CEDIM Forensic Disaster Analysis
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CEDIM Forensic Disaster Analysis Anhand eines konkreten Hochwasserereignisses sollen für die „Forensic Disaster Analysis“ in CEDIM die Schnittstellen zwischen den multidisziplinären Einzelprojekten identifiziert werden, um konkret und effizient die weitere Zusammenarbeit zu planen und einen pro- jektübergreifenden Workflow für den Ereignisfall zu entwickeln. CEDIM Szenario: Hochwasser im Januar 2011 in Deutschland* Schneeschmelze und ergiebige Flächenniederschläge nach vorhergehendem Warmlufteinbruch am 7./8. und – intensiver - am 13./14. Januar 2011 führen fast im gesamten Bundesgebiet zu Hochwassersituationen von allerdings unterschiedlicher Intensität. Im Osten Deutschlands wird die Lage, insbesondere an der Oder, durch Eisdecken, Eisversatz und Treibeis zusätzlich ver- kompliziert. Teilweise erreichen die Abflüsse Jährlichkeiten von mehr als HQ 50. Die größten Jährlichkeiten wurden am Main, der Saale und im oberen Bereich des Wesereinzugsgebietes erreicht. Am besonders betroffenen Main zeigen die Abflusskurven zwei deutlich ausgeprägte Spitzen. In den anderen Gebieten ist das in geringerem Maße der Fall. Die Schifffahrt ist ab- schnittweise behindert bzw. eingestellt. Aufgrund der flächenhaften Wirksamkeit des Ereignis- ses ist zu vermuten, dass kumuliert durchaus signifikante monetäre Schäden aufgetreten sind. Diese haben allerdings nirgendwo katastrophale Ausmaße erreicht. * Die Kurzbeschreibung basiert auf dem internen Bericht „Januar 2011 - Hochwasser in Deutschland - Rapid Assessment des Ereignisses und seiner Auslöser - Lessons Learned von Steffi Uhlemann, Florian Elmer und Florian Betz (bei Interesse am gesamten Bericht, bitte an Florin Elmer wenden)
Abb. 1 Wiederkehrintervalle und Hydrographen an ausgewählten Pegeln Im Folgenden sind die Planungen der folgenden CEDIM Projekte zusammengestellt: CEDIM-Projekt: ATMO Forensic Prediction and Analysis / Wettergefahren-Frühwarnung, Verantwortlich: Bernhard Mühr, Michael Kunz CEDIM-Projekt: „Schnelle Hochwasserrisikoanalyse“, Verantwortlich: Heidi Kreibich, Sektion 5.4 Hydrologie GFZ CEDIM-Projekt: „Schnelle Abschätzung der Betriebsunterbrechungskosten“, Verantwortlich: Dr. Tina Comes und Marjorie Vannieuwenhuyse, IIP CEDIM-Projekte: „Crowdsourcing/Social Sensors“, Verantwortlich: Doris Dransch/Joachim Fohringer, Sektion 1.5 Geoinformatik, GFZ
Beteiligung bei der Bewertung von Hochwasserereignissen ATMO Forensic Prediction and Analysis / Wettergefahren-Frühwarnung Bernhard Mühr, Michael Kunz, 09. Januar 2011 1.) Vorhersage Prognose möglicher Hochwasserlagen Die Prognosen können 1 bis 5 Tage im Voraus erfolgen und sich auf Regionen in Deutschland, Europa oder der gesamten Welt beziehen. Die Grundlage solcher Vorhersagen bilden Modellprognosen verschiedener Wetterdienste. Als Arbeitsmodell steht derzeit das globale Modell GFS zur Verfügung, das derzeit in einer Auflösung von 0.5 Grad 3 stündige-Niederschlagsvorhersagen liefert. Für Deutschland können im Ereignisfall oder routinemäßig Niederschlagswerte für etwa 230 Gitterpunkte bereitgestellt werden. Das Format der Dateien (die z.B. als Eingangsdaten für andere Modelle) kann nach Bedarf angepasst werden . In der Zukunft werden weitere Vorhersagemodelle und –systeme berücksichtigt (siehe Punkt 4). Persönliche Einschätzung Bei einer möglicherweise bevorstehenden Hochwasserlage oder während einer solchen können persönliche Einschätzungen angefordert werden mit Angaben zu Intensität und Dauer möglicher Wassereinträge (in Abhängigkeit der Temperatur zusätzlicher Schmelzwassereintrag, zeitliche und räumliche Abflussspitzen in bestimmten Einzugsgebieten usw..). Der Informationsaustausch kann schriftlich in Form kurzer Mitteilungen oder telefonisch erfolgen. Pegelprognosen oder Wasserstandsangaben können nicht gemacht werden. 2.) Im Ereignisfall Während eines Hochwasserereignisses, das manchmal mehrere Tage oder sogar Wochen andauert, können sowohl persönliche Einschätzungen gegeben als auch weitere Niederschlagsprognosen-Daten bereitgestellt werden. Diese Informationen werden ergänzt durch aktuelle Messwerte (Niederschlagsmeldungen (stündlich oder täglich, Pegelstände, Radarbilder usw.). Für Deutschland stehen Daten von rund 4000 Niederschlagsstationen des Deutschen
Wetterdienstes zur Verfügung. Die Daten werden routinemäßig oder bei Bedarf zusammengestellt und aufbereitet. Eine Beteiligung an ersten Berichten bzw. Reports mit Analysen und Bewertungen ist möglich. 3.) Nach dem Ereignis Nach dem Ereignis erfolgt die Bereitstellung von umfangreicheren Informationen zum Wetterablauf, zum Verlauf der Niederschlagsaktivität mit Messwerten, Karten, Analysen usw,., außerdem Beiträge zu Berichten und Reports. Aus Regnie-Datensätzen, die speziell beim DWD angefordert werden müssen, kann ein hoch aufgelöstes Bild (1 km x 1 km) der Niederschlagsverteilung erstellt werden. Alle für die eventuelle Einspeisung in eine Ereignisdatenbank nötigen Informationen werden je nach Verfügbarkeit und Machbarkeit zusammen- und bereitgestellt. Durch Vergleich mit den Datenarchiven vergangener Ereignisse der Vergangenheit kann eine Bewertung des aktuellen Ereignisses im klimatologischen Kontext vorgenommen werden. 4.) Weitere Informationen / Zukunft Gegenwärtig erfolgt die Implementierung des hochaufgelösten WRF Modells auf einem neuen und leistungsfähigen Rechner. Nach dessen erfolgreicher Inbetriebnahme und der Aufnahme des Routinebetriebs (voraussichtlich Mitte 2012) stehen Prognosen in einer hohen Auflösung zur Verfügung (wenige Kilometer). Dann können für mittlere und größere Einzugsgebiete Prognosedaten (bis ca 3 Tage im Voraus) zur Verfügung gestellt werden in Kartenform oder als ascii-Werte oder als netcdf-Dateien. Für die nachträgliche Analyse von Hochwasserereignissen kann das WRF-Modell ebenfalls eingesetzt werden. In einem weiteren Schritt werden probabilistische Ensembleprognosen (GFS) gerechnet, die Aussagen über Überschreitungs- bzw. Eintreffwahrscheinlichkeiten von Niederschlagsereignissen ermöglichen. Ein weiteres hochaufgelöstes Modell (COSMO-ART) für den quasi-operationellen Betrieb wird in 2013 implementiert. Mit COSMO steht eine weitere Quelle für Vorhersagen und Analysen zur Verfügung.
CEDIM-Projekt: „Schnelle Hochwasserrisikoanalyse“
Verantwortlich: Heidi Kreibich, Sektion 5.4 Hydrologie GFZ
Zeitlicher Ablauf Grundlagendaten / Schnittstelle zu an- Analysen / Bewer- Ergebnis (Input für Ab wann möglich / Einschränkungen /
Wann? Input (Quelle) deren CEDIM Pro- tungen andere CEDIM Pro- Vorbereitung, Ent- sonst. Bemerkungen
jekten jekte?) wicklungsbedarf
Ab ca. 7. Januar Abflussdaten (häufig Abschätzung der Räumlich verteilte ab Mitte 2012 / Die Analyse, Bewer-
2011 (während des nur Wasserstands- Jährlichkeit der Ab- Informationen zur Verbesserung der tung wird nur für
Ereignisses wenn Daten verfügbar) flüsse an den einzel- Jährlichkeitseinschät Beschaffung von großräumige Hoch-
Warnstufen über- nen Pegeln zung des Ereignis- Ad-hoc- Abflussda- wasserereignisse in
schritten sind, so Quellen: BfG (UN- ses, Identifikation ten; Deutschland durch-
dass Abflussdaten DINE), der Betroffenheit Aktualisierung und geführt
online verfügbar ELWIS/Pegel online, verschiedener Ein- Vervollständigung
sind) Pegelbetreiber in den zugsgebiete der Pegeldatenbank,
Ländern Entwicklung einer
Routine zur kontinu-
ierlichen Aktualisie-
rung der Pegeldaten-
bank;
Entwicklung eines
Standardverfahrens
zur Bestimmung der
Wiederkehrwahr-
scheinlichkeit
(schnelles, einfach
anwendbares
Matlab-Skript)
Ab ca. 18. Januar Informationen und Wettergefahren- Synthetisieren der Hochwassertypolo- ab Mitte 2012 / Siehe oben
2011 (während des Daten über die hyd- Frühwarnung (Bern- hydro-meteorolo- gie des Ereignisses, Aktualisierung und
Ereignisses nach ro-meteorologischen hard Mühr, KIT) und gischen Information Informationen zur Ergänzung des Er-Überschreitung des; Ursachen des Hoch- evt. Meteorologie und der räumlichen Größenordnung / eigniskatalogs und
Peaks) wassers (z.B. Zirku- des KIT Jährlichkeitsverteilu Schwere des Ereig- Weiterentwicklung
lationsmuster, Nie- ng zu einer Fluttypo- nisses zur Ereignisdaten-
derschlag, Tempera- logie Informationen zu bank.
tur, Vorbedingungen vergleichbaren Er- Entwicklung von
(z.B. Bodenfeuchte, CEDIM-Projekt Einordnung des Er- eignissen in der Ver- „Fact Sheets“ zu
Schneedecke) „Case-based eignisses in einen gangenheit Ereignistypen, Ent-
reasoning“ Katalog historischer wicklung einer Me-
Quelle: Wettergefah- großräumiger thode zur Identifika-
ren-Frühwarnung Hochwasserereignis- tion vergleichbarer
(Bernhard Mühr, se in Deutschland Ereignisse (evtl.
KIT) und evt. Mete- (seit 1950 – heute) Anwendung von
orologie des KIT Case-based
reasoning)
Februar / März 2011 Überflutungsmasken Evtl. Abgleich der Schnelle Schätzung Größenordnung der Ca. ab Ende 2013 / Siehe oben; Außer-
(nach dem Ereignis, aus Satelliteninfor- Ergebnisse mit dem direkter Schäden für resultierenden Schä- Klärung der Koope- dem kann die Scha-
sobald Überflu- mation CEDIM-Projekt einzelne Schadens- den sowie der An- ration mit ZKI-DLR denschätzung nur da
tungsmasken aus Quelle: ZKI-DLR „crowd sourcing“ sektoren (Wohnge- zahl der betroffenen erfolgen wo Überflu-
Satellitenbildern bäude, Unterneh- Personen; Informati- Evtl. Entwicklung tungsmasken vorlie-
vorliegen, bei die- Digitale Gelände- men) mit den onen zu vergleichba- und Etablierung gen, d.h. wenn die
sem Ereignis hat es modelle mesoskaligen Scha- ren Ereignissen in einer automatisierten Satellitendaten nur
sehr lange gedauert, Quelle: Landesver- densmodellen der Vergangenheit Methode zur Ab- fragmentiert vorhan-
da es keinen Charter- messungsämter, FLEMOps und schätzung der Was- den sind, kann keine
Call gab, bei „Char- BKG, ? FLEMOcs sertiefen Schadenschätzung
ter-Call-Ereignissen“ für das gesamte Er-
Tage bis wenige Wassertiefen in den Weiterentwicklung eignis durchgeführt
Wochen nach dem Überschwemmungs- der FLEMO- werden.
Überschreiten des flächen Modelle zur schnel-
Peaks) Quelle: noch unklar, len Schadenschät-
entweder ZKI-DLR zung
oder es muss eineeigene Methode Ergänzung des Er- entwickelt werden eigniskatalogs mit und die Berechnun- Schadeninformatio- gen müssen in der nen Sektion 5.4 durchge- führt werden Aktualisierte Daten zur Exposition von Wohngebäuden und Unternehmen in Deutschland liegen in der Sektion 5.4 vor
CEDIM-Projekt: „Schnelle Abschätzung der Betriebsunterbrechungskosten“
Verantwortlich: Dr. Tina Comes und Marjorie Vannieuwenhuyse, IIP
Zeitlicher Ablauf Grundlagendaten / Schnittstelle zu Analysen / Bewer- Ergebnis (Input für Ab wann möglich / Einschränkungen /
Wann? Input (Quelle) anderen CEDIM tungen andere CEDIM Vorbereitung, Ent- sonst. Bemerkun-
Projekten Projekte?) wicklungsbedarf gen
Nach 2-3 Tagen Dauer der Betriebs- CEDIM Projekt - Einordnung des Szenarien zur groben - Prototyp ab Mitte I-O Tabellen nur für
unterbrechung „Naturkatastrophen Ereignisses (Grad Abschätzung (natio- 2012/ Modell muss UNECE Länder
(Schätzung aus ver- und Verkehrsinfra- der Schwere und nal) der Schäden noch entwickelt verfügbar
gangene Ereignisse) struktur“ Abschätzung der werden
betroffene Sektoren CEDIM-Projekt Dauer) /Input von - automatisches Ge-
Information zu ver- Case-Based CBR nerieren eines Satzes
gangene Schäden Reasoning (Informa- - Analyse der betrof- von Szenarien zur
Nationale Input- tionen zu vergange- fenen Wirtschafts- Einordnung der
Output Tabelle der nen Ereignisse) strukturen möglichen Schäden
Volkswirtschaftli-
- Analyse der Ver- gemäß verschiedener
chen Gesamtrech-
flechtungen Entwicklungspfade:
nung (UNECE)
Ende 2013
reg. Wertschöpfung
pro Sektor (UNECE)
BIP
Nach 5 Tagen wäh- ausfallende Infra- CEDIM Projekt - Vulnerabilitätsana- Regionale Abschät- Prototyp ab Mitte Ansatz für D (Ba-
rend des Ereignisses strukturen, Schwer- „Naturkatastrophen lyse auf regionaler zung der Vulnerabi- 2012/ Weiterent- Wü) bereits entwi-
(wenn erste Informa- punkt: KRITIS und Verkehrsinfra- und sektoraler Ebene lität gegenüber Be- wicklung des ckelt
tionen zu den betrof- Für jeden Industrie- struktur“ (Aggregationsniveau triebsunterbrechunge Indikatorenmodells:
fenen Gebieten vor- sektor, Analyse eines muss je nach verfüg- n Übertragebarkeit und
liegen); Indikatorensatzes, barer Information Vulnerabilitätsran- verfügbare Informa-
danach: sukzessive bspw.: angepasst werden) king der Industrie- tionen
Anzahl Industrieein- sektoren und der
Verbesserung der - Identifikation von - Identifikation von
heiten Regionen
Informationslage Schwachstellen und Hotspots und Ent-und entsprechende Bruttoanalagenver- besonders gefährde- Identifikation von scheidungsunterstüt-
Anpassung von Mo- mögen ten Sektoren Hotspots und Vulne- zung: ab Mitte 2013
dell und Aktualisie- Anzahl Beschäftig- rabilitätstreibern
rung der Ergebnisse ten Basis für Entschei-
Personalkosten dungsunterstützung:
Elektrizitätsver- Identifikation der
brauch effektivsten Maß-
Wasserverbrauch nahmen
Selbstgenerierte
Elektrizität / Wasser
Materialkosten
Input Output Rech-
nung
Für jede Region:
Wertschöpfung
BIP
Anzahl Beschäftigte
Nach 1-2 Wochen Abschätzung der CEDIM Projekt - Abschätzung der Szenarien, die - Prototyp: Mitte - je nach Datenlage
(während des Ereig- Vulnerabilität „Naturkatastrophen indirekten ökonomi- Entwicklungspfade 2013 evtl. auch für einzel-
nisses); sukzessive Analyse zu Schwere und Verkehrsinfra- schen Konsequenzen aufzeigen und die ne Unternehmen
Anpassung und Ver- und Dauer des Er- struktur“ auf nationaler, regio- indirekten ökono- möglich
besserung der Er- eignisses CEDIM-Projekt naler und sektoraler mischen Schäden
gebnisse Vulnerabilitätsanaly- Case-Based Ebene quantifizieren
se Reasoning (Informa- Grundlage für Ent-
Informationen zur tionen zu vergange- scheidungsunter-
Wirtschaftsstruktur nen Ereignisse) stützung (für Fir-
- Information zu
men und Notfallbe-
weiteren möglichen
hörden)
Entwicklungen der
Situation und zu ge-
planten und imple-
mentierten Maß-nahmen
Sobald Information Information zu ver- Case-Based Abschätzung der Ab Mitte 2013/
zu vergleichbare gangenen Ereignis Reasoning Schäden Szenarioentwicklung
Ereignisse vorliegen bzgl. Indikatoren und Schnittstelle zu
und die Vulnerabili- und indirekten Schä- CBR und Vulnerabi-
tät bestimmt wurde den litätsanalyse müssen
entwickelt werdenCEDIM-Projekte: „Crowdsourcing/Social Sensors“
Verantwortlich: Doris Dransch/Joachim Fohringer, Sektion 1.5 Geoinformatik, GFZ
Christian Lucas, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, KIT
Zeitlicher Ablauf Grundlagendaten / Schnittstelle zu an- Analysen / Bewer- Ergebnis (Input für Ab wann möglich / Einschränkungen /
Input (Quelle) deren CEDIM Pro- tungen andere CEDIM Pro- Vorbereitung, Ent- sonst. Bemerkungen
Wann? jekten jekte?) wicklungsbedarf
Ab ca. 7. Januar Twitter, evtl. weitere Hochwasser, Selektion ereignisre- Sammlung von gefil- Ab 1. Quartal 2012, Menge der Daten
2011 (sobald Social Social Networks levanter terten Nachrichten, Entwicklung eines hängt ist abhängig
Media-Nutzer Nach- Erdbeben Nachhrichten. Erste die potentiell Infor- Algorithmus zur vom Ereignis, groß-
richten über ein Er- grobe Lokalisierung mationen zu einem Datensammlung, räumige Ereignisse
eignis austauschen) sowie räumliche bestimmten Ereignis sind vermutlich zur
Ausmasse des Ereig- enthalten Entwicklung eines Informationsgewin-
nisses, Bestimmung browserbasierten nung besser geeig-
der Nachrichtenfre- Prototyp zur Unter- net,
quenz (z.B. als Indi- stützung der Lokali-
kator für Stärke des sierung des Mel- Prototyp wird zu-
Ereignisses) dungsbezuges nächst auf OSM-
Daten arbeiten und
sich auf den urbanen
Raum beschränken
Ab ca. 10. Januar Twitter, ggf. weitere Hochwasser, Klassifikation von erste (vorläufige) Ab Mitte/Ende 2012, Ab Mitte/Ende2012,
2011, ggf. früher Datenquellen, relevanten Nachrich- Parameter für Scha- Erweiterung des
Erdbeben ten, denschätzung (z.B. Identifikation der für Prototyp um die
bei hinreichender durch Social-Media- Schadenmodelle Möglichkeit der Ver-
Größe des Ereignis- Genauere Lokalisie- Nutzer erfasste Was- relevante Parameter. arbeitung „globaler“
ses wird vermutlich rung, Plausibilitäts- sertiefen, Beben- Entwicklung Para- Referenzeirungen
ein CrowdMap- prüfungen, Vergleich Intensität) meterextraktionsme-
Service (ushahidi) mit anderen Daten- thoden aus Nachrich- Ab 2013, Berück-aufgesetzt quellen ten, Identifikation sichtigung zusätzli-
von verfügbaren cher Information,
Datenquellen zur bspw. aus Googel,
Ergänzung der ex- um den raumbezoge-
trahierten Daten, nen Informationsge-
Entwicklung von halt von OSM anzu-
Datenintegrations- reichern und globale
methoden, Lokalisierung zu
ermöglichen,
Erweiterung des
Funktionsumfanges Multilingualität
des Prototypen
Februar/März 2011 Twitter, ggf. weitere Hochwasser, Auswertung des Parameter für Scha- 2013
(nach dem Ereignis, Datenquellen zeitlichen Verlaufs denmodelle (z.B.
wenn keine oder nur Erdbeben der Informationsex- FLEMO-Modelle,
noch irrelevante traktion (ab wann Erdbeben-
Nachrichten ausge- war welche Informa- Intensitätsdaten ba-
tauscht werden) tion in welcher Qua- sierend auf EMS-98)
lität verfügbar)Sie können auch lesen
