Extreme Stürme wie Sandy oder Xaver kommen zwar nicht oft vor, aber wenn sie auftreten, müssen die Städte darauf vorbereitet sein.
Deshalb haben Forscher eine neue Methode entwickelt, die in einer kürzlich in Nature veröffentlichten Studie beschrieben wird, um zu ermitteln, wo Extremereignisse wie 100-jährliche Sturmfluten wahrscheinlicher auftreten, ob sich die Wahrscheinlichkeit solcher Extreme im Laufe der Zeit ändert und warum.
Dies sind wichtige Informationen, die die Städte nutzen können, um Ressourcen für den Hochwasserschutz, wie z. B. größere Deiche oder größere Pumpstationen, dort einzusetzen, wo sie am dringendsten benötigt werden.
„Wir wollen nicht zu viel planen und Geld verschwenden, um Dinge zu bauen, die größer sind als nötig, was sehr teuer ist“, sagt Thomas Wahl, Mitautor der Studie und Assistenzprofessor am UCF-Fachbereich für Bau-, Umwelt- und Konstruktionswesen sowie Mitglied des UCF National Center for Integrated Coastal Research.
„Andererseits wollen wir nicht zu klein bauen, um dann 20 Jahre später festzustellen, dass wir die Konstruktion unterschätzt haben und nun mehr Geld für die weitere Anpassung unserer Infrastruktur ausgeben müssen“, sagt er.
Die neue Studie analysiert die Entwicklung der Sturmfluten in den letzten fast 60 Jahren und zeigt, dass neben dem Anstieg des Meeresspiegels auch Veränderungen bei den Sturmfluten das Ausmaß extremer Überschwemmungen an den europäischen Küsten beeinflussen.
Während jedoch an einigen Orten eine zusätzliche Zunahme extremer Überschwemmungen aufgrund von Veränderungen bei den Sturmfluten zu verzeichnen ist, ist an anderen Orten ein Rückgang zu beobachten.
So ist beispielsweise an den nördlichen Küsten Schottlands die Wahrscheinlichkeit extremerer Überschwemmungen größer, während an den Küsten Spaniens, Frankreichs, Belgiens, der Niederlande, Deutschlands und Dänemarks die Wahrscheinlichkeit geringer ist, so die Studie.
„Was früher ein 50-jährliches Ereignis war, ist heute in einigen Gebieten ein 30-jährliches Ereignis“, sagt Wahl. „Die Wahrscheinlichkeit, dass bestimmte Extremereignisse eintreten könnten, ist also um fast 40 % gestiegen.
„In anderen Gebieten ist das, was in den 1960er Jahren ein 50-jähriges Ereignis mit einer Wahrscheinlichkeit von 2 % in einem bestimmten Jahr war, heute eher ein 100-jähriges Ereignis mit einer Wahrscheinlichkeit von nur 1 %“, sagt er. „Diese Veränderungen kommen noch zum Anstieg des Meeresspiegels hinzu. Während sich also an einigen Orten der Anstieg des Meeresspiegels und die Zunahme der Sturmfluten gegenseitig verstärken, heben sich diese beiden Effekte an anderen Orten auf.
Für die Studie haben die Forscher historische Pegeldaten aus den Jahren 1960 bis 2018 von 79 Orten entlang der europäischen Küsten in einen von ihnen entwickelten neuartigen statistischen Ansatz einbezogen.
Der Ansatz nutzt räumliche Abhängigkeiten bei Extremereignissen, um großräumige Veränderungen der Sturmflutstärken im Laufe der Zeit von Beobachtungsfehlern und kleinräumigem Rauschen zu trennen.
Auf diese Weise konnten sie kleine und verrauschte Stichproben kompensieren, wie sie für Pegeldaten typisch sind, sagt Francisco Mir Calafat, Hauptautor der Studie und leitender Wissenschaftler am National Oceanography Centre in Liverpool, Großbritannien.
„Unser neuer Ansatz hat es uns ermöglicht, Schätzungen der Veränderungen der Meeresspiegelextreme zu erhalten, die viel robuster und weniger unsicher sind als die von traditionellen Ansätzen“, sagt Calafat.
Durch die Kombination von Klimamodellsimulationen mit einem datengesteuerten Sturmflutmodell, das von dem Doktoranden und Mitautor der Studie, Michael Getachew Tadesse, an der UCF entwickelt wurde, konnten die Forscher feststellen, ob die Veränderungen der Sturmfluten auf interne Klimaschwankungen oder auf vom Menschen verursachte Ursachen zurückzuführen sind.
So zeigten die Studiendaten beispielsweise, dass vom Menschen verursachte Veränderungen wie erhöhte Treibhausgasemissionen die Wahrscheinlichkeit, dass die durch den Zyklon Xaver in Europa im Jahr 2013 verursachte Sturmflut auftrat, um etwa 20 % erhöhten.
„Unsere Studie hat ergeben, dass die Veränderungen der Stürme über Europa seit 1960 die Wahrscheinlichkeit extremer Meeresspiegelereignisse ebenso stark verändert haben wie der Anstieg des Meeresspiegels, und dass der vom Menschen verursachte Klimawandel dafür mitverantwortlich ist“, sagt Calafat. „Das ist ein überraschendes Ergebnis, denn vor unserer Studie war die vorherrschende Meinung, dass Veränderungen der Wahrscheinlichkeit extremer Meeresspiegelereignisse in erster Linie auf den Anstieg des Meeresspiegels zurückzuführen sind und kaum auf Veränderungen der Sturmaktivität.
Ein Grund dafür ist, dass die Rolle von Sturmfluten bis zu dieser Studie nicht leicht herauszufinden war, sagt Wahl.
„Wir haben extreme Meeresspiegelereignisse, die immer extremer werden, und das wissen wir schon seit einer Weile“, sagt Wahl. „Und wir wissen, dass der Anstieg des Meeresspiegels ein wichtiger Faktor ist, der zu höheren extremen Meeresspiegeln führt, weil einfach der Grundwasserspiegel höher ist. Ein Sturm wie Sandy im Jahr 2012 wäre im Jahr 1920 keine so große Sache gewesen.
„Aber es blieb immer die Frage offen, ob sich auch die Sturmflutaktivität verändert und zu häufigeren oder stärkeren Sturmfluten führt“, sagt er.
Obwohl die Studie Küstenlinien in Europa analysierte, planen die Forscher, die Methode weiterzuentwickeln und anzuwenden, um extreme Überschwemmungsrisiken in den USA und anderen Teilen der Welt zu untersuchen.
„Es wird wirklich interessant sein zu sehen, ob bessere, robustere Schätzungen uns ein klareres Bild davon geben, was die Vergangenheit uns über Veränderungen bei Sturmfluten sagen kann, die möglicherweise bereits an den Küsten der USA stattgefunden haben“, sagt er.
Die Arbeit erweitert Wahls Forschungsarbeiten über Veränderungen an den Küsten, einschließlich der Untersuchung von Überschwemmungen und eines besseren Verständnisses von Sturmfluten und damit zusammenhängenden Faktoren, wie etwa großräumige Klimaschwankungen.
An der Studie war auch Sarah N. Sparrow beteiligt, die Koordinatorin des Programms Climateprediction.net am e-Research Centre der Universität Oxford.
Das in der Studie verwendete Sturmflutmodell wurde im Rahmen von Wahls NASA Early Career Investigator Award entwickelt und wird in einem neuen Projekt, das vom NASA Sea Level Science Team und einem von der U.S. National Science Foundation im Rahmen des PREEVENTS-Programms geförderten Projekt unterstützt wird, weiterentwickelt und eingesetzt.
Datum: April 6, 2022
Quelle: Universität von Zentralflorida
Journal Reference:
- Francisco M. Calafat, Thomas Wahl, Michael Getachew Tadesse, Sarah N. Sparrow. Trends in Europe storm surge extremes match the rate of sea-level rise. Nature, 2022; 603 (7903): 841 DOI: 10.1038/s41586-022-04426-5