Fragen und Antworten zum Thema Hochwasser

Häufig gestellte Fragen zum Thema Hochwasser werden von Wissenschaftlern der Helmholtz-Gemeinschaft beantwortet.

1. Was ist Hochwasser?

Hochwasser wird der Zustand bei Gewässern genannt, bei dem der Wasserstand oder der Abfluss (oder auch beides zusammen) sich deutlich über dem normalen Pegelstand des Gewässers befindet. Dabei muss es noch nicht zu Überflutungen kommen. In Tidegewässern bezeichnet Hochwasser den Eintritt des höchsten Wasserstands einer Tide beim Übergang von der Flut zur Ebbe. Es wird unterschieden zwischen regelmäßig wiederkehrenden Hochwassern (Gezeiten, Frühjahrshochwasser) und unregelmäßigen oder einmaligen Ereignissen. Dazu zählen beispielsweise Tsunamis, Sturmfluten oder "Jahrhundertfluten" bzw. "Jahrhundert-Hochwasser". Von Jahrhundert-Ereignissen wird gesprochen, wenn das Hochwassereereignis statistisch gesehen nur alle 100 Jahre vorkommt. Es handelt sich in der Regel außergewöhnliche Ereignisse, die mit extremen Niederschlägen verbunden sind.

2. Welche Wetterlagen können zu Hochwasser führen?

Nach Angaben des Deutschen Wetterdienstes DWD ist eine Großwetterlage ist gekennzeichnet "durch eine mittlere Luftdruckverteilung in Meereshöhe der mittleren Troposphäre in einem großen Gebiet." Dies kann beispielsweise Europa plus Teile des Nordatlantiks umfassen. Es handelt sich um eine stabile Wetterlage, die mehrere Tage anhält, die mit typischen Mustern der atmosphärischen Zirkulation verbunden sind. In der Regel geht man von mindestens drei Tagen aus. Wechseln sich die Großwetterlagen ab, können dazwischen ein bis zwei Übergangstage auftreten. Nach Hess und Brezowsky werden drei große Zirkulationsformen mit jeweils typischen Luftdruckverhältnissen unterschieden:

  • Zonale Zirkulation: Zwischen einem subtropischen Hochdruckgebiet über dem Nordatlantik (Azorenhoch) und einem Tiefdruckgebiet bei Island gibt es eine "mehr oder weniger glatte" West-Ost-Strömung, in der einzelne Tiefdruckgebiete vom östlichen Nordatlantik nach zum europäischen Festland ziehen.
  • Meridionale Zirkulation: Hier handelt es sich um stationäre und blockierende Hochdruckgebiete zwischen dem 50 und 65 Grad Nordbereite, das Wetter bestimmen. Hierzu zählen z.B. Hochdruckgebiete im Winter über Osteuropa.
  • Gemischte Zirkulation: Hier sind die Anteile der der zonalen und der meridionalen Zirkulation twa gleich groß. Hier verläuft der Luftaustausch nicht auf dem kürzesten Weg, sondern mit einem ausgeprägten zonalen Strömungsanteil.

Die Klassifikation der sogenannten Großwetterlagen (GWL) nach Hess/Brezowsky unterscheidet für Europa 29 Großwetterlagen, die das typische Wettergeschehen in Europa bestimmen können. Diese sind den drei oben genannten Zirkulationsformen zugeordnet. Und sie können über Mitteleuropa mit einem zyklonalen oder einem antizyklonalen Witterungscharakter auftreten. Zyklonal steht hier für Tiedruckgebiete, die sich auf der nördlichen Erdhalbkugel immer gegen den Uhrzeigersinn drehen. Antizyklonal hingegen beschreibt Hochdruckgebiete. Sie sind der Rotationsrichtung der Erde entgegengesetzt und drehen sich auf der nördlichen Halbkugel stets im Uhrzeigersinn. 

Eine Studie des Deutschen GeoforschungsZentrums in Potsdam (Petrow et al., 2009) untersucht für Deutschland die Hochwassergefahr und deren Änderung durch Veränderungen der Zeitdauer und Häufigkeit bestimmter Großwetterlagen im Zeitraum 1951–2002. Betrachtet man Deutschland aus hydrologischer Perspektive, so kann man drei Hochwasserregime unterscheiden, d.h. Regionen, in denen ähnliche Hochwassermuster auftreten:

  • Westen: Rhein-Einzugsgebiet und Teile des Weser-Einzugsgebietes (EZG)
  • Osten: Elbe, östliche Teile des Weser-EZG
  • Süden: Donau und rechtsseitige Zuflüsse

Im Westen und Osten dominieren Winterereignisse, die von wenigen verschiedenen Großwetterlagen ausgelöst werden. Dabei handelt es sich ausschließlich  um zyklonale - Westwindwetterlagen. Im Süden und Osten sind Trog-, bzw. Tiefdruckwetterlagen über Mittel- und Westeuropa für die Entstehung der seltenen, aber oft schweren, Sommerhochwasser wichtig.

In der südlichen Hochwasserregion sind Sommerhochwasser häufiger als Winterhochwasser. Der Zusammenhang zwischen Großwetterlagen und dem Auftreten von Hochwasser ähnelt im Winter der Region West, im Sommer der Region Ost; allerdings verteilt sich das Hochwassergeschehen auf eine größere Anzahl von GWL.

3. Welche anderen (Groß-)Wetterlagen existieren?

Wetterlagen über größeren Gebieten, die sich über mehrere Tage nicht verändern, werden als Großwetterlagen (GWL) bezeichnet. Für diese gibt es verschiedene Klassifikationen. Die in Deutschland meist und auch vom Deutschen Wetterdienst (DWD) angewandte Klassifikation ist an die Großwettertypologie nach Hess/Brezowsky angelehnt, die 29 GWL (+ eine Übergangswetterlage) unterscheiden. Für Interessierte ist der „Katalog der Großwetterlagen Europas (1881-2009) nach Paul Hess und Helmut Brezowsky“, in dem die europäische GWL für jeden einzelnen Tag des Zeitraumes angegeben ist, im Internet unter folgendem Link abrufbar.

Die Bezeichnung "Vb-Wetterlage" entstammt einer älteren Klassifikation von W.J. van Bebber, in der fünf typische Zugstraßen von  Tiefdruckgebieten (I-V) und deren Varianten (a,b,c, …) unterschieden werden. Es gibt in dieser Klassifikation also eine "Zugstraße Va"; allerdings hat sich nur die Bezeichnung Vb bis heute erhalten, da hiermit (im Gegensatz zum "statischeren" Ansatz von Hess/Brezowsky) eine typische hochwasserträchtige Entwicklung bezeichnet werden kann.

4. Was ist eine Vb-Wetterlage, die für das Hochwasser 2013 in Deutschland mitverantwortlich war?

Für das Hochwasser im Juni 2013 in Mitteleuropa war die sogenannte TrM (Trog Mitteleuropa) nach der Klassifikation nach Hess/Brezowsky verantwortlich. Diese ähnelt der sogenannten Vb-Wetterlage. Jedoch weist die die Abfolge und Bewegung (Zugstraße) der Tiefdruckgebiete deutliche Unterschiede zu einer klassischen Vb-Wetterlage (eigentlich: Zugstrasse Vb) auf. Die beiden Kennzeichnungen "Zugstraße Vb" und "Trog Mitteleuropa" sollen im Folgenden erklärt werden:

Die Bezeichnung "Zugstraße Vb" stammt von dem Meteorologen van Bebber, einem Pionier der Wettervorhersage, der um 1890 typische Zugstraßen von Tiefdruckgebieten über Europa identifizierte und klassifizierte. Die "Zugstraße Vb", oder  Vb-Wetterlage (V = römisch 5) ist durch eine Zugbahn eines Tiefdruckgebietes von Genua über die Alpen hinweg in nordöstliche Richtung gekennzeichnet. Üblicherweise ziehen Tiefdruckgebiete, die das Wetter in West-, Mittel- und z. T. auch Osteuropa bestimmen, vom Atlantik herkommend von West nach Ost. Dringt nun eine Kaltfront von Norden weiter als üblich nach Süden vor, wird ein Atlantiktief nach Südost abgelenkt. Es zieht dann über Südfrankreich/ Spanien zum Mittelmeer, wo es sich durch das warme Wasser verstärkt mit Feuchtigkeit auflädt.

Auf dem weiteren Weg nach Nordost über Italien, Slowenien, Tschechien nach Polen/ Osteuropa müssen die Luftmassen an den Gebirgen aufsteigen, wodurch sie sich abkühlen, was häufig Starkregen verursacht. Treffen die wasserreichen Wolken auf die nach Süden vorgerückte Kaltfront, kommt es meist zu sintflutartigen Niederschlägen. Im Alpenraum und auch in den nördlich angrenzenden Ländern ist die Vb-Lage wegen den oftmals heftigen Niederschlägen gefürchtet. Berühmte, wenn auch verheerende Beispiele für deren Folgen waren das Oderhochwasser 1997 und das Elbehochwasser 2002, das Alpenhochwasser 2005 sowie auch die Überschwemmungen in der Schweiz von 1987 (Gotthardgebiet), 1993 (Brig), 2000 (Gondo) und 2001 (Weichsel).

Trog Mitteleuropa" (TrM) bzw. Tief/Mitteleuropa" (TM): Diese Großwetterlage war für die heftigen Niederschläge zum Monatsende Mai und Anfang Juni 2013 verantwortlich, die das Hochwasser im Juni 2013 letztlich auslösten. Ein abgeschlossenes  Höhentief (Cut-Off) verlagerte sich dabei über dem europäischen Kontinent langsam ostwärts. Auf seiner Ostseite führte es beständig feuchtlabile Luft subtropischen Ursprungs vom Balkan in weitem Bogen über Nordosteuropa bis nach Mitteleuropa. Mehrere, um den abgeschnürten Höhentrog kreisende Kurzwellentröge, leiteten über dem nahen Südost- und Osteuropa wiederholt die Bildung neuer Tiefdruckgebiete ein. Im Zusammenspiel mit einem von Westen heranrückenden Hochdruckgebiet baute sich über Mitteleuropa eine starke Nordströmung auf, in der gebietsweise Sturmböen auftraten.

Literatur:

Petrow, T., and Merz, B.: (2009): Trends in flood magnitude, frequency and seasonality in Germany in the period 1951-2002. Journal of Hydrology 371, 129-141.

Gerstengarbe, F.-W. und Werner, P.C.: (2010): Katalog der Großwetterlagen Europas (1881-2009) nach Paul Hess und Helmuth Brezowsky. 7. verbesserte und ergänzte Auflage.

Die Fragen beantwortete u . a. Dr. Florian Elmer, GFZ

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