Kombinierte Anwendung von statistischen und deterministischen Methoden zur Detektion des Einflusses klimatischer Veränderungen auf das Niedrigwasser

Damit werden die bestehenden Arbeiten zum Merkblatt DWA-M 541 aufgegriffen und weitergehende, zum Teil durch eigene Forschungsarbeiten noch zu untersetzende methodische Erkenntnisse zur stärkeren Berücksichtigung der Thematik Klimawandel sowie wesentliche Hilfestellungen für die weitergehende Bewertung und Einordnung statistischer Niedrigwasser-Kenngrößen festgelegt.

Hintergrund

Hydrologische Abfluss-Zeitreihen sind in der Regel gekennzeichnet durch eine Persistenz bzw. ein Gedächtnis (Auto-Korrelation), die einerseits durch die Charakteristik des Einzugsgebiets und andererseits durch Klimagrößen wie Niederschlag und Strahlung geprägt ist, wobei in der Regel zwischen der Kurzzeit- (STP = short-term persistence) und der über viele Jahrzehnte bis hin zu Jahrhunderten und Jahrtausenden zurückreichenden Langzeit-Persistenz (LTP = long-term persistence) unterschieden wird. Insbesondere mit Blick auf die LTP ist problematisch, dass die Unterscheidung zwischen einem langzeitautokorrelierten stationären Prozess, der die Variabilität des natürlichen klimatischen Systems beschreibt, nicht leicht unterscheidbar ist von einem instationären Prozess mit deterministischer Trendkomponente (Lins und Cohn, 2011). Auch Mischformen (STP + LTP + Trend) sind möglich. Bei Prozessen dieser Struktur können jedoch bestimmte Grundvoraussetzungen für die Anwendung klassischer Methoden der hydrologischen Statistik verletzt sein, was wiederum zu Fehlinterpretationen der Ergebnisse führen kann. Aktuell wird in der Fachwelt intensiv diskutiert, inwieweit die Stationaritätsannahme, die den typischen in der Bemessungspraxis angewandten Methoden in der Regel zugrunde liegt, weiterhin ihre Gültigkeit hat (Lins und Cohn, 2011; Montanari und Koutsoyiannnis, 2014) oder durch Ansätze ersetzt werden sollte, die auf diese Annahme verzichten (Craig, 2010; Milly et al., 2015).

Ziel und Fragestellung

Vor diesem skizzierten Hintergrund will sich die Arbeitsgruppe in einem ersten Schritt primär der Frage widmen, welche methodischen Ergänzungen bei der Berücksichtigung etwaig autokorrelierter Niedrigwasserserien erforderlich sind, um (Interpretations)-Fehler bei der Analyse der Serien zu minimieren.

Teilschwerpunkt der Arbeit ist es dabei auch, die Bedeutung von Auto-Korrelationen für zutreffende Interpretationen von Zeitreihen-Daten zu kommunizieren, Vorgehensweisen zur Erkennung solcher Werte zu definieren und gegebenenfalls darauf aufbauend Vorgehensweisen zur Bewertung und zur Bestimmung der Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes solcher Methoden aufzuzeigen. In diesem Zusammenhang sind auch weitere Themen von Belang, unter anderem zeitliche und kausale Informationserweiterungen bei Wahrscheinlichkeitsanalysen, die neben statistischen Verfahren auch deterministische Modellansätze (mit zu bewertenden Unsicherheiten) beinhalten.

Bewerbungen von jungen Berufskolleg*innen sind ausdrücklich herzlich willkommen!

DWA-Bundesgeschäftsstelle, Dipl.-Geogr. Dirk Barion, Theodor-Heuss-Allee 17, 53773 Hennef; Tel. 0 22 42/872-161, Fax 0 22 42/872-184, E-Mail: barion@dwa.de