PrognoSF

Inhalt

Der Klimawandel und die wachsende Urbanisierung verbunden mit der voranschreitenden Versiegelung von Flächen führen zum verstärkten Auftreten von Überschwemmungen ausgelöst durch Starkregenereignisse. Das Thema Frühwarnsysteme ist seit langem Thema der Forschungslandschaft, trotzdem ist die Trefferquote bei den Prognosen vor allem bei lokalen Ereignissen immer noch schlecht. PrognoSF begegnete diesem Problem durch Kombination der vom Deutschen Wetterdienst (DWD) neu in 2022 verfügbar gemachten SINFONY-Niederschlagsprognosen mit lokalen Wetterdaten, um die Trefferquote um 30% zu verbessern und die Vorwarnzeit zu verlängern.

Ein Ziel war ein Starkregen-KI-Prognosemodul, das eine lokale aktuelle Risikoklassifizierung von Überschwemmungsflächen bietet. Ein weiteres Ziel war die Erweiterung des Prognosemoduls mit Vulnerabilitätskarten zur Gefahrenanalyse besonders verwundbarer Infrastrukturen.

Exemplarisch erfolgte die Anwendung der neu entwickelten Methoden für die Testgebiete Steinheim und Lemgo. Sie wurden in die Smart City Plattformen beider Städte integriert.

Motivation:

Verursacht durch den Klimawandel treten Extremwetterereignisse häufiger auf. Besonders nach längeren Dürreperioden können Böden während Starkregenereignissen nicht so viel Feuchtigkeit aufnehmen und so das Risiko für Überschwemmungen erhöhen. Dieser Effekt wird des Weiteren durch die wachsende Urbanisierung verbunden mit der voranschreitenden Versiegelung von Flächen verstärkt. Die katastrophalen Überschwemmungsereignisse im Ahrtal (Rheinland-Pfalz) und Nordrhein-Westfalen bestätigen auf erschreckende Art und Weise, welche extremen Auswirkungen Starkniederschlagsereignisse und Sturzfluten auf das Leben von Menschen haben.

Lösung

Unser Konzept zur Erreichung der Zielstellungen: 

0. Einsatz von funkbasierten, energieautarken Sensormessstationen für eine hochauflösende Datenerfassung in Risikogebieten. 

1. Fusion multipler aktueller oder archivierter Sensordaten sowie Satelliten- und interpolierter Niederschlagsdaten 

2. Nutzung des neuen innovativen räumlich hochaufgelösten Ensemble-Niederschlagsvorhersageproduktes des DWD (SINFONY) für die Vorhersage von Starkregenereignissen. 

3. KI-basierte Verbesserung der Vorhersagen mithilfe hochauflösender Sensordatenerhebung.  

4. Realistische Risikobewertung (Folgenabschätzung) durch dynamische Vulnerabilitätskarten mit Berücksichtigung von kurzfristigen Veränderungen der Bodenbeschaffenheit, wie z.B. durch Flächenversiegelung, Dürre oder Frost und durch die Vegetation. Automatische Generierung und regelmäßige Anpassung von Vulnerabilitätskarten auf Basis von Satellitendaten und Bodenfeuchtemodellierungen. 

5. Dynamische Lagekartenvisualisierung mit Komponenten zur Evakuierungsplanung 

6. Die Prognoseergebnisse und Vulnerabilitätskarten werden in einer kartenbasierten Plattform den Entscheidern zur Verfügung gestellt.

7. Integration von der Evakuierungsplanung in die kartenbasierte Plattform 

8. Nutzung von Standardprotokollen (z.B. CAP) für die Erstellung von Warnmeldungen und für die Sicherstellung der Interoperabilität mit bestehenden Krisenmanagementsystemen