Abstract:
Immer wieder treten in Europa und auch in Deutschland Häufungen verschiedener Extremwetterereignisse auf. Forschung und Risikomanagement konzentrieren sich jedoch häufig auf einzelne Gefahren. Für eine wirksame Vorhersage und effektive Anpassung an eine zunehmend komplexe und dynamische Risikolandschaft ist die Bewertung der Dynamik zwischen verschiedenen Gefahren, einschließlich ihrer zeitlichen Abhängigkeit, von entscheidender Bedeutung. Während frühere Arbeiten die zeitliche Häufung bei bestimmten Gefahren wie niederschlagsinduzierte Überschwemmungen oder Stürmen untersucht haben, sind zeitliche Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Gefahrentypen noch nicht ausreichend erforscht. ... mehrDarüber hinaus stützen sich die meisten Forschungsarbeiten auf Beobachtungs- oder Modelldaten und verwenden nur in begrenztem Umfang Schadendaten, um solche Abhängigkeiten zu bewerten.
In dieser Arbeit wird eine detaillierte Analyse der Schäden durch verschiedene hydrometeorologischen Gefahren in zwei Untersuchungsgebieten - Baden-Württemberg (1986-2023) und Deutschland insgesamt (1997-2022) - vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf ihrer zeitlichen Häufung und möglichen atmosphärischen Einflussfaktoren liegt. Die Analysen basieren auf täglichen Schadendaten einer Gebäudeversicherung, mit einer hohen Versicherungsdichte insbesondere in Baden-Württemberg. Großschadenereignisse wurden anhand einer 90-Perzentil-Schwelle identifiziert, die auf inflationsbereinigte Schäden und Schadenmeldungen angewendet wurde. Meteorologische Beobachtungsdaten wurden verwendet, um diese Ereignisse in verschiedene Gefahrentypen zu klassifizieren: pluvial und fluvial dominierte Überschwemmungen sowie deren Mischform, Hagel, konvektiver Böen und Windstürme. Die Analyse der Schadenverteilung zeigt eine extreme Rechtsschiefe der Daten, wobei eine kleine Anzahl von Ereignissen den Großteil der Schäden ausmacht. Es ist eine deutliche Saisonalität zu erkennen, die dazu führt, dass die Ereignisse hauptsächlich zwischen Mai und August (MJJA) oder zwischen Dezember und Februar (DJF) auftreten. Je nach Naturgefahr bestehen regionale Unterschiede: So ist der Nordwesten am stärksten von Sturmereignissen betroffen, Ostdeutschland am stärksten von Überschwemmungen und im Süden werden die höchsten Schäden durch Hagel und konvektive Böen verursacht.
Sub-saisonale Häufungen (innerhalb von 2-3 Wochen) von Ereignissen einzelnen oder kombinierten multi-hazard Typs traten am häufigsten in den frühen 2000er Jahren auf, wobei sich Häufungen konvektiven Typs auf MJJA konzentrierten. Bei vielen Kombinationen sind Ereignisse, die innerhalb von Clustern auftreten, mit höheren Schäden verbunden als Einzelereignisse. Während die zeitliche Verteilung einiger Einzelgefahrenarten kaum von einem homogenen Poisson-Prozess, also einem zufälligen Auftreten, abweicht, häufen sich konvektive Multi-Hazard-Ereignisse während des MJJA deutlich.
Großräumige atmosphärische Muster geben Aufschluss über diese Häufungen: Cluster aus Winterstürmen, auch in Kombination mit Flusshochwassern, sind im Winter mit starken Westwinden und einer positiven Phase der Nordatlantischen Oszillation verbunden. Im Gegensatz dazu sind konvektive Cluster während MJJA mit einem ausgeprägten atmosphärischen Blocking assoziiert, welches Deutschland typischerweise an der Westflanke des Blocks positioniert. Minimale Unterschiede zwischen den konvektiven Ereignistypen deuten darauf hin, dass ähnliche synoptische Bedingungen Hagel, konvektive Böen und pluvial dominierte Überschwemmungen begünstigen.
Die Untersuchung der zeitlichen Häufung mehrerer hydrometeorologischer Naturgefahren in Deutschland zeigt, dass zeitliche Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Gefahren bestehen, die deren Auswirkungen verstärken können, und durch die großräumige atmosphärische Zirkulation moduliert werden.
Diese Arbeit unterstreicht die Notwendigkeit integrierter, auswirkungsbasierter Analysen komplexer hydrometeorologischer Naturgefahren und den damit verbundenen Risiken.
Abstract (englisch):
Multi-hazard or compound weather and climate events occur frequently across Europe and in Germany. However, research and risk management practices often remain focused on single hazards. To effectively anticipate and adapt to an increasingly complex and dynamic risk landscape, assessments of dynamics between different hazards are crucial, including their temporal dependence. While previous studies have examined the temporal clustering in specific hazards such as precipitation or windstorms, temporal dependencies across multiple hazard types remain underexplored. In addition, most research relies on observational or model data, with limited use of impact-based data to assess such dependencies.
... mehr
This thesis presents a detailed analysis of losses from various hydrometeorological hazards in two study areas -- Baden-Württemberg (southwestern Germany, 1986–2023) and Germany as a whole (1997–2022) -- with a focus on their temporal clustering and potential atmospheric drivers.
The analyses are based on daily building insurance loss data with a high insurance density, particularly in Baden-Württemberg. Major damaging events were identified using a 90th percentile threshold applied to inflation-adjusted losses and claims. Meteorological observation data were used to classify these events into hazard types, including pluvially dominated, fluvially dominated, and mixed floods, hail, convective gusts, and windstorms.
Analyses of the loss distribution reveal an extreme skewness in the data, with a small number of events accounting for the majority of the losses. A clear seasonality is evident, causing events to mainly occur between May and August (MJJA) or between December and February (DJF). Regional differences exist depending on the hazard, where the northwest is most affected by windstorm events, eastern Germany is most prone to flooding, and the south is most affected by hail and convective gust events.
Sub-seasonal clusters (within 2–3 weeks) of single and multiple hazards occurred most frequently in the early 2000s, with convective clusters concentrated in MJJA. For many combinations, events occurring within clusters are associated with higher losses than isolated events. While the temporal distribution of some single hazard types deviates little from a homogeneous Poisson process, that is, a random occurrence, convective multi-hazard events cluster significantly during MJJA.
Large-scale atmospheric patterns provide insights into these clusters: Windstorm clusters and combined windstorm and fluvial flood clusters in DJF are linked to strong westerlies and a positive phase of the North Atlantic Oscillation.
In contrast, convective clusters during MJJA are associated with pronounced atmospheric blocking, typically positioning Germany on the western flank of the block. Minimal differences between convective hazards suggest that similar synoptic conditions favor hail, convective gusts, and pluvial floods.
The investigation of temporal clustering of multiple hydro-meteorological hazards in Germany shows that there are temporal dependencies between these hazards, which can amplify their impacts and are modulated by large-scale atmospheric circulation patterns.
This thesis highlights the need for integrated, impact-based assessments of compound hydro-meteorological hazards and their associated risks.
