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Gletscher, Seen, und Ausbruchsfluten: Wie verändern sich Naturgefahren im Pacific Northwest im Zuge der atmosphärischen Erwärmung?

Mehrere tausend Gletscherseen sind durch die beschleunigte Gletscherschmelze in den Hochgebirge der Erde entstanden, von denen einige rasch an Volumen zunehmen. Vereinzelt kommt es immer wieder zu unvorhergesehenen Dammbrüchen mit teils katastrophalen Folgen für die talabwärts siedelnde Bevölkerung. Die Abflussspitzen solcher Gletscherseeausbrüche oder GLOFs (glacier lake outburst floods) können meteorologische Fluten lokal um ein Vielfaches übersteigen, und eventuell durch anhaltendes Wachstum von Gletscherseen in Zukunft noch höher werden. Die Gefährdung, oder Eintretenswahrscheinlichkeit, eines GLOFs ist jedoch weitestgehend unbekannt, weil bisher möglicherweise nur die größeren, schadensreichen Fluten dokumentiert wurden. Dieser Forschungslücke wollen wir begegnen, indem wir die räumliche und zeitliche Verteilung von Gletscherseen und deren Ausbrüche systematisch untersuchen. Unser Ziel ist es, durch die Erstellung von Inventaren von Gletscherseen und GLOFs zu quantifizieren, wie sich die GLOF-Gefahr zwischen 1985 und 2020 verändert hat. Unsere Untersuchungsregion sind die Gebirge des Pacific Northwest (NW-Amerika). Die dortigen Gletscher hatten in den vergangenen beiden Jahrzehnten eine der höchsten Schmelzraten weltweit. Jedoch blieb das Wachstum und Ausbrüche der zumeist eis- und moränen-gedämmten Seen regional nahezu unerforscht. Wir werden automatisch Gletscherseen aus Landsat-Satellitenbildern in mehreren Zeitschritten ab Mitte der 1980er Jahre kartieren. Aus diesen Seeninventaren und klimatischen, glaziologischen und morphologischen Variablen werden wir Bayes‘sche Modelle lernen, um die Entstehung von Gletscherseen vorhersagen zu können. Plötzlich auftretende Sedimentverfrachtungen unterhalb von Seen können auf bisher unerkannte GLOFs hinweisen, welche wir aus Landsat-Bildern automatisch detektieren werden. Diese Ereignisse werden wir mit verfügbaren Abflusszeitreihen und Feldarbeit an zwei ausgewählten Gletscherseen validieren werden. Somit erhalten wir ein regional konsistentes Inventar von GLOFs, aus dem wir ableiten können, wie stark sich deren Raten und Magnituden in den letzten 35 Jahren verändert haben. Schließlich werden wir Zeitreihen aus gemessenen und simulierten GLOF-Abflüssen zusammenführen, sodass wir die Jährlichkeit eines GLOFs abschätzen können. Mit Hilfe eines nicht-stationären Extremwertmodells werden wir zeigen, wie sich die Gefährdung durch GLOFs in den letzten Jahrzehnten verändert hat und wie sie sich bei anhaltender Gletscherschmelze verändern könnte. Wir sind zuversichtlich, dass unsere computer-gestützte Arbeit die Veränderungen der GLOF-Gefährdung vom Einzugsgebiet bis zur lokalen Ebene zuverlässig aufzeigen wird. Wir werden unsere Modelle frei zugänglich machen, was für Entscheidungsträger und Regionalplaner angesichts einer wachsenden Bevölkerung und Ressourcengewinnung im Pacific Northwest von Bedeutung sein wird.

Hydraulisch und ökologisch definierte Auengrenzen als Basis für die Entwicklung eines integrierten Ansatzes zur Quantifizierung von Ökosystemleistungen in Auen auf Landschaftsebene

Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist die Entwicklung eines integrierten mesoskaligen Ansatzes zur Quantifizierung von neun Ökosystemleistungen (ÖSL) in Auen. Unter Berücksichtigung von Hydraulik und Ökologie werden Wirkungsgrenzen definiert. Diese ermöglichen eine Abgrenzung der Aue nach ihrer Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Bereitstellung von ÖSL, welche für den Erhalt natürlicher Lebensgrundlagen bedeutend sind. Trotz des Wissens um die ökologische Bedeutung und die hohe Gefährdung von Auen weltweit findet eine Verschlechterung des Auenzustands weiterhin statt. Dies reduziert auch die Bereitstellung von ÖSL von Auen in unbekanntem Maß. Grund hierfür ist ein fehlendes Verständnis der Interaktionen zwischen den natürlichen Prozessen und ÖSL, den anthropogenen Einflüssen sowie dem Auenzustand. Des Weiteren werden in Auen bereitgestellte ÖSL bei der Kostenberechnung von Maßnahmen vernachlässigt, da ein integrierter übertragbarer Ansatz zur Ermittlung der ÖSL auf der relevanten räumlichen Skala, der Landschaftsebene, fehlt. Die Herausforderungen in der Ökosystemleistungsforschung liegen hauptsächlich in der Vielfalt von nicht abgestimmten Definitionen, Begrifflichkeiten und Indikatoren. Die Skalenproblematik wird zudem bei der Betrachtung der Auengrenzen als räumliche Basis deutlich. Mit der Entwicklung einer übertragbaren Methode wird in diesem Projekt erstmalig ein umfangreiches Spektrum an ÖSL (klimatische, hydrologische Leistungen, Wasserqualität und Biodiversität, Produktion von Lebensmitteln, Baumaterialien und Energie, kulturelle Leistungen, Schutz vor Naturgefahren) unter Berücksichtigung des Auenzustands in Deutschland integriert. Als räumliche Basis der Auenabgrenzung dienen die Überschwemmungsflächen häufiger Hochwasser gemäß öffentlich zugänglicher Hochwassergefahrenkarten. Die Eignung dieser rein hydraulisch bestimmten Grenzen wird durch umfangreiche ökologische Daten anderer Forschungsinstitute (Bundesanstalt für Gewässerkunde (Vegetation) und Universität Duisburg-Essen (Laufkäfer)) erstmals untersucht. Neue Indikatoren werden für jede der neun ÖSL auf der Basis von Geoinformationen und Literaturrecherchen entwickelt. Mittels Metaanalysen wird die Übertragbarkeit von ökonomischen Faustzahlen für einen Wertetransfer überprüft. Ergebnis ist eine erstmalige Berechnung des ökonomischen Gesamtwertes der Auen auf Landschaftsebene, um die Leistungen von Auen, ihren Erhalt bzw. ihre Wiederherstellung umfassender als bisher zu bewerten. Anhand von zehn bereits durchgeführten Auenrenaturierungsprojekten wird dieser Ansatz mittels einer Kosten-Nutzen-Rechnung validiert. Dieser neue integrierte Ansatz ist interdisziplinär ausgerichtet, um der Komplexität von Auen und den von ihnen erbrachten ÖSL gerecht zu werden. Mit der Inwertsetzung bieten sich breite thematische Anknüpfungspunkte. So erhalten u.a. Biologen und Hydrologen, Geowissen- und Volkswirtschaftler eine vereinheitlichte Datenbasis bisher dezentral vorliegender Informationen.

Ein Real-Labor für verbesserte Prognose- und Aktionsmöglichkeiten für multiple geomarine Extremereignisse, Leitantrag;' Vorhaben: Monitoring der Deformation im Hellenischen Bogen und des Kolumbo Vulkans'

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Teilprojekt: Aufbau von adaptiven Kapazitäten durch translokales Sozialkapital: Meeresspiegelanstieg und Resilienz von küstennahen Gemeinschaften und Haushalten in ausgewählten Regionalmetropolen Indonesiens (SeaLevel_TRANSOCAP II)

Das beantragte Projekt (TRANSOCAP II) betrachtet küstennahe Gemeinschaften in indonesischen Regionalmetropolen, die aufgrund ihrer Exposition und ihren sozialen Bedingungen besonders verwundbar gegenüber dem Meeresspiegelanstieg und küstenbezogenen Naturgefahren sind. Sozialkapital spielt vor allem im Globalen Süden eine wichtige Rolle für erfolgreiche Anpassungsstrategien von lokalen Gemeinschaften und Haushalten, weil der Staat oft nicht die organisatorischen und finanziellen Ressourcen hat, um Umweltveränderungen und Naturgefahren adäquat zu begegnen. Durch Vertrauensnetzwerke sind Individuen in der Lage, den Zugang zu Krediten, Rücküberweisungen, gegenseitiger Hilfe, Informationen oder Wissen zu organisieren. Diese sind wertvolle Ressourcen für Bewältigungsstrategien, Anpassungsprozesse, Innovationsfähigkeit und Resilienz. Die Hauptfragestellung des Projekts lautet deshalb: Wie generieren lokale und translokale soziale Netzwerke soziales Kapital und wie beeinflusst dies Anpassungsprozesse von Haushalten und Gemeinschaften in indonesischen Städten mit unterschiedlichen sozialen und kulturellen Kontexten. Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, soziales Kapital als (auch) translokales Phänomen zur konzeptualisieren und damit die oft noch zu lokalbezogene Sicht auf Sozialkapital in der Naturgefahren- und Klimaforschung zu überwinden. Untersucht werden sollen die Struktur und die Qualität von lokalem und translokalem Sozialkapital in den indonesischen Regionalmetropolen Surabaya (Java), Denpasar (Bali) und Padang (Westsumatra). Diese Städte erweitern das Spektrum der Untersuchungsräume der ersten Förderphase (Jakarta, Semarang und Umland). Dies soll dazu beitragen, adaptionsrelevante soziale Netzwerke und soziales Kapital in unterschiedlichen administrativen und soziokulturellen Kontexten zu analysieren. Die TRANSOCAP II zugrunde liegende Annahme ist, dass in Surabaya, insbesondere aber in den kulturell deutlich andersartig geprägten Städten Denpasar und Padang, translokale Verbindungen eine noch größere Rolle spielen als in Jakarta und vor allem Semarang. Eine weitere wesentliche Erweiterung gegenüber der ersten Projektphase ist, dass die Struktur der sozialen Vernetzung detaillierter untersucht werden soll. Bei dem Projekt soll ein Methodenmix angewendet werden, der vor allem Haushaltsbefragungen mit standardisierten Fragebögen (inkl. Netzwerkanalyse), Fokusgruppendiskussionen und Expertenworkshops umfasst.

Natürliche Risikogebiete, Gefahrenhinweise (WMS-Darstellungsdienst)

Das Thema Natürliche Risikogebiete soll auf geogene Naturgefahren durch Subrosion/Verkarstung und Erdbeben hinweisen, ohne diese im Detail zu bewerten. Gefahrenhinweise auf seismische Ereignisse werden als Auszug aus dem Erdbebenkatalog Sachsen-Anhalt in Unterscheidung zwischen induzierten und tektonischen Beben dargestellt. Sie weisen einerseits auf tektonisch aktive bzw. gefährdete Bereiche und andererseits auf Spannungsbereiche anthropogener Natur hin. Die Datenebene "potenzielle Gefahrengebiete durch Subrosion" stellt Informationen über die Verbreitung der Gesteine im geologischen Untergrund bereit, die natürlichen Subrosionsprozessen unterliegen und gleichzeitig Auswirkungen auf die Erdoberfläche haben können. Dabei wurde vom oberflächennahen Ausstrich der betroffenen subrodierbaren Gesteine bis in eine Tiefe von ca. 100 Metern derselben ausgegangen, ohne eine Unterscheidung in Karbonat-, Sulfat- oder Chloridkarst vorzunehmen. Gleichzeitig wurde die Verbreitung bereits aufgetretener Ereignisse berücksichtigt. Die bereits aufgetretenen und erfassten Subrosionsereignisse (Erdfälle, Senkungen, Zerrspalteneinbrüche) werden als Einzelobjekte dargestellt. Hier sind sowohl rezente als auch fossile Ereignisse ohne Unterscheidung in einem Raster von 250 m enthalten.

Ereignisse und Geländeformen durch Subrosion

Erdfallereignisse und bestimmte Geländeformen sind die an der Erdoberfläche sichtbaren Auswirkungen von Subrosionsprozessen im Untergrund. Sie geben unmittelbar Hinweis auf das Vorhandensein auslaugungsfähiger Gesteine. Die im Karstkataster des LAGB punkt- und flächenhaft dokumentierten Subrosionsereignisse (Erdfälle, Senkungen, Zerrspalteneinbrüche, Geländeformen) werden zusammenfassend maßstabsabhängig in einem fünfstufigen Raster mit 250 bis 5000 m Weite dargestellt. Hier sind sowohl rezente als auch fossile Ereignisse ohne Unterscheidung enthalten. Eine Klassifizierung der Flächenraster erfolgt entsprechend der Anzahl dokumentierter Ereignisse für jede Fläche.

Potenzielle Gefahrenbereiche durch Subrosion

Das Thema „potenzielle Gefahrenbereiche durch Subrosion“ soll auf geogene Naturgefahren durch Subrosion/Verkarstung hinweisen, ohne diese im Detail zu bewerten. Im Mittelpunkt steht dabei die Information, wo Gesteine im geologischen Untergrund verbreitet sind, die natürlichen Subrosionsprozessen unterliegen und gleichzeitig Auswirkungen auf die Erdoberfläche haben können (potenzielle Gefährdungsbereiche). Dabei wurde vom oberflächennahen Ausstrich der betroffenen subrodierbaren Gesteine bis in eine Tiefe von ca. 100 Metern derselben ausgegangen, ohne eine Unterscheidung in Karbonat-, Sulfat- oder Chloridkarst vorzunehmen. Gleichzeitig wurde die Verbreitung bereits aufgetretener Ereignisse berücksichtigt.

Hinweiskarte Oberflächenabfluss und Sturzflut/Potentielle Fließwege bei Starkregen

Für die rein topografische Ermittlung potentieller Fließwege im Gelände wurde ein unidirektionaler D8-Algorithmus verwendet. Dieser bestimmt die Entwässerungsrichtung jeder Rasterzelle eines digitalen Geländemodells aus 8 möglichen Richtungen. Den Ansatz kann man sich bildlich wie folgt vorstellen: Von jeder Stelle der Geländeoberfläche lässt man nacheinander eine Kugel losrollen und zeichnet den genommenen Weg auf. Dort, wo sich die Wege vieler Kugeln überlagern, ist es wahrscheinlicher, dass im Starkregenfall auch konzentrierter Oberflächenabfluss stattfindet. Erreicht eine Kugel eine Senke, aus der kein "Weiterrollen" möglich ist, wird das Gelände an dieser Stelle im Modell soweit aufgefüllt, dass die Kugel "herausrollen" kann. Der Ermittlungsansatz nimmt an, dass der aufgefüllte Bereich im Starkregenfall potentiell mit Wasser gefüllt wird, da auch der Abfluss behindert ist und sich daher voraussichtlich Wasser ansammeln könnte. Der Bereich wird als Geländesenke identifiziert. Die ermittelten Fließwege werden mit den Gewässerflächen (aus dem ALKIS-Datensatz Tatsächliche Nutzung) verschnitten. Die angewendete Methodik ist belastungsunabhängig. Ihr liegt kein definiertes Starkregenereignis mit bestimmter Dauer oder Intensität zu Grunde, daher können die Hinweise auch keiner bestimmten Jährlichkeit oder Eintrittswahrscheinlichkeit zugeordnet werden. Die Methodik liefert in Bezug auf die potentiellen Fließwege keine Informationen über zu erwartende Fließtiefen (Wasserstand), Fließgeschwindigkeit und räumliche Ausdehnung eines Überflutungsbereichs (z.B. Breite des Fließwegs). Die potentiellen Fließwege werden nach der Größe ihres angeschlossenen Einzugsgebietes klassifiziert. Bei einem größeren Einzugsgebiet wird angenommen, dass auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Oberflächenabfluss größer ist. Generell sind die Hinweise auf potentielle Fließwege an Siedlungsrändern und auf offenen Flächen als zuverlässiger zu bewerten. Innerhalb von Siedlungen kann die Zuverlässigkeit abnehmen, da die Fließwege durch zahlreiche Kleinstrukturen (Randsteine, Mauern geparkte Fahrzeuge etc.) beeinflusst werden, die jedoch im digitalen Geländemodell nicht abgebildet werden können. Die Informationen haben Hinweischarakter und können auf Grund der angewendeten Methodik und der verwendeten Grundlagendaten nicht zur grundstücks- oder gebäudescharfen Abgrenzung von Überflutungsbereichen herangezogen werden. Hinweise aus diesem Layer müssen vor Ort mit lokalem Wissen verifiziert werden. Grundsätzlich kann nicht ausgeschlossen werden, dass auch außerhalb der dargestellten Bereiche und Hinweise Überflutungen auftreten. Weitere Informationen siehe FAQ-Dokument - https://s.bayern.de/StarkregenFAQ

Hinweiskarte Oberflächenabfluss und Sturzflut/Geländesenken und potentielle Aufstaubereiche

Geländesenken befinden sich in lokalen Geländetiefpunkten. In Geländesenken kann sich zufließender Oberflächenabfluss teilweise oder vollständig sammeln. Der zur Ermittlung angewendete, rein topografische Ermittlungsansatz, ermöglicht die Identifizierung von Geländesenken und die belastungsunabhängige Berechnung ihrer maximalen Einstautiefe bei einer angenommenen vollständigen Füllung. Eine belastungsunabhängige Berechnung bedeutet, dass kein definiertes Regenereignis untersucht wird. Bei den potentiellen Aufstaubereichen handelt es sich um die oberhalb von Durchlässen und kleinen Brücken über Gewässer 3. Ordnung liegenden Flächen, die durch Verklausung (Verstopfung) mit Treibgut oder aufgrund unzureichender Durchlasskapazität entstehen können. Potentielle Aufstaubereiche sind Senken vor den genannten Bauwerken, die durch Verschluss dieser Bauwerke entstehen. Die ausgewiesenen Aufstaubereiche füllen sich in Realität allerdings nur dann vollständig, wenn ein Niederschlagsereignis auch über eine entsprechende Fülle (Volumen) verfügt. Ebenso wie die Geländesenken stellen auch die Aufstaubereiche die angenommene Maximalfüllung dar. Die Informationen haben Hinweischarakter und können auf Grund der angewendeten Methodik und der verwendeten Grundlagendaten nicht zur grundstücks- oder gebäudescharfen Abgrenzung von Überflutungsbereichen herangezogen werden. Hinweise aus diesem Layer müssen vor Ort mit lokalem Wissen verifiziert werden. Grundsätzlich kann nicht ausgeschlossen werden, dass auch außerhalb der dargestellten Bereiche und Hinweise Überflutungen auftreten. Weitere Informationen siehe FAQ-Dokument - https://s.bayern.de/StarkregenFAQ

Überschwemmungsgebiete Landkreis Lüchow-Dannenberg

Umgrenzung der rechtsverbindlichen Überschwemmungsgebiete. Die damit verbundenen Einschränkungen in der Grundstücknutzung sind im Wasserhaushaltsgesetz geregelt (§ 78 WHG). Die Daten sind als Polygon erstellt.

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