutes). It becomes clear that there is an increase in extreme rainfall intensities, which can be well explained by the warming of the regional climate: the analyses of long-term trends in exceedance counts and return levels show considerable uncertainties, but are in the order of 30 % increase per century. In addition, based on an "average" climate simulation for the 21st century, this paper describes a projection for extreme precipitation intensities at very high temporal resolution for a number of stations in the Emscher-Lippe region. A coupled spatial and temporal "downscaling" is applied, the key innovation of which is the consideration of the dependence of local rainfall intensity on air temperature. This procedure involves two steps: First, large-scale climate fields at daily resolution are statistically linked by regression to station temperature and precipitation values (spatial downscaling). In the second step, these station values are disaggregated to a temporal resolution of 10 minutes using a so-called multiplicative stochastic cascade model (MC) (temporal downscaling). The novel, temperature-sensitive variant additionally considers air temperature as an explanatory variable for precipitation intensities. Thus, the higher atmospheric moisture content expected with warming, which results from the Clausius-Clapeyron (CC) relationship, is included in the temporal downscaling.
For the statistical evaluation of the extreme short-term precipitation, the upper quantiles (99.9 %), exceedance counts (P > 5mm), and 3-yr return levels of the <= 15-min duration step has been used. Only by adding temperature is the observed temperature observed of the extreme quantiles ("CC scaling") well reproduced. When comparing observed data and present-day simulations of the model cascade, the temperature-sensitive procedure shows consistent results. Compared to trends in recent decades, similar or even larger increases in extreme intensities are projected for the future. This is remarkable in that these appear to be driven primarily by local temperature, as the projected trends in daily precipitation values are negligible for this region. N2 - Extreme Regenereignisse von kurzer Dauer im Bereich von Stunden und darunter rücken aufgrund der dadurch bedingten Schäden durch Sturzfluten und auch wegen ihrer möglichen Intensivierungen durch den anthropogenen Klimawandel immer stärker in den Fokus. Die vorliegende Studie untersucht auf Basis von teilweise sehr langen (> 50 Jahre) und zeitlich hochaufgelösten Zeitreihen (≤ 15 Minuten) mögliche Trends in Starkregenintensitäten für Stationen aus schweizerischen und österreichischen Alpenregionen sowie für das Emscher-Lippe-Gebiet in Nordrhein-Westfalen. Es wird deutlich, dass es eine Zunahme der extremen Niederschlagsintensitäten gibt, welche gut durch die Erwärmung des regionalen Klimas erklärt werden kann: Die Analysen langfristiger Trends der Überschreitungssummen und Wiederkehrniveaus zeigen zwar erhebliche Unsicherheiten, lassen jedoch eine Zunahme in einer Größenordnung von 30 % pro Jahrhundert erkennen. Zudem wird in diesem Beitrag, basierend auf einer "mittleren" Klimasimulation für das 21. Jahrhundert, für ausgewählte Stationen der Emscher-Lippe-Region eine Projektion für extreme Niederschlagsintensitäten in sehr hoher zeitlicher Auflösung beschrieben. Dabei wird ein gekoppeltes räumliches und zeitliches "Downscaling" angewendet, dessen entscheidende Neuerung die Berücksichtigung der Abhängigkeit der lokalen Regenintensität von der Lufttemperatur ist. Dieses Verfahren beinhaltet zwei Schritte: Zuerst werden großräumige Klimafelder in täglicher Auflösung durch Regression mit den Temperatur- und Niederschlagswerten der Stationen statistisch verbunden (räumliches Downscaling). Im zweiten Schritt werden dann diese Stationswerte mithilfe eines sogenannten multiplikativen stochastischen Kaskadenmodells (MC) auf eine zeitliche Auflösung von 10 Minuten disaggregiert (zeitliches Downscaling). Die neuartige, temperatursensitive Variante berücksichtigt zusätzlich die Lufttemperatur als erklärende Variable für die Niederschlagsintensitäten. Dadurch wird der mit einer Erwärmung zu erwartende höhere atmosphärische Feuchtegehalt, welcher sich aus der Clausius-Clapeyron-Beziehung (CC) ergibt, mit in das zeitliche Downscaling einbezogen. Für die statistische Auswertung der extremen kurzfristigen Niederschläge wurden die oberen Quantile (99,9 %), Überschreitungssummen (ÜS, P > 5 mm) und 3-jährliche Wiederkehrniveaus (WN) einer Dauerstufe von ≤ 15-Minuten betrachtet. Diese Auswahl erlaubt die gleichzeitige Analyse sowohl von Extremwertstatistiken als auch von deren langfristigen Trends; leichte Abweichungen von dieser Wahl beeinflussen die Hauptergebnisse nur unwesentlich. Nur durch die Hinzunahme der Temperatur wird die beobachtete Temperaturabhängigkeit der extremen Quantile (CC-Scaling) gut wiedergegeben. Bei Vergleich von Beobachtungsdaten und Gegenwartssimulationen der Modellkaskade zeigt das temperatursensitive Verfahren konsistente Ergebnisse. Im Vergleich zu den Entwicklungen der letzten Jahrzehnte werden für die Zukunft ähnliche oder sogar noch stärkere Anstiege der extremen Niederschlagsintensitäten projiziert. Dies ist insofern bemerkenswert, als diese anscheinend hauptsächlich durch die örtliche Temperatur bestimmt werden, denn die projizierten Trends der Niederschlags-Tageswerte sind für diese Region vernachlässigbar. KW - heavy rainfall KW - short duration KW - global warming KW - Clausius-Clapeyron KW - equation KW - precipitation intensity KW - multiplicative cascade model KW - Strakregen KW - kurzfristige Dauerstufe KW - Klimawandel KW - Clausius-Clapeyron-Gleichung KW - Niederschlagsintensitäten KW - Multiplikatives Kaskadenmodel Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.5675/HyWa_2021.6_1 SN - 1439-1783 SN - 2749-859X VL - 65 IS - 6 SP - 262 EP - 271 PB - Bundesanst. für Gewässerkunde CY - Koblenz ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel A1 - Bürger, Gerhard A1 - Pfister, Angela T1 - Vorhersage und Projektion von Sturzfluten - Vorwort JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung : HyWa = Hydrology and water resources management, Germany / Hrsg.: Fachverwaltungen des Bundes und der Länder T2 - Forecasting and projection of flash flood Y1 - 2021 SN - 1439-1783 SN - 2749-859X VL - 65 IS - 6 SP - 260 EP - 261 PB - Bundesanst. für Gewässerkunde, BfG CY - Koblenz ER - TY - JOUR A1 - Miegel, Konrad A1 - Gräff, Thomas A1 - Franck, Christian A1 - Salzmann, Thomas A1 - Bronstert, Axel A1 - Walther, Marc A1 - Oswald, Sascha T1 - Auswirkungen des Sturmhochwassers der Ostsee am 4./5. Januar 2017 auf das renaturierte Nieder- moor „Hütelmoor und Heiligensee“ an der deut- schen Ostseeküste BT - Effects of the January 4/5 2017 storm surge on a restored fen at the German Baltic Sea coast JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung N2 - Entlang der Küstenniederung des Naturschutzgebietes „Hütelmoor und Heiligensee“, ca. 6 km nordöstlich von Rostock-Warnemünde gelegen, wird seit dem Jahr 2000 die Küstendüne nicht mehr instand gehalten. Im Rahmen der Renaturierung des Gebietes werden so grundsätzlich wieder Überflutungen bei Ostseehochwassern zugelassen, was bisher jedoch noch nicht eingetreten ist. Am 4./5. Januar 2017 ereignete sich ein Sturmhochwasser der Ostsee, mit einem Scheitelwasserstand in Warnemünde, der sich zwischen dem 10- und 20-jährlichen Hochwasserstand einordnet. Dennoch kam es bei diesem Ereignis nicht zum Dünendurchbruch und zur seeseitigen Überflutung, wohl aber zum binnenseitigen Einstrom von Salz- bzw. Brackwasser. Dieser erfolgte über den Graben, durch den das Gebiet normalerweise über die Warnow in die Ostsee entwässert. Durch das Einströmen über die Sohlschwelle, sonst Auslass des Gebietes, stiegen die Wasserstände und Salzkonzentrationen in der südwestlichen Hälfte der Niederung an. Mit zunehmender Entfernung zur Sohlschwelle waren diese Auswirkungen jedoch geringer spürbar. Dies gilt wegen der Retentionswirkung der Niederung mehr für den Wasserstand als für die Salzkonzentration. Während der Wasserstand durch den Einstau der Niederung und Überschwemmungen flächenhaft anstieg, breitete sich die Salzfront präferentiell in den ehemaligen Entwässerungsgräben, die trotz des Einstaus nach wie vor hydraulisch aktiv sind, eher linienhaft aus. Diese Interpretation beruht auf Messergebnissen von Wasserstand, elektrischer Leitfähigkeit und Wassertemperatur. N2 - Maintenance and repair of the coastal dunes of the conservation area, Hutelmoor und Heiligensee" have been ceased for renaturation purposes since the year 2000 to aid flooding of the area during high water levels of the Baltic Sea. On January 4th and 5th 2017, the Baltic Sea experienced a storm surge resulting in a water level in Warnemunde with a 10-to 20-year reoccurrence rate. Nevertheless, the event caused neither a dune failure nor a sea-sided flooding, but did result in an upstream inflow of salt and brackwater through the trench which normally drains the area into the Baltic Sea via the Warnow. Water levels and salinity concentrations rose in the south-western part of the area due to the influx via a ground sill, which normally acts as the outlet of the lowland. The effects within the lowland were less pronounced with increasing distance to the ground sill, which proved to be even more significant for the water levels than for salinities due to the retention capabilities of the area. While water levels increased extensively as a result of the flooding, the salinity front is presumed to have spread primarily along the former draining channels. This interpretation is based on monitoring data of the water level as well as the environmental tracers electrical conductivity and water temperature. KW - Baltic Sea KW - storm surge KW - coastal lowland KW - flooding KW - salinization KW - environmental tracer KW - process analysis KW - Ostsee KW - Sturmhochwasser KW - Küstenniederung KW - Überflutung KW - Versalzung KW - Umwelttracer KW - Prozessgeschehen Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.5675/HyWa_2017,4_2 SN - 1439-1783 VL - 61 IS - 4 SP - 232 EP - 243 PB - Bundesanst. für Gewässerkunde CY - Koblenz ER - TY - JOUR A1 - Miegel, Konrad A1 - Graeff, Thomas A1 - Selle, Benny A1 - Salzmann, Thomas A1 - Franck, Christian A1 - Bronstert, Axel T1 - Investigation of a renatured fen on the Baltic Sea coast of Mecklenburg - Part I: System description and basic hydrological characterisation JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung KW - Baltic Sea Coast KW - coastal wetland KW - drainage of the catchment area KW - fens KW - groundwater flow KW - management effects KW - system analysis KW - water balance Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.5675/HyWa_2016.4_1 SN - 1439-1783 VL - 60 SP - 242 EP - 258 PB - Bundesanst. fÃ¼r GewÃ¤sserkunde CY - Koblenz ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel A1 - Lange, Jens T1 - Hydrologie von Trockenregionen JF - Hydrologie Y1 - SN - 978-3-8252-4513-9 SP - 299 EP - 312 PB - Haupt Verlag CY - Bern ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel T1 - Abflussbildung in der Landschaft JF - Hydrologie Y1 - 2016 SN - 978-3-8252-4513-9 SP - 143 EP - 166 PB - Haupt Verlag CY - Bern ER - TY - JOUR A1 - Müller, Eva Nora A1 - van Schaik, Loes A1 - Blume, Theresa A1 - Bronstert, Axel A1 - Carus, Jana A1 - Fleckenstein, Jan H. A1 - Fohrer, Nicola A1 - Geissler, Katja A1 - Gerke, Horst H. A1 - Gräff, Thomas A1 - Hesse, Cornelia A1 - Hildebrandt, Anke A1 - Hölker, Franz A1 - Hunke, Philip A1 - Körner, Katrin A1 - Lewandowski, Jörg A1 - Lohmann, Dirk A1 - Meinikmann, Karin A1 - Schibalski, Anett A1 - Schmalz, Britta A1 - Schröder-Esselbach, Boris A1 - Tietjen, Britta T1 - Scales, key aspects, feedbacks and challenges of ecohydrological research in Germany JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung N2 - Ecohydrology analyses the interactions of biotic and abiotic aspects of our ecosystems and landscapes. It is a highly diverse discipline in terms of its thematic and methodical research foci. This article gives an overview of current German ecohydrological research approaches within plant-animal-soil-systems, meso-scale catchments and their river networks, lake systems, coastal areas and tidal rivers. It discusses their relevant spatial and temporal process scales and different types of interactions and feedback dynamics between hydrological and biotic processes and patterns. The following topics are considered key challenges: innovative analysis of the interdisciplinary scale continuum, development of dynamically coupled model systems, integrated monitoring of coupled processes at the interface and transition from basic to applied ecohydrological science to develop sustainable water and land resource management strategies under regional and global change. KW - Coastal regions KW - drylands KW - ecohydrological modelling KW - feedback KW - hyporheic zone KW - meso-scale ecosystems KW - plant-animal-soil-system KW - river networks Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.5675/HyWa_2014,4_2 SN - 1439-1783 VL - 58 IS - 4 SP - 221 EP - 240 PB - Bundesanst. für Gewässerkunde CY - Koblenz ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel A1 - Kneis, David A1 - Bogena, Heye R. T1 - Interaktionen und Rückkopplungen beim hydrologischen Wandel : Relevanz und Möglichkeiten der Modellierung Y1 - 2009 SN - 1439-1783 ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel A1 - Lahmer, Werner T1 - Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel Y1 - 2000 ER - TY - JOUR A1 - Bronstert, Axel A1 - Köhler, Birgit T1 - Simulation der Einflüsse anthropogener Klimaänderungen auf die Hochwasserentstehung : eine Fallstudie in einem kleinen ländlichen Einzugsgebiet im Ostharz Y1 - 2000 ER -