B. Thies, H. Lange
Werbung
Synchrones Verhalten von Abflusszeitreihen in ausgewählten Einzugsgebieten Süddeutschlands B. Thies, H. Lange Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft Norwegisches Waldforschungsinstitut Gliederung 1. 2. 3. 4. 5. Motivation Singuläre System Analyse (SSA) Ergebnisse für Süddeutschland Ursachensuche Fazit 21. 10. 2004 München Motivation I • Zyklische Phänomene in der Natur auf verschiedensten Zeitskalen: – Tagesgang – Mondphasen - Jahresgang - Sonnenfleckenzyklus... • Abflüsse: dominanter Jahresgang erlaubt saisonale Risikoabschätzung Gibt es weitere, langfristigere Zyklen in Abflusszeitreihen? 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Motivation II Wenn Abflussreihen langfristige zyklische Komponenten enthalten: - Welche Perioden haben sie? – Wie bedeutend sind sie? - Gibt es regionale Übereinstimmungen der Zyklen? - Was sind die Ursachen? 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Singuläre System Analyse (SSA) „Hauptkomponentenanalyse für einen einzigen Datensatz“ 21. 10. 2004 München Komplette Zerlegung einer Zeitreihe in Komponenten mit neuer Basis (EOF) Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Singuläre System Analyse (SSA) Welche Perioden haben sie? EOF haben meist einfache Spektren, man kann ihnen eine dominante Periode zuordnen Wie bedeutend sind sie? EOF haben eine Rangfolge (Rang der Eigenvektoren) und lassen sich durch einen Test gegen rotes Rauschen auf Signifikanz testen. 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Beispiel: Abfluss am Pegel Achleiten Achleiten: Eigenwerte gegen Frequenz Achleiten, N/M=4.8 1 10 3 4 0 9 10 13 15 Eigenwerte 10 5 6 16 18 20 19 14 12 11 -1 10 -2 10 Eigenwert 1-20 Die nächsten 30 Der Rest 1 Jahr 1/2 Jahr sign. lange Komp. Andere lange Perioden Fit auf rotes Rauschen -1 21. 10. 2004 München 0 Trendverhalten und1/Jahre Instationarität von VerteilungenKoptsik Frequenz, 10 10 2001 Rekonstruktion der Abflusszeitreihe Achleiten 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Hier wäre es didaktisch sinnvoll, nur die rekonstruierte Komponente von Achleiten zu zeigen, die zwar auf der nächsten Folie drauf aber schlecht zu erkennen ist... 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 1900 1910 1920 21. 10. 2004 München 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Ergebnisse für Süddeutschland: Donaupegel Dillingen Donauwoerth Ingolstadt Kehlheim Oberndorf Hofkirchen Achleiten 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 1900 1910 1920 21. 10. 2004 München 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Ergebnisse für Süddeutschland: SSA-ComponentsRheinzuflüsse Rhine Tributaries (Period > 2 years) Neustadt Kocherstetten Horb Plochingen 0,8 Doerzbach Oberlauchringen 0,6 Schwaibach Hinterlehengericht Sennfeld 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 1920 1930 21. 10. 2004 München 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Ergebnisse weltweit 1 Columbia (USA) Danube (Romania) Fraser (USA) Tana (Norway) Labe (Czechia) Maas (Belgium) Mary (Australia) Mitta Mitta (Australia) 1 Mitta Mitta (Australia) 2 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 1840 1860 21. 10. 2004 München 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen 2000 Wie weit reicht die Synchronizität? (a) Donau /D (b) Rhein /D (c) Mitteleuropa (andere) (d) Westeuropa (e) Nordeuropa (f) Osteuropa (Donau) (g) USA (h) Mittel-Amerika (i) Afrika (j) Australien 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Rückblick Verteilungs-Instationarität Besseres Bild Zeitskala: Zeitskala: 5 Jahre 5 Jahre 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen Ursachensuche: Sonnenfleckenzyklus? 0.6 0.4 CCF 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Lag [years] 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen 20 Ursachensuche: El Niño? 0.6 0.4 CCF 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -20 21. 10. 2004 München -15 -10 -5 0 5 10 15 Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen 20 Fazit / Konsequenzen für die Praxis • Langfristige Anteile des Abflusses erklären 15-20% der Varianz Nutzbar für langfristige Hochwasservorhersagen? • vielfach synchroner Verlauf der langfristigen Abfluss-Komponenten auf regionaler Skala • Ursachen noch nicht geklärt 21. 10. 2004 München Trendverhalten und Instationarität von Verteilungen
