Aktuelle CEDIM-Projekte

Erdbeben werden jeden Tag rund um den Globus verspürt. In einigen Fällen sind Schäden natürlich nicht zu vermeiden und gerade bei größeren Katastrophen ist es in den ersten Stunden oft schwierig abzuschätzen, wo groß das Schadensausmaß tatsächlich ist. Daher sind erste Abschätzungen der Erdbebenintensität äußerst wichtig um zu bestimmen wie schwer eine Region unter Umständen getroffen wurde und wie viele Menschen wie stark davon betroffen sind. Hierzu nutzen wir ein System zur Katastrophenkartographie um die Intensität von Erdbeben bereits kurz nach dem das es stattgefunden hat, abschätzen zu können. Diese Informationen können dann später zu Schadensschätzungen und Mitigationsmaßnahmen weitergenutzt werden.
 

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Der Rhein ist mit etwa 80 % des gesamten Marktanteils für Flusstransporte Deutschlands wichtigste Binnenwasserstraße für den Transport von schweren Gütern und Rohstoffen von und zu den ansässigen Unternehmen. Einschränkungen in der Schiffbarkeit des Rheins haben daher erhebliche Auswirkungen auf die Lieferketten für die gesamte Region. Unterbrechungen des Transports werden hauptsächlich durch extreme Hoch- oder Niedrigwasserstände des Rheins und seiner Nebenflüsse verursacht. Hochwasser werden dabei stark von großflächigen, intensiven Niederschlägen im Einzugsgebiet getriggert. Niedrigwasser werden dagegen durch einen Mangel an Niederschlägen verursacht, die zu schweren Dürreperioden und niedriger Bodenfeuchtigkeit im gesamten Einzugsgebiet führt. In diesem Projekt werden wir uns auf die Auswirkungen langanhaltender Dürreereignisse (z.B. 2018, 2022) auf den Abfluss und damit auf die Schiffbarkeit des Rheins in einem sich ändernden Klima konzentrieren. Die gewonnenen Informationen sollen helfen die zukünftigen Auswirkungen auf die Binnenschifffahrt und die Betriebsunterbrechungen für die ansässigen Unternehmen entlang des Rheins besser abschätzen zu können.
 

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Durch die zu erwartende Zunahme extremer Naturereignisse und die erheblichen potenziellen Effekte für die Gesellschaft, ist es unerlässlich die Auswirkungen extremer Naturereignisse für gegenwärtige und zukünftige Energie-, Mobilitäts- und Informationssysteme zu untersuchen. Durch den Netzwerkcharakter dieser Systeme können sich Störungen und Unterbrechungen darüber hinaus weit über den Ort der Entstehung einer Naturkatastrophe hinweg ausbreiten. Diese Kaskadeneffekte werden durch die starke Globalisierung und Vernetzung der Welt noch weiter verstärkt. Um diesen Aspekten Rechnung zu tragen werden innerhalb von zwei Teilmodellen die indirekten Auswirkungen von Naturkatastrophen untersucht. Unter Berücksichtigung globaler Abhängigkeiten werden so zum einen die Auswirkungen von Naturkatastrophen auf Supply Chains als auch die veränderte Mobilitätsnachfrage privater Haushalte nach einer Katastrophe untersucht.

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Infolge des fortschreitenden Klimawandels steigt weltweit die Häufigkeit von sommerlichen Dürre-Ereignissen. Durch die Kombination von Trockenstress und hohen Temperaturen kann es zu Schäden an Bäumen bis hin zu deren Absterben kommen. Die trockenen Sommer in den Jahren 2018 und 2019 haben den Wald in weiten Teilen Deutschlands stark geschädigt. Als Resultat dieser außergewöhnlich heißen und langen Dürre sind viele Millionen Bäume frühzeitig verendet, verbunden mit hohen finanziellen Einbußen für Waldeigentümer. Die potenziell betroffene Fläche in Deutschland – und letztendlich weltweit – ist beträchtlich und mit bodengestützten Methoden nur schwer oder gar nicht untersuchbar. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, ein System zu entwickeln, mit welchem Schäden an Wäldern in großen und teilweise abgelegenen Gebieten identifiziert und quantifiziert werden können.
 

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CEDIM hat mit den Forensischen Katastrophenanalysen (CEDIM Forensic Disaster Analysis, CEDIM FDA) zum Ende des Jahres 2011 einen neuen Typ von interdisziplinärer Forschung begonnen. In dem neuen Programm werden Katastrophen und ihre Auswirkungen ereignisnah analysiert. Der Fokus der CEDIM-Analysen liegt dabei auf den Interaktionen zwischen (1) dem Naturereignis, (2) den technischen Anlagen, Einrichtungen und kritischen Infrastrukturen und (3) den gesellschaftlichen Strukturen, institutionellen und Selbstschutzkapazitäten.

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Das Teilvorhaben des KIT mit dem Titel „Multi-Risiko Indikatoren Ansatz für Bewertung urbaner Resilienz“ (INCREASE-MIA) im Rahmen des Verbundvorhabens „Inklusives und integriertes multi-Gefahren Risikomanagement und Freiwilligenengagement zur Erhöhung sozialer Resilienz im Klimawandel (INCREASE)” zielt auf Entwicklung eines Integrierten Indikatoren Ansatzes für Bewertung urbaner Resilienz ab.
Das Hauptziel besteht darin, Methoden und Vorgehensweisen zu entwickeln, die das Rahmenwerk zum „Integrierten Katastrophen-Risikomanagement“ (IKRM) innerhalb INCREASE aus der Systemperspektive der Mehrfachgefahren heraus praktikabel umsetzen bzw. operationalisieren. Unser Ansatz verwendet hierbei das Konzept der Resilienz, indem wir Interdependenzen und Kaskadeneffekte, die durch Mehrfachgefahren, kritischen Infrastrukturen, sozioökonomischen Schwachstellen sowie mangende institutionellen Kapazitäten innerhalb verschiedener Sektoren untersuchen.  Darüber hinaus zielt das geplante Vorhaben darauf ab, den Dialog zwischen allen relevanten Akteuren zu verbessern. Zudem sieht es eine mitwirkende Gestaltung vor, indem an bestimmte Benutzergruppen gerichtete Risikoszenarien operationalisiert bzw. angepasst werden.
 

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Hochwasser sind kurzfristige Extremereignisse, Dürren langfristige. Schutz vor Hochwasser erfordert freie Stauräume, Schutz vor Dürre gefüllte. Diese wurden in Baden-Württemberg bislang hauptsächlich für den Hochwasserschutz gebaut und betrieben, zunehmend häufigere und intensivere Hitzewellen und Dürren legen eine Nutzungserweiterung (Mehrfachzielsetzung) nahe. Das Projekt zielt daher auf die Beantwortung der Frage ab, ob Stauanlagen simultan für den Hochwasser-, Hitze- und Dürreschutz genutzt werden können. Dazu werden anhand der Stauanlagen in Baden-Württemberg im Rahmen eines risikobasierten Nutzen-Schaden-Betrachtung bauliche, rechtliche, ökologische, ökonomische, und insbesondere betriebliche Aspekte untersucht. Bezüglich letzterem wird beleuchtet, ob durch die Nutzung von Kurzfrist-Hochwasservorhersagen für eine Echtzeit-Beckensteuerung Nutzungskonflikte zwischen Hochwasser-, Hitze- und Dürreschutz entschärft werden können. Das Projekt, eine Potentialstudie zur Nutzungserweiterung von Stauanlagen für Schutz gegen Hitze, Dürre und Hochwasser (HDH-BaWü), wird in enger Kooperation mit Partnern aus Verwaltung (Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg LUBW), Industrie (Ingenieurgesellschaft WALD+CORBE) und Wissenschaft (Theodor-Rehbock-Wasserbaulaboratorium am KIT) durchgeführt.
 

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Auf der Basis des schnellen Internet-basierten Informationsflusses - insbesondere durch earthquake-report.com - sowie mit Daten aus der CATDAT Datenbasis, der weltweit umfangreichsten Sammlung von Erdbebenschadensdaten, sowie Methoden der Indikatoranalyse werden strukturierte Analysen von Schäden vorgenommen, die dann mit anderen Ereignissen verglichen werden. Diese Analyse erfolgt global, wobei die Vergleiche mit anderen Ereignissen anhand von tektonischen, regionalen oder sozioökonomischen Charakteristika erfolgen. 
 

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Ein Auftreten von mehreren Extremereignissen innerhalb kurzer Zeiträume trifft eine Gesellschaft besonders hart. Auch für Versicherer ist das Auftreten mehrerer Ereignisse innerhalb eines Jahres teurer als ein einzelnes Ereignis von derselben Schadenhöhe, da die Nettoauswirkung für Versicherer auch von der Anzahl der Ereignisse abhängt. Katastrophen- und Risikomodelle nehmen traditionell eine konstante Zeitspanne zwischen den Extremereignissen an, was dazu führt, dass das zeitliche (serielle) Clustering, d.h. das gehäufte Auftreten, und damit das Risiko unterschätzt wird. Die Betrachtung der Ursachen dieses kombinierten Auftretens und eine Prognose für die Zukunft ist daher von höchster Relevanz und Gegenstand dieses Projektes.
 

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Waldbrandrisiko in Süddeutschland

Der Schutz und der Erhalt der Wälder spielt gerade in dichtbesiedelten Ländern wie Deutschland eine wichtige Rolle, da sie im Bereich der Ökosystemdienstleistungen wesentliche bereitstellende, regulierende, kulturelle und unterstützende Funktionen haben. Aber auch in Deutschland steigt aufgrund langanhaltender Trockenheit in den Sommermonaten und die Fahrlässigkeit des Menschen das Risiko des Auftretens von Waldbränden. In den vergangen beiden Jahren gab es in Deutschland besonders viele und auch großflächige Feuer. Allein im Jahr 2019 brannte eine Fläche von 2711 ha. Dies ist seit Beginn der Waldbrandstatistik im Jahr 1977 ist die zweitgrößte betroffene Fläche. Auch für die kommenden Jahrzehnte zeigen Risikountersuchungen, dass das Waldbrandrisiko weiterhin steigen soll. Aus diesem Grund ist es sinnvoll mithilfe von geeigneten Risikomodellen bzw. Vulnerabilitätsfunktionen Risiken und Prognosen zu ermitteln und darauf aufbauend Maßnahmen zur Vermeidung von Waldbränden zu entwickeln, um in Zukunft Waldbrände in Anzahl und Fläche zu reduzieren und so den Wald zu erhalten.

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Der Internet-Informationsdienst "Wettergefahren- Frühwarnung" informiert über bevorstehende oder gerade auftretende extreme Wetterereignisse. Die Webseiten sind tagesaktuell, ständig verfügbar und werden bei Bedarf auch mehrmals täglich aktualisiert. Der Routinebetrieb begann am 1. Februar 2004 und wurde kontinuierlich aufrecht erhalten. Zwar liegt das Hauptaugenmerk auf den Vorgängen in Mitteleuropa, doch bleiben z.B. selbst Überschwemmungen durch starke Monsunregen in Südostasien oder ungewöhnlich heftige Wintereinbrüche auf Neuseeland nicht unberücksichtigt.

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Für Europa wurde ein stochastisches Modell zur Beschreibung von Häufigkeit, Ausmaß und Schwere von Hagelereignissen erstellt. Eine Version für den australischen Kontinent wird derzeit entwickelt. Die Forschung am KIT konzentriert sich auf die Gefahrenkomponente des Risikomodells.
Daten der zweiten Generation europäischer Wettersatelliten (METEOSAT Second Generation, MSG) und des japanischen MT-SAT-Satelliten werden verwendet, um schwere, hagelerzeugende Gewitter zu identifizieren. Die Methode liefert einen räumlich homogenen Ereignisdatensatz, der über Zeiträume von mehr als einem Jahrzehnt jeweils den gesamten Kontinent abdeckt. Stochastische Modellierung der Häufigkeit, Länge, Breite und Schwere von Hagelereignissen erlaubt es dann, eine große Anzahl potenzieller Hagelstürme zu erzeugen, die in einem Zeitraum von mehreren tausend Jahren erwartet werden. Diese Ereignisdatensätze können dann mit Versicherungsportfolios kombiniert werden, um Schadensummen für bestimmte Wiederkehrperioden zu schätzen. Ziel des Projekts ist es auch ein besseres Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Stärke der Konvektion und der Bildung von Hagel, und allgemeiner der vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen bei der Entstehung von Hagelereignissen. Mehrere weitere Datenquellen einschließlich von Klimamodellen werden in diesem Zusammenhang einbezogen.

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