Mit Radardaten in die nächste Dimension - Niederschlagsklimatologie: Daten und Produkte - Deutscher ...
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Niederschlagsklimatologie: Daten und Produkte Mit Radardaten in die nächste Dimension
RADKLIM – die Starkregenklimatologie
auf Basis des Wetterradars
Extreme Niederschlagsereignisse beeinflussen unser Leben und unsere
Infrastruktur. Nicht selten gehen sie mit großen Schäden einher oder for-
dern im schlimmsten Fall sogar Menschenleben. Eine zentrale Frage der
Klimatologie ist die nach der Häufigkeit und Ausprägung solcher Stark
regenereignisse. Die Herausforderung dabei war bislang: Starkregen
ereignisse sind zum Teil sehr kleinräumig und fallen sozusagen „zwischen
die klassischen Messtöpfe“. Selbst wenn ein Niederschlagsmessgerät
am Boden getroffen wird, ist das Ergebnis nur eine Momentaufnahme in
Raum und Zeit. Die Größe und Dynamik eines Ereignisses bleiben ver-
borgen. Die Lösung: Wetterradare scannen permanent die Atmosphäre in
einem großen Volumen um das Radargerät herum und ermöglichen somit
die flächendeckende Erfassung aller Niederschläge – vom großräumigen
Landregen bis zum lokalen Schauer.
Der Deutsche Wetterdienst hat seine Radardaten kli
matologisch aufbereitet und ausgewertet. Der resultie
rende RADKLIM-Datensatz liefert einen qualitätskon
trollierten Niederschlagsdatensatz für Deutschland ab
2001 und stellt eine Datenreferenz für kleinräumige
Starkregenereignisse dar. Zusätzlich ist der abgelei
tete R-Faktor (Niederschlagserosivität) der Allgemei
nen Bodenabtragsgleichung (ABAG) verfügbar. Der
Ereigniskatalog CatRaRE listet und charakterisiert
alle extremen Niederschlagsereignisse seit 2001 und
kombiniert diese mit umfangreichen Attributen über
meteorologische, geografische und demografische
Gegebenheiten.
Messung von Starkregen mit Hilfe des Wetterradars
Der Deutsche Wetterdienst betreibt heute ein Mess
netz aus 17 Wetterradaren. Während der Messung
drehen sich die Geräte um die eigene Achse und vari
ieren den Antennenwinkel, so dass alle 5 Minuten die
Atmosphäre um das Radar umfangreich vermessen
wird. Zur Bestimmung des Niederschlags am Boden
wird insbesondere der sogenannte Niederschlagsscan
verwendet. Dieser variiert den Elevationswinkel je
nach Blickrichtung so, dass die Messung immer mög
lichst bodennah erfolgt und dabei Hindernissen wie
DWD-Radarturm am
▲
Standort Isen
2
D
DÄÄN
NEEM
MAAR
RKK 2001 - 2020
Ostsee
see
Nord
Deutschlandkarte des mittleren Jahres- Kiel
niederschlags 2001 – 2020 ▶
Schwerin
Hamburg
EE P
POO LLE
ENN
NN
DD Bremen
LLAA
beispielsweise Gebirgen oder auch der nahen Bebau DD
EE
RR
IIEE Berlin
ung ausweicht. Um konkrete Niederschlagsmengen NN
Hannover
Potsdam
zu erhalten, durchlaufen die Daten vielfältige Stufen Magdeburg
der Qualitätskontrolle und werden schließlich an die
direkten Messungen der Bodenstationen „angeeicht“.
Hierzu kalibriert man den aus den Reflektivitäten Düsseldorf
Dresden
Erfurt
der Radarmessung abgeleiteten Niederschlagswert
N
an den Orten der Bodenmessungen und überträgt
IE
LG
Wiesbaden
diese Information in die Fläche. Fügt man die loka
BE
TTS
SCCH
HEEC
CHH IIE
ENN
len Produkte der Radarstandorte zu einem Komposit LLU
B
UX
BU
UR
XE
EM
RG
G
M -- Mainz
zusammen, erhält man eine flächendeckende Analyse
des Niederschlags, die fast das gesamte Gebiet der Saarbrücken
Bundesrepublik Deutschland abdeckt. Der Deutsche
Stuttgart
Wetterdienst stellt seit Juni 2005 Echtzeitdaten für
FFR
RAAN
NKKR
REEIIC
CHH
den Hochwasserschutz zur Verfügung. Diese stations-
München
und radarbasierten stündlichen Niederschlagsdaten ÖSTERREICH
aus der Radar-Online-Aneichung (RADOLAN) stehen
S
SCCH
HWWE
E IIZZ
jeweils für 48 Stunden frei auf dem Datenserver des
Mittlere Niederschlagssumme [mm]
DWD zur Verfügung.
400 550 700 850 1000 1150 1300 1450
Die radarbasierte Niederschlagsklimatologie RADKLIM
Regionen mit mehr als 7,5 % Datenlücken
Nicht nur die zeitnahe Erfassung extremer Nieder
Geodaten: © GeoBasis-DE/BKG 2020 (Stand: 01.01.2020); Klimadaten und Darstellung:
schläge zur Optimierung von Wetter- und Hochwasser © DWD 2021 (RADKLIM Daten DOI: 10.5676/DWD/RADKLIM_RW_V2017.002).
warnungen erfordert radarbasierte Messungen. Auch
die Beantwortung klimatologischer Fragestellungen DX mit einer Reichweite von 128 km um den jeweili
nach dem Status oder potenziellen Trends in der gen Radarstandort. Die klimatologische Aufbereitung
Häufigkeit des Auftretens extremer Niederschläge der Daten umfasst im Vergleich zu den Echtzeitdaten
erfordert die zuverlässige Erfassung aller Nieder (RADOLAN) spezielle Verfahren der Qualitätsverbes
schlagsereignisse und damit optimalerweise eine serung. Für die Aneichung der radarbasierten Nieder
flächendeckende Datengrundlage. schlagsstundensummen werden zusätzlich zu den
automatischen (stündlichen) auch manuelle (tägliche)
Der klimatologische Niederschlagsdatensatz RAD Stationsdaten verwendet. Eine Quantifizierung der
KLIM basiert auf dem lokalen Reflektivitätsprodukt 5-min-Niederschlagsraten erfolgt über eine Skalie
rung unter Verwendung der mit Hilfe von Stations
daten quantifizierten Stundensumme. Alle Produkte
FAKTEN liegen als Rasterdaten projiziert auf eine Pixelfläche
von einem Quadratkilometer vor.
Die Entwicklung der radarbasierten Niederschlags-
klimatologie RADKLIM erfolgte im Rahmen des
Folgende Produkte sind verfügbar:
Forschungsprojekts „Erstellung einer dekadischen
◾ RW = stündlich angeeichte Niederschlagsstunden
radargestützten hochauflösenden Niederschlags-
summen für die Stunde von (hh-1):50 bis hh:50
klimatologie für Deutschland zur Auswertung der
◾ YW = kalibrierte 5-Minuten-Niederschlagsrate
rezenten Änderung des Extremverhaltens von Nie-
derschlag“ (2014– 2017) der Strategischen Behör-
RADKLIM enthält für praktisch jeden Ort in Deutsch
denallianz „Anpassung an den Klimawandel“ beste-
land Informationen über den gefallenen Niederschlag
hend aus dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz
ab 2001 und wird jährlich fortgeschrieben. Extreme
und Katastrophenhilfe (BBK), dem Bundesinstitut
Niederschlagsereignisse lassen sich somit mit großer
für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR), dem
Genauigkeit im Nachhinein analysieren, zum Beispiel
Deutschen Wetterdienst (DWD), dem Technischen
im Hinblick auf eingetretene Hochwasserereignisse
Hilfswerk (THW) und dem Umweltbundesamt (UBA).
und Unwetterschäden.
3
Erosion nach Starkregen
auf einem Acker ▶
Deutschlandweite Daten der Niederschlagserosivität –
der R-Faktor
Starkregen verursacht Erosion und führt damit zu ei
nem unwiederbringlichen Verlust wertvollen Bodens.
Die Allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG)
ermöglicht die Bestimmung der Erosionsgefährdung
landwirtschaftlich genutzter Ackerflächen durch
Niederschlag. Ein wichtiger Bestandteil der ABAG
ist die Niederschlagserosivität, also das Potenzial
eines Regens, Bodenerosion zu verursachen. Hierbei
handelt es sich um eine rein meteorologische Größe,
die sich aus dem Produkt der kinetischen Energie
des erosionswirksamen Regens und der maximalen
30-Minuten-Intensität des Ereignisses bestimmt. Die Stationsmessungen bestimmt. Die RADKLIM-Daten
langjährige mittlere Regenerosivität wird als R-Faktor bieten nun die Möglichkeit, räumlich konsistente
bezeichnet und wurde bislang auf Basis punktueller R-Faktoren für Deutschland zu bestimmen.
Der R-Faktor wurde als mittlerer Jahreswert für die
Zeit von 2001 bis 2017 auf Basis der radarbasierten
Niederschlagsdaten RW aus RADKLIM für das ge
samte Bundesgebiet berechnet. Um die Unterschiede
zwischen den Flächenmitteln aus RADKLIM und den
Stationsmessungen auszugleichen, flossen statistisch
ermittelte Korrekturfaktoren in die Berechnung ein.
Da die zugrundeliegende Zeitreihe aus RADKLIM mit
17 Jahren relativ kurz war, wurde der Datensatz um
fangreich statistisch nachprozessiert und geglättet.
Die mittleren R-Faktoren stehen als hoch aufgelöste
deutschlandweite Rasterdaten zur Verfügung.
Zusätzlich erfolgt im Rahmen der jährlichen Fort
schreibung von RADKLIM eine Berechnung des
R-Faktors für das vorangegangene Jahr. Die jährlichen
R-Faktoren stehen als Mittelwerte für alle Kreise in
Deutschland zur Verfügung.
FAKTEN
Die Aufbereitung der R-Faktoren erfolgte in Zusam-
menarbeit mit dem vom Bayerischen Staatsminis-
terium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
geförderten Projekt „Ermittlung des Raum- und
Jahreszeitmusters der Regenerosivität in Bayern aus
radargestützten Niederschlagsdaten zur Verbes-
serung der Erosionsprognose mit der Allgemeinen
Bodenabtragsgleichung” (2015 – 2018) der Bayeri-
schen Landesanstalt für Landwirtschaft sowie dem
▲ Deutschlandkarte des mittleren jährlichen R-Faktors Lehrstuhl für Grünlandlehre der TU München.
4
Starkregen in Münster am 28. Juli 2014 – Ereignisfallstudium:
links: Darstellung des Ortes mit maximalem Niederschlag (Dreieck)
und des Ereignispolygons, das die schraffierte Ereignisfläche
begrenzt; Mitte: Niederschlagssumme für die charakteristische
Dauerstufe von 9 Stunden aus RADKLIM; rechts: Warnstufen
des DWD, die vom 9-stündigen Niederschlag überschritten wurden
und die Lage des Ereignisses bestimmen ▼
Ein Katalog der Stark- und Dauerregenereignisse in können, klassifiziert und katalogisiert der Deutsche
Deutschland – CatRaRE Wetterdienst die Extremereignisse aus RADKLIM im
Manche Niederschlagsereignisse besitzen eine ver Ereigniskatalog „Catalogue of Radar-based heavy
heerende Wirkung, führen zu immensen Schäden Rainfall Events“ (CatRaRE).
oder kosten sogar Menschenleben, während andere
folgenlos bleiben. Welche spezifischen Eigenschaften Niederschlagsfelder, deren Regenraten einen bestimm
der meteorologischen Ereignisse auf der einen Seite ten Schwellenwert überschreiten, werden darin als
und welche Randbedingungen am Ort des Eintretens zeitlich und räumlich unabhängige Objekte definiert.
auf der anderen Seite bestimmen dabei das Schadens Als repräsentativ für das jeweilige Ereignis gilt das
potenzial? Um auf diese Fragen Antworten liefern zu Objekt mit der höchsten Extremität – eine mathema
tische Kombination aus Intensität und Fläche eines
Objekts. In der Folge besitzt jedes Ereignis charakte
ristische Eigenschaften, beispielsweise die Andauer,
die es als typischen Starkregen kurzer Dauerstufe
oder langanhaltenden Dauerregen klassifiziert.
Jedes Ereignis ist im Katalog über den Ort des maxi
malen Niederschlags sowie ein Polygon, welches die
Ereignisfläche umhüllt, definiert. Zusätzlich zu den
ereignisspezifischen Attributen enthält der Katalog
meteorologische Mess- und Analysedaten der Umge
bung sowie geografische und demografische Daten
des Ereignisortes, z. B. den vorherrschenden Versiege
lungsgrad und die Bevölkerungsdichte, die die Scha
denswirkung maßgeblich mitbestimmen.
Nutzer:innen können zwischen zwei K atalogversionen
wählen: Als Niederschlagsschwellenwert gehen ent
weder die Absolutwerte der Warnstufe 3 (W3) vor Un
wetter des DWD oder die statistischen Niederschlags
höhen einer Wiederkehrzeit von 5 Jahren (T5) ein.
◀ Einsatzfahrzeug der Feuerwehr bei einem Starkregenereignis
5
Jährliche E
reignisanzahlen in Deutschland
in Abhängigkeit der Dauerstufe
(Katalog: CatRaRE_W3_Eta_v2021.01) ▼
Der Unterschied: Der Katalog nach W3 zeigt eine Die Ereigniskataloge können in geografische Informa
deutschlandweite Verteilung der Extremereignisse, tionssysteme eingebunden werden. Sie enthalten alle
welche die klimatologischen Niederschlagsbedingun in Deutschland seit 2001 aufgetretenen Stark- und
gen widerspiegelt. Da diese im Katalog nach T5 Dauerregenereignisse. Sie erlauben unter anderem
bereits berücksichtigt werden, sind hier die Ereig die Selektion und das Ordnen der Ereignisse nach
nisse nahezu gleichverteilt. definierten Kriterien – z. B. dem Ort oder der Gesamt
niederschlagssumme –, die statistische Analyse des
Auftretens extremen Niederschlags bestimmter Cha
INFO rakteristiken und ermöglichen die Nachbetrachtung
extremer Niederschlagsereignisse, insbesondere in
Die Ergebnisse der Fortschreibung werden jährlich
Kombination mit den Niederschlagdaten aus RADKLIM.
in Form eines Bulletins herausgebracht. Enthalten
sind Ergebnisse statistischer Analysen sowie Fall-
studien zu besonderen Niederschlagsereignissen.
Das RADKLIM-Bulletin kann als RSS-Feed über den FAKTEN
Deutschen Wetterdienst abonniert werden. Die Erstellung der Ereigniskataloge erfolgte im
Rahmen des Starkregenprojekts mit dem Gesamt-
verband der Deutschen Versicherungswirtschaft
(2015 – 2019) und des Projekts „Klassifikation mete-
orologischer Extremereignisse zur Risikovorsorge
Die Feuerwehr pumpt Wasser in das überflutete Bachbett der Swist
und auf ein angrenzendes Feld. ▼ gegenüber Starkregen für den Bevölkerungsschutz
und die Stadtentwicklung (KlamEx)“ (2019 – 2020)
der Strategischen Behördenallianz „Anpassung an
den Klimawandel“.
Links zu den Themen radarbasierte Niederschlags
analyse und Starkregenklimatologie:
Informationen zu den einzelnen Leistungen finden Sie
auf den Webseiten des DWD. Hier finden Sie auch Links
zu Publikationen sowie zu den Daten auf dem Open
data-Server des DWD. Bei Verwendung der Daten
nutzen Sie bitte die entsprechenden Zitierhinweise auf
den DOI-Landing-Pages. Im Folgenden finden Sie eine
Zusammenstellung der wichtigsten Adressen.
6
Überfluteter Feldweg
nach Starkregen ▶
RADOLAN-Niederschlagsdaten
◾ Leistungssteckbrief RADOLAN:
https://www.dwd.de/radolan
◾ Ausgewählte Echtzeitdaten:
https://opendata.dwd.de/weather/radar/radolan/
◾ Historische RW-Daten aus RADOLAN ab 2005:
https://opendata.dwd.de/climate_environment/CDC/grids_germany/hourly/radolan/
RADKLIM-Niederschlagsklimatologie
◾ Leistungssteckbrief RADKLIM:
https://www.dwd.de/radklim
◾ Angeeichte Niederschlagsstundensummen (RW) – Daten:
Winterrath, Tanja; Brendel, Christoph; Hafer, Mario; Junghänel, Thomas; Klameth, Anna; Lengfeld, Katharina;
Walawender, Ewelina; Weigl, Elmar; Becker, Andreas (2018): RADKLIM Version 2017.002: Reprozessierte, mit
Stationsdaten angeeichte Radarmessungen (RADOLAN), Niederschlagsstundensummen (RW);
https://doi.org/10.5676/DWD/RADKLIM_RW_V2017.002
◾ Quasi-angeeichte 5-Minuten-Niederschlagsraten (YW) - Daten:
Winterrath, Tanja; Brendel, Christoph; Hafer, Mario; Junghänel, Thomas; Klameth, Anna; Lengfeld, Katharina;
Walawender, Ewelina; Weigl, Elmar; Becker, Andreas (2018): RADKLIM Version 2017.002: Reprozessierte, mit
Stationsdaten angeeichte Radarmessungen (RADOLAN), 5-Minuten-Niederschlagsraten (YW);
https://doi.org/10.5676/DWD/RADKLIM_YW_V2017.002
◾ RADKLIM im Deutschen Klimavorsorgeportal (KliVo) der Bundesregierung:
https://www.klivoportal.de/SharedDocs/Steckbriefe/DE/dwd_radklim/dwd_radklim_steckbrief.html
◾ RADKLIM-Bulletin als RSS-Feed:
https://www.dwd.de/radklim-rss
RADKLIM-Niederschlagserosivität (R-Faktor)
◾ Niederschlagserosivität (R-Faktor) - Daten:
Fischer, Franziska K.; Winterrath, Tanja; Junghänel, Thomas; Walawender, Ewelina; Auerswald, Karl (2019):
Mean annual precipitation erosivity (R factor) based on RADKLIM Version 2017.002,
https://doi.org/10.5676/DWD/RADKLIM_Rfct_V2017.002
◾ Jahres-R-Faktoren auf dem Opendata-Server:
https://opendata.dwd.de/climate_environment/CDC/grids_germany/annual/erosivity/precip_radklim/
◾ Niederschlagserosivität in der Anwendung „ABAG interaktiv“ im KliVo:
https://www.klivoportal.de/SharedDocs/Steckbriefe/DE/Erosionsschutz_ABAG/Erosionsschutz_ABAG_steckbrief.html
CatRaRE - Ereigniskataloge
◾ Leistungssteckbrief CatRaRE:
https://www.dwd.de/catrare
◾ Informationen zum Projekt KlamEx:
https://www.dwd.de/klamex
◾ Ereigniskataloge – Daten:
Lengfeld, Katharina; Walawender, Ewelina; Winterrath, Tanja; Weigl, Elmar; Becker, Andreas (2021): Stark
regenereignisse Version 2021.01 mit Überschreitung der DWD-Warnstufe 3 für Unwetter basierend auf
RADKLIM-RW Version 2017.002;
https://doi.org/10.5676/DWD/CatRaRE_W3_ETA_V2021.01
Lengfeld, Katharina; Walawender, Ewelina; Winterrath, Tanja; Weigl, Elmar; Becker, Andreas (2021): Stark
regenereignisse Version 2021.01 mit Überschreitung der 5-Jährlichkeit basierend auf RADKLIM-RW Version
2017.002;
https://doi.org/10.5676/DWD/CatRaRE_T5_ETA_V2021.01
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Weitere nützliche Links
◾ Technische Unterstützungsdokumente:
https://opendata.dwd.de/climate_environment/CDC/help/RADOLAN/Unterstuetzungsdokumente/
◾ Broschüre zum Radarverbund des DWD:
https://www.dwd.de/DE/presse/publikationen/wetterradar_pdf.pdf;jsessionid=11ECE90D7991D4C2954257BC
3E181B1E.live11054?__blob=publicationFile&v=3
Titelbilder:
links oben: Radarturm auf dem Feldberg im Schwarzwald;
im Hintergrund der benachbarte Sender Feldberg des SWR
rechts oben: prozentuale Abweichung der jährlichen Anzahl an Stark
niederschlagsereignissen der Dauerstufen 1 h bis 6 h vom Median
für die Jahre 2001 bis 2020; Basis: CatRaRE_W3_Eta_v2021.01;
farbliche Darstellung von Dunkelrot bis Dunkelblau in Anlehnung
an die „Warming Stripes“ mit Rot = negative Abweichung und
Blau = positive Abweichung
links unten: deutschlandweite Verteilung der Starkregen- (Dauer
stufen bis 9 h) und Dauerregenereignisse (Dauerstufen ab 12 h) der
Jahre 2001 bis 2020; Basis: CatRaRE_W3_Eta_v2021.01
rechts unten: überflutete Straße nach dem Starkregenereignis vom
5. Juni 2021 in Meerane im Kreis Zwickau (Sachsen)
Impressum
Text und Redaktion: Dr. Tanja Winterrath (DWD)
Abbildungen: Ewelina Walawender (DWD) und
Dr. K
atharina Lengfeld (DWD)
Fotos: Bertram Lange (DWD), Christina Nikogosian (BBK) und
DWD-WarnWetterApp Besuchen Sie uns im Internet.
Gestaltung: Karin Borgmann Grafikdesign
Druck: Druckerei des BMVI
Papier: Dieses Produkt stammt aus nachhaltig
bewirtschafteten Wäldern und kontrollierten Quellen.
Deutscher Wetterdienst (DWD)
Abteilung Hydrometeorologie
Über www.dwd.de gelangen Sie
Frankfurter Straße 135
auch zu unseren Auftritten in:
63067 Offenbach
DWD 08.21
Tel: +49 (0) 69 / 8062 - 0
E-Mail: radolan@dwd.de
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