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Starkregen

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Datei:Flash flood Meiningen Klostergasse 2018-06-09 HBP.jpg
Starkregenereignis in Meiningen am 9. Juni 2018, Überschwemmungen in der Klostergasse

Als Starkregen werden Extremniederschlagsereignisse bezeichnet, bei denen im Verhältnis zur Dauer des Ereignisses große Regen­mengen fallen.<ref name="Mueller, Eva">Mueller, Eva Nora / DWA, Fachgemeinschaft Hydrologische Wissenschaften: Wird der Starkregen immer stärker? Analyse von Sturzflut-relevantem Starkregen In: Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 31.12 ; 189-194 ; 2012</ref> Als Folge kann es zu Sturzfluten kommen. Das Gefährdungspotential besteht an jedem Ort und wird häufig unterschätzt.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen"> Die unterschätzten Risiken „Starkregen“ und „Sturzfluten“ Ein Handbuch für Bürger und Kommunen, Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK), 1. Auflage, Stand: Dezember 2015</ref>

Definitionen

Niederschlagsereignisse werden im Allgemeinen durch die drei Parameter Regendauer, Regenhöhe und Wiederkehrzeit definiert.<ref name="Starkregenindex">Schmitt, Theo G. / Krüger, Marc / Pfister, Angela / Becker, Michael / Mudersbach, Christoph / Fuchs, Lothar / Hoppe, Holger / Lakes, Inga: Einheitliches Konzept zur Bewertung von Starkregenereignissen mittels Starkregenindex, In: Korrespondenz abwasser, abfall ; 65 , 2 ; 113-120 ; 2018 </ref> Im Fall von Starkregen sind die Niederschlagsdauern, -mengen und -intensitäten nicht fachübergreifend definiert, sondern richten sich nach den jeweils zu untersuchenden Prozessen und deren Skalen.<ref name="Mueller, Eva" />

Definition des Deutschen Wetterdiensts

Der Deutsche Wetterdienst unterscheidet 3 Warnstufen für Starkregenereignisse, für die absolute Schwellenwerte nach Dauer und Niederschlagshöhe definiert sind:<ref> DWD Website des Deutschen Wetterdiensts. Abgerufen am 28. Februar 2024 </ref>

Warnstufe Regenmenge
in 1 Stunde oder
in 6 Stunden
Warnung vor markantem Wetter 15 bis 25 l/m2 20 bis 35 l/m2
Warnung vor Unwetter > 25 bis 40 l/m2 > 35 bis 60 l/m2
Warnung vor extremem Unwetter > 40 l/m2 > 60 l/m2

1 l/m2 entspricht einer Niederschlagshöhe von 1 mm, da

<math>1\,\text{Liter} = 1.000.000\,\text{mm}^3 = 1000\,\text{cm}^3 = 1\,\text{dm}^3 = 0,001\,\text{m}^3</math>

und

<math>1\,\text{m}^2 = 1.000.000\,\text{mm}^2 = 10.000\,\text{cm}^2 = 100\,\text{dm}^2</math>.

Starkregenindex

Die Einführung eines dimensionslosen Starkregenindex (SRI) intendiert mit 12 Warnstufen eine verständlichere Risikokommunikation. Er basiert bis Warnstufe 7 auf der dauerstufenabhängigen Wiederkehrzeit; die Warnstufen 7–12 beschreiben „extremen Starkregen“ mit einer Wiederkehrzeit größer 100 Jahre.<ref name="Starkregenindex" /> Stand 2024 ist der Starkregenindex jedoch nicht umfänglich in der Fachwelt und der Risikokommunikation etabliert.

Vorkommen und Entstehung

Entstehung

Starkregenereignisse treten in Deutschland vor allem im Sommerhalbjahr von Mai bis September am Nachmittag und Abend auf; häufig in Verbindung mit Sommer-Gewittern.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" /> In diesem Fall handelt es sich um konvektive Niederschlagsereignisse. Durch die Erwärmung am Boden erhalten Luftmassen einen vertikalen Auftrieb, der bei einer hochreichenden instabilen Schichtung der Atmosphäre zu hoher Kondensation und der Bildung von (Cumulonimbus)-Wolken mit großer vertikaler Ausdehnung von bis zu 12 km und einem starken Niederschlags- und Gewitterpotential führt.<ref> ESKP Wissensplattform Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft. Abgerufen am 28. Februar 2024 </ref>

Vorkommen in Deutschland

Von Starkregenereignisse sind alle Regionen Deutschlands betroffen. Statistisch gesehen sind innerhalb Deutschlands die Bundesländer Baden-Württemberg, Sachsen und Bayern und vor allem der Alpen­raum, sowie Ballungsräume am häufigsten von Starkregenereignissen betroffen.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" /> Vor allem kleinräumige Starkregenereignisse treten jedoch ohne räumlichen Schwerpunkt über ganz Deutschland verteilt auf.<ref name="KlamEx"> Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, Deutscher Wetterdienst: Klassifikation meteorologischer Extremereignisse zur Risikovorsorge gegenüber Starkregen für den Bevölkerungsschutz und die Stadtentwicklung (KlamEx), Projekt der Strategischen Behördenallianz ‚Anpassung an den Klimawandel'", Abschlussbericht für den Berichtszeitraum 1.1.2019 - 31.12.2020. veröffentlicht am 21.09.2021 </ref>

Jeder Ort in Deutschland kann also mit einem Starkregenereignis mit potentiell hohem Gefährdungsrisiko konfrontiert werden.

Folgen, Gefahren und Schäden

Risikofaktoren

Das Gefährdungspotenzial eines Starkregenereignisses hängt neben der Regenmenge von verschiedenen Faktoren ab; die gleiche Regenmenge pro Zeiteinheit und Gebietsgröße kann sehr verschieden schwere Auswirkungen zeigen.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" /> Zu diesen Faktoren gehören u. a. die Bodenbeschaffenheit und die sich daraus ergebende Infiltrationsrate, Geologie- und Reliefeigenschaften, die Landnutzung und Siedlungsstruktur. Des Weiteren sind die Vorfeuchte des Bodens und, im Fall von urbanen Räumen, die Leistungsfähigkeit und Vorbelastung der kommunalen Abwassersysteme zu beachten.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" />

Sturzfluten

In Folge eines Starkregenereignisses kann es zu Sturzfluten und Überschwemmungen kommen, die im Gegensatz zu Flusshochwasser sehr plötzlich und theoretisch an jedem Ort auftreten können. Diese können einhergehen mit Bodenerosionserscheinungen und dem Transport von Nähr- und Schadstoffen.<ref name="Mueller, Eva" />

In hügeligen oder bergigen Gegenden können auch Gebiete betroffen sein, in denen kein Starkregenereignis aufgetreten ist. Neben der reinen Wassermenge kann auch die Kraft der Wassermassen, z. B. durch mitgerissenes Treibgut, große Schäden anrichten. In Bergregionen kann ein Starkregenereignis darüber hinaus eine Schlammlawine auslösen.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" />

Siehe auch: Sturzflut

Materielle Schäden

Neben den Schäden durch abfließendes oder gestautes Oberflächenwasser, z. B. überflutete Straßen und Unterführungen und vollgelaufene Keller, können an der Infrastruktur auch Schäden durch Sicker- und Stauwasser, Kanalrückstau und eine Überlastung der Dachentwässerung entstehen.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" />

Die Kosten der sich aus lokalen Überflutungsereignissen ergebenden Flutschäden liegen typischerweise im vier- bis sechsstelligen Bereich. Experten gehen davon aus, dass die finanziellen Gesamtschäden solcher Ereignisse aufsummiert in einer ähnlichen Größenordnung liegen wie die Millionenschäden der selteneren Flusshochwasser.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" />

Im Zeitraum von 2000 bis 2017 sind nach Aussage des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) durch Starkregenereignisse Schäden an Wohngebäuden in der Höhe von 6,7 Milliarden Euro entstanden.<ref name="GDV Report 2020"> Naturgefahrenreport 2020: Die Schadenchronik der deutschen Versicherer, Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV), Stand: 2021</ref>

Starkregen und Flusshochwasser

Sturzfluten infolge Starkregen und Flusshochwasser unterscheiden sich in der Regel in der Entstehung, der Dauer und der unterschiedlichen räumlichen Ausprägung.<ref> Ulrich Maniak: Hydrologie und Wasserwirtschaft: Eine Einführung für Ingenieure; Springer Vieweg, 7. Auflage, Stand: 2016</ref> Die Gefahren von lokalen Sturzfluten infolge von Starkregenereignissen können somit nicht durch die bestehenden Hochwassergefahrenkarten abgebildet werden.

Starkregenereignisse können darüber hinaus auch Einfluss auf Flusshochwassergeschehen nehmen. Der Zusammenhang zwischen einem Starkregenereignis an einem Ort und gemessenen Pegelständen entlang des Flusslaufs stellt sich als komplex dar.<ref> Bissolli, P et al.: Zur Rolle des Starkniederschlages am 7.-9. August 2010 im Dreiländereck Polen, Tschechien, Deutschland bei der Entstehung der Hochwasser von Neiße, Spree und Elbe; Deutscher Wetterdienst, Geschäftsbereich Klima und Umwelt; 2010 </ref>

Starkregen und Abwasser

Bei Starkregen gelangen Kläranlagen oft an ihre Kapazitätsgrenzen. Infolge wird Abwasser aus Mischsystemen meist ungeklärt in Fließgewässer abgeleitet, was negative Folgen für die aquatischen Ökosysteme nach sich ziehen kann. Auch die Trinkwasserqualität kann im schlimmsten Fall darunter leiden und vom Baden in Gewässern wird nach Starkregenereignissen wegen der möglicherweise erhöhten Infektionsgefahr abgeraten.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Isabel Plana|Isabel Plana: }}{{#if:|{{#if:Mit blau-grüner Infrastruktur die Folgen von Starkregen abfedern|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Mit blau-grüner Infrastruktur die Folgen von Starkregen abfedern}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.eawag.ch/de/info/portal/aktuelles/news/mit-blau-gruener-infrastruktur-die-folgen-von-starkregen-abfedern/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Mit blau-grüner Infrastruktur die Folgen von Starkregen abfedern}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.eawag.ch/de/info/portal/aktuelles/news/mit-blau-gruener-infrastruktur-die-folgen-von-starkregen-abfedern/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Mit blau-grüner Infrastruktur die Folgen von Starkregen abfedern}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Eawag2024-10-10{{#if: 2025-07-30 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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Messung und Vorhersage

Messung

Niederschlag wird vorwiegend mit Niederschlagsmessern erfasst. Die räumliche und zeitliche Auflösung des Messnetzes des Deutschen Wetterdiensts ist zu gering, um alle Niederschlagsereignisse in Echtzeit zu erfassen. Dies gilt auch vor allem, auf Grund ihrer Kleinräumigkeit, für Starkregenereignisse.<ref name="Simmer"> Bruno Rudolf und Clemens Simmer: Niederschlag, Starkregen und Hochwasser; Deutscher Wetterdienst 2002 </ref>

Eine Erfassung flächendeckender, räumlicher Niederschlagsverteilung ermöglichen Niederschlagsradare und satellitengetragene Instrumente. Die Radarmessung von Niederschlagsintensitäten ist allerdings mit großen Unsicherheiten behaftet, die nur zum Teil durch eine Aneichung an die Daten des Bodennetzes ausgeglichen werden kann.<ref name="Simmer" />

Vorhersage von Starkregen und möglicher Folgen

Eine längerfristige Niederschlagsvorhersage über einen Zeitraum größer als wenige Stunden im Voraus erfordert eine gesamte numerische Wettervorhersage, welche auf physikalischen Modellen basiert. Die Niederschlagsvorhersage im Allgemeinen ist hierbei im Vergleich zu anderen Wetterelementen mit den größten Unsicherheiten behaftet. Aufgrund der für die numerische Wettervorhersage nötigen Parametrisierung ergibt sich vor allem für sehr kleinräumige und sich schnell entwickelnde Prozesse wie Starkregen und Gewitter eine große Unsicherheit.<ref name="Simmer" />

Eine Warnung vor Starkregen und dessen Folgen kann also meist nur sehr kurzfristig im Rahmen des radarbasierten Nowcastings erfolgen.<ref name="Flutvorhersage"> 13.) Wu, Wenyan; Emerton, Rebecca; Duan, Qingyun; Wood, Andrew W.; Wetterhall, Fredrik; Robertson, David E. (2020): Ensemble flood forecasting: Current status and future opportunities. In: WIREs Water 7 (3), Artikel e1432, e1432. DOI:10.1002/wat2.1432 </ref> Das Grundprinzip liegt hierbei darin, aus aktuellen Messdaten und Informationen zur Verlagerung von Niederschlagsgebieten auf die sehr nahe Zukunft (ca. ein bis zwei Stunden) zu schließen. Insbesondere für konvektive Niederschläge ist allerdings auch hier die Vorhersagefähigkeit für eine Vorhersagezeit größer als 30 Minuten nur noch sehr gering. Räumlich genaue und quantitativ gute Vorhersagen werden demnach meist nur für einen kurzen Zeitraum von unter einer Stunde erreicht. Für längere Vorhersagezeitäume müssen daher parallel zum Radar-Nowcast auch die Simulationen dynamischer Wettermodelle berücksichtigt werden.<ref name="Radar"> 13.) Axel Bronstert, Andreas Hänsler, Maik Heistermann, Alrun Jasper-Tönnies, Tanja Winterrath, Janek Zimmer (2025): Nutzung von Niederschlagsradar-Informationen zur Hochwasseranalyse: Möglichkeiten und Grenzen. Eine Zusammenfassung der Nutzung von Niederschlagsradar-Informationen in den Forschungsprojekten Inno_MAUS, AVOSS und ZwillE der BMBF-Fördermaßnahme Wasser-Extremereignisse (WaX) mit einer Einführung vom DWD. (PDF) </ref>

Als Alternative zu herkömmlichen Verfahren des Nowcastings haben sich in den letzten Jahren Deep Learning Modelle etabliert. Obwohl das Potential im Anwendungsbereich von Frühwarnsystemen groß ist, fällt bisherigen Modellen das Nowcasting von Starkniederschlägen noch schwer. Ein zielgenaueres Training der DL-Modelle in Hinblick auf Starkniederschläge ist Gegenstand aktueller Forschung.<ref name="Radar" />

Basierend auf der Niederschlagsvorhersage gibt es verschiedene, bereits etablierte numerisch-physikalische Modelle, um die Fließprozesse vorherzusagen.<ref name="real-time"> Henonin, Justine; Russo, Beniamino; Mark, Ole; Gourbesville, Philippe (2013): Real-time urban flood forecasting and modelling – a state of the art. In: Journal of Hydroinformatics 15 (3), S. 717–736. DOI:10.2166/hydro.2013.132. </ref> Im Sinne einer kürzeren Vorhersagedauer können empirische Hochwassermodelle, welche die Methode des Deep Learnings nutzen, im Vergleich zu konventionellen physikalischen Modellen eine Rechenzeitverkürzung ermöglichen.<ref name="real-time" />

Ein System von Modellen, das eine Ensembleprognose garantieren kann, die alle möglichen Folgen eines Starkregenereignisses voraussagt, ist noch Gegenstand der aktuellen Forschung.<ref name="Flutvorhersage" />

Starkregen und Klimawandel

Nach dem sechsten Sachstandsbericht des Weltklimarates IPCC ist es „sehr wahrscheinlich“, dass in Folge des menschengemachten Klimawandels über den meisten Landmassen der Erde extreme Niederschlagsereignisse häufiger und stärker auftreten werden. Für Europa wird eine Zunahme und Intensivierung extremer Niederschläge für eine globale Erwärmung von 2 °C als „wahrscheinlich“ und über 2 °C als „sehr wahrscheinlich“ eingestuft.<ref> 6. Sachstandsbericht des Weltklimarats IPCC, Arbeitsgruppe 1 (The Physical Science Basis), Kapitel 11.4 (Weather an Climate Extreme Events in a Changing Climate, Heavy Precipitation) </ref>

Für eine statistische Betrachtung ausreichend lange Zeitreihen zum Niederschlag in Deutschland liegen nur in Form von Punktmessungen durch Regenmesser vor. Da Niederschlag, und insbesondere Starkniederschlag, zeitlich und räumlich begrenzt auftritt, ist die Aussagekraft dieser Punktmessungen für belastbare deutschlandweite Trends eingeschränkt. In Zukunft können hier flächendeckende Radardaten Abhilfe schaffen.<ref name="KlamEx" />

Aussagen über potentielle Trends können über den Zusammenhang von Temperatur und Niederschlag gewonnen werden. Nach der Clausius-Clapeyron-Gleichung steigt mit der Temperatur auch das Starkregenpotential einer Luftmasse, da warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Auf Basis dessen ist mit steigender Temperatur mit einer Zunahme konvektiver Niederschläge auf Kosten stratiformen Regens zu rechnen. Dieser Temperatureffekt kann allerdings von großräumigen Wetterlagen überlagert werden.<ref name="KlamEx" />

Trotz bestehender Unsicherheiten prognostizieren viele Studien und Klimamodelle für Deutschland eine Zunahme der Extremwetterlagen mit Starkregen und Sturzfluten.<ref name="Handbuch Bürger und Kommunen" />

Hierbei schließen sich das mit dem Klimawandel vermehrte Auftreten von sommerlicher Trockenheit und eine Zunahme von konvektivem Starkregen nicht aus. So stellte z. B. 2018 eines der trockensten Jahre seit Beginn der Wetteraufzeichnung in Deutschland dar; gleichzeitig wurden für dieses Jahr aber auch die bis dahin meisten Starkniederschlagsereignisse erfasst.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Laut der Klimawissenschaftlerin Sonia Seneviratne von der ETH Zürich ist es bereits erwiesen, dass die Starkniederschläge weltweit intensiver geworden sind und häufiger auftreten.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Extreme Wetterereignisse - «Starkniederschläge sind intensiver und häufiger geworden»|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Extreme Wetterereignisse - «Starkniederschläge sind intensiver und häufiger geworden»}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.srf.ch/news/schweiz/extreme-wetterereignisse-starkniederschlaege-sind-intensiver-und-haeufiger-geworden%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Extreme Wetterereignisse - «Starkniederschläge sind intensiver und häufiger geworden»}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.srf.ch/news/schweiz/extreme-wetterereignisse-starkniederschlaege-sind-intensiver-und-haeufiger-geworden}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Extreme Wetterereignisse - «Starkniederschläge sind intensiver und häufiger geworden»}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:srf.ch2024-07-03{{#if: 2024-07-08 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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Siehe auch

Weblinks

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Einzelnachweise

<references />

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