Forschungstrends - Hydrologie: Neue Modelle für extremes Wetter gebraucht

20.04.18

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FNR
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In der Serie "Forschungstrends" sprechen Forscher aus Luxemburg über zukünftige Trends in ihrem Forschungsbereich. In diesem Beitrag: Laurent Pfister, Hydrologe am LIST.

Extreme Wetterlagen bestimmen immer häufiger die Schlagzeilen: Kleinräumige Unwetter, die in einem Landkreis oder in einer Stadt Bäche und Flüsse über die Ufer treten lassen, für voll gelaufene Keller und weggespülte Autos sorgen.

„Die Häufigkeit solch lokal begrenzter Wetterereignisse hat in den vergangenen Jahren zugenommen. Und wir nehmen an, dass sie weiter zunimmt, auch wenn die Beobachtungsreihen derzeit noch zu kurz für valide statistische Aussagen sind“, sagt Dr. habil. Laurent Pfister, Hydrologe und Leiter der Arbeitsgruppe „Catchment and Eco-Hydrology“ am Luxembourg Institute of Science and Techology (LIST): „Die Rechenmodelle, mit denen wir Hydrologen extreme Wasserstände und Wasserabfluss-Situationen modellieren, sind allerdings nicht auf solche Ereignisse ausgelegt. In den kommenden Jahren müssen wir deshalb unsere Methodik an die neue Situation anpassen. Dafür brauchen wir eine Generation an Hydrologen, die sehr gut fachübergreifend denken und technische Probleme lösen kann; Menschen also, die Hydrologie genauso verstehen wie Messtechnik oder Modellierung.“

Schwer zu messen: plötzliche, kleinräumige Unwetter

Extreme Wettersituationen sind eine Folge des Klimawandels. Bei höheren Temperaturen kann die Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen, was dann beispielsweise zu starken Gewittern und heftigen Regenfällen führen kann. „Das Besondere ist nicht nur, dass diese Ereignisse auf eine kleine Fläche beschränkt sind, sondern dass sie auch ganz plötzlich auftreten “, sagt Pfister: „Das bedeutet, dass es schwierig ist, die ablaufenden Prozesse mit der nötigen Zahl an Messinstrumenten zu erfassen. Außerdem sind die erreichten Werte – etwa die Niederschlagsmenge oder die Abflussmengen in Bächen und Kanälen, so groß, dass sie jenseits der Grenzen unserer Rechenmodelle sind.“

Das ist eine Erfahrung, die für Pfister und seine Kollegen noch relativ neu ist, wie der Wissenschaftler sagt: „Bisher sind Hydrologen davon ausgegangen, dass sich Wassereinzugsgebiete in einem relativ statischen Zustand befinden. Zwar gibt es Schwankungen, was die Regenmengen, den Grundwasserstand und andere Größen angeht. Bis vor wenigen Jahren haben wir aber noch angenommen, dass das Geschehen lange Zeiträume hinweg in einem bestimmten, gut definierten Messwertebereich abläuft.“

Die Systeme haben den stabilen Zustand verlassen

Das hat sich geändert, wie Pfister sagt: „Die Systeme haben den stabilen Zustand verlassen. Die Grenzen der Messwerte steigen kontinuierlich weiter nach oben oder nach unten.“ Die Rechenmodelle, mit denen die Forscher bisher den Zustand komplexer Wassersysteme simuliert haben, spiegeln das nicht wieder: „Wir brauchen neue Modelle, wenn wir auch in Zukunft belastbare Vorhersagen über das Wasserregime in einem Gebiet machen wollen.“

In Luxemburg laufen bereits zahlreiche Projekte, damit sich die Hydrologie an die veränderte Situation anpassen kann. „Wir arbeiten vor allem mit jungen Leuten, Doktoranden und Post-Docs“, so Pfister: „Sie lernen von Anfang an, verschiedene Perspektiven und Disziplinen in die Lösung des Problems mit einzubeziehen.“ So müssen beispielsweise mobile Messnetze aufgebaut werden, die innerhalb kürzester Zeit in einem Gebiet installiert werden können, für das ein extremes Wetterereignis vorhergesagt ist. „Wir brauchen aber auch neue Tracer – also natürliche und künstliche Nachweismittel, mit denen wir den Fluss des Wassers im Untergrund und seine Verweildauer in den Gesteinsschichten genau nachverfolgen können.“

Neue Methoden, neue Daten, neue Modelle

Die mit den neuen Methoden gewonnenen Daten müssen dann zur Entwicklung neuer Modelle genutzt werden. Das ist ein langwieriges Unterfangen, dass sich aber lohnt, wie Pfister feststellt: „Es ist absolut notwendig, zu wissen, wie sich unsere Wasservorräte entwickeln und welchen Einfluss neue klimatische Bedingungen darauf haben.“ Die Hydrologie steht also vor einer Revolution – damit wir auch in Zukunft über unser wichtigstes Lebensmittel genau Bescheid wissen.

Autor: FNR

Dieser Artikel stammt aus der Serie "Research trends" auf fnr.lu:

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Infobox

Luxemburg als hydrologische Modellregion

Luxemburg ist klein und hat ein sehr gleichmäßiges Klima. Unter der überschaubaren Fläche liegt allerdings ein sehr vielfältiger geologischer Untergrund. Das macht das Großherzogtum für Hydrologen sehr attraktiv. „Wir arbeiten mit Forschungsgruppen aus der ganzen Welt zusammen, die bei uns studieren, wie sich Grundwasserströme verhalten“, sagt Laurent Pfister. Basis der guten Zusammenarbeit ist eine genaue hydrologische Kartierung des Landes. „In den letzten 20 Jahren ist bei uns ein System von kleinräumigen und ineinander verschachtelten Beobachtungsräumen entstanden“, sagt Pfister: „Sie sind sehr genau kartiert und charakterisiert. Dank dieser Genauigkeit lassen sich viele hydrologische Abläufe bei uns grundsätzlich klären.“ Luxemburg ist dadurch zu einer hydrologischen Modellregion in Europa geworden.