Forscher des Alfred-Wegener-Instituts haben ein Berechnungs­modell entwickelt, das bessere Niedrigwasservorhersagen für Elbe und Rhein möglich macht. Der Dürresommer 2018 war ein Stresstest, der erfolgreich bestanden wurde

Die Klimatologin Dr. Monica Ionita schüttelt noch heute ein bisschen ungläubig den Kopf, wenn sie an den Dürresommer 2018 und an die Schlagzeilen im anschließenden Herbst denkt. Durch die unerwarteten und lang anhaltenden niedrigen Pegelstände der deutschen Flüsse gerieten Transport- und Lieferketten durcheinander. Konzerne wie BASF und ThyssenKrupp mussten ihre Produktion einschränken; Benzin und Diesel wurden aufgrund von Lieferengpässen teurer. Nicht nur die Binnenschiffer, sondern auch die meisten Verantwortliche in Raffinerien, Stahlwerken und Chemiekonzernen wurden von diesem Extremereignis überrascht, mehr oder weniger.

Dieser wirtschaftliche Schaden hätte sich durchaus verhindern lassen, wären damals moderne Vorhersagemethoden zum Einsatz gekommen. Dieses ernüchternde Fazit ziehen Forscherinnen des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), nachdem sie ein von ihnen entwickeltes Berechnungsmodell zur langfristigen Vorhersage von Durchflussmengen in Flüssen einem Härtetest unterzogen haben. Das Ergebnis: Mithilfe der verwendeten globalen Meeres- und Klimadaten konnten das Elbe- und Rhein-Niedrigwasser bereits drei Monate vor ihrem Eintreten zuverlässig vorhergesagt werden.

»Mich persönlich hat wirklich erstaunt, dass so viele Akteure von den extremen Wasserständen überrascht wurden«, erzählt die AWI-Forscherin. »Ich selbst erstelle für die Hamburger Hafenbehörde seit drei Jahren regelmäßige Vorhersagen zur Wassermenge in der Elbe und konnte unseren Partner bereits Ende Mai 2018 darauf hinweisen, dass die Flusspegel infolge der langen Trockenheit extrem niedrig ausfallen werden – insbesondere im Spätsommer und Herbst des Jahres«, sagt die AWI-Klimatologin.

Prognosen drei Monate im Voraus

Wetterprognosen über einen Zeitraum von mehr als sechs Wochen waren bis vor fünf Jahren unmöglich. 2015 aber gelang es Ionita, ein statistisches Berechnungsmodell zu entwickeln, mit dem sie auf Basis aktueller Meeres- und Klimadaten ziemlich genau abschätzen kann, wieviel Wasser künftig an verschiedenen Stellen eines ausgewählten Flusses fließen wird.

Die Ergebnisse der neuen Studie überzeugen: Mithilfe ihres statistischen Verfahrens konnten Monica Ionita und ihre AWI-Kollegin Dr. Viorica Nagavciuc die Entwicklung der Wassermengen in Elbe und Rhein über einen Zeitraum von bis zu drei Monaten treffend vorhersagen – auch die extrem niedrigen Pegel im Spätherbst 2018. »In der Praxis sieht es so aus, dass wir bis Ende Mai eines Jahres sagen können, wie sich die Durchflussmengen und damit auch die Wasserstände bis Ende September desselben Jahres in etwa entwickeln werden.« Es könne dann abgeschätzt werden, ob sie im Vergleich zu Vorjahren niedriger, ähnlich oder höher ausfallen werden. Die zu erwartende Wasserabflussmenge könne das AWI-Team mittlerweile drei Monate im Voraus berechnen, also auch konkrete Zahlen nennen, erklärt die Wissenschaftlerin.

Einflussgrößen weitab von Rhein und Elbe

Die Grundlage der Analyse bilden globale Meeres- und Klimadaten aus fast sieben Jahrzehnten. In diesen Datensätzen suchen die beiden AWI-Wissenschaftlerinnen nach Zusammenhängen zwischen der Wassermenge im ausgewählten Fluss und entscheidenden Wetter-, Meeres- oder Bodenparametern wie der Oberflächentemperatur in bestimmten Meeresregionen und dem dort vorherrschenden Luftdruck. Eine wichtige Rolle spielen außerdem die Temperatur, der Niederschlag und die Bodenfeuchte im Quell- und Einzugsgebiet des jeweiligen Flusses. »Für die Wasserstände in Rhein und Elbe ist die Meeresoberflächentemperatur des Nordatlantiks der alles entscheidende Faktor. Sie beeinflusst das Wetter in Mitteleuropa maßgeblich und entscheidet,vereinfacht gesagt, auf welchen Bahnen Sturm- und Regengebiete ziehen werden«, erklärt Ionita.

Alle als »verlässlich« identifizierte Zusammenhänge speisen die Wissenschaftler als statistische Berechnungsgrundlage in ihr Modell ein – und das nicht für alle Flüsse auf einmal, sondern für jeden einzelnen Wasserlauf ganz individuell. Anschließend passen sie ihr Modell an die entsprechenden Jahreszeiten an. Für ein und denselben Fluss können im Frühjahr nämlich völlig andere Einflussgrößen relevant sein als im Herbst. Für konkrete Vorhersagen sammeln die AWI-Forscherinnen dann Echtzeitdaten aller relevanten Wetter- und Umweltparameter aus den zurückliegenden Monaten und lassen diese in das statistische Modell einlaufen. Per Computer berechnen sie dann, welche Menge Wasser im anvisierten Zeitraum an einer bestimmten Stelle im Fluss fließen wird. Auf Basis dieser Zahl können die Forscherinnen im Anschluss die künftige Entwicklung der Wasserpegel abschätzen.

Zuverlässige Langzeitvorhersagen der Wasserstände sind für die Binnenschifffahrt und alle abhängigen Firmen so wertvoll wie passende Wetterprognosen für die Landwirtschaft. Je eher alle Verantwortlichen Bescheid wissen, desto vorausschauender und kostensparender können sie planen. »Wir hoffen, dass wir mit unserer neuen Studie noch viel mehr Akteure von unserer Arbeit überzeugen können. Überraschungen und Produktionsausfälle wie zum Ende des Dürresommers 2018 muss es künftig nicht mehr geben«, sagt Monica Ionita.