Dürre, Index
Meteorologische Dürre-Indices Hydrometeorologische Dürre-Indices Agrarwirtschaftliche Dürre-Indices, Hydrologische Dürre-Indices, Dürre-Indices aus Fernerkundungsdaten, Kombinierte Dürre-IndicesDürre-Indices sind unverzichtbare Hilfsmittel, um Dürren zu erkennen, zu überwachen und zu bewerten. Es gibt jedoch keinen universellen Dürre-Index. Vielmehr existieren viele Indices, die nach Gebietsgröße, Lage des Gebietes oder sektoralen Kriterien entwickelt wurden. Sammlungen von Dürre-Indices sind HEIM (2000, 2002), VOGT & SOMMA (2000) bzw. HAYES et al. (2007) zu entnehmen.
Die Dürre-Indices (DI) wurden von NIEMEYER (2008) in sechs Hauptgruppen eingeteilt:
a) meteorologische DI,
b) umfangreiche DI,
c) landwirtschaftliche DI,
d) hydrologische DI,
e) auf Fernerkundung basierende DI,
f) kombinierte DI.
Meteorologische Dürre-Indices
Die Wasserverfügbarkeit ist eine zentrale Größe bei der Beuteilung von Dürren. Da der Niederschlag die wichtigste Wasserquelle darstellt, stützte sich die erste Generation der Dürre-Indices im Wesentlichen auf meteorologische Variablen, die bei synoptischen Stationen beobachtet wurden.
Als einfachste Vorgehensweise zur Index-Berechnung („monthly drought index", DRI) dient die Verwendung der Wasserbilanz, wobei von der monatlichen Niederschlagssumme die Monatssumme der potentiellen Evapotranspiration abgezogen wird (vgl. BIGLER et al. 2006). Nachfolgend werden die Dezil-Methode von GIBBS & MAHER (1967), der Dürreindex von KÖNIG & MAYER (1989) und der „standard precipitation index“ detaillierter betrachtet.
Tab. 5: Übersicht meteorologischer Dürre-Indices
Blumenstock’s Index
Der Index basiert auf der Definition von BLUMENSTOCK (1942), nachdem eine Trockenheit als beendet anzusehen ist, wenn 2,54 mm (=0,10 Inch) Niederschlag innerhalb von 48 Stunden gefallen sind.
Trockenheitsindex nach Brushek
Der Trockenheitsindex nach BRUSCHEK (1994) ist ein jährlicher Index, der sich aus der Niederschlagssumme, dividiert durch die Anzahl der Sommertage errechnet.
Sommertag
Dezil-Methode
Die Dezil-Methode ist ein einfaches Verfahren, um mit monatlichen Niederschlagsdaten ein Dürre-Monitoring durchzuführen. Das Verfahren wurde von GIBBS & MAHER (1967) ent-wickelt, um die Schwächen eines prozentbezogenen Ansatzes zu umgehen. Bei der Durch-führung der Dezil-Methode unterteilt man die langjährigen Ereignisse in Kategorien (Dezile). Per Definition entspricht das fünfte Dezil dem Median und nicht der halben Niederschlags-menge (50%).
Diese Vorgehensweise wird im australischen Dürre-Überwachungssystem (drought watch system) eingesetzt. Im Falle einer Dürre können Landwirte und Viehzüchter jedoch nur dann staatliche Hilfe beantragen, wenn ein Dürre-Ereignis mit einer Wiederkehrrate von 20 bis 25 Jahren auftritt (Dezile 1 und 2 eines 100-jährigen Eintrags) und gleichzeitig länger als 12 Monate andauert (WHITE & O'MEAGHER 1995).
Das einheitliche Klassifikationsverfahren zeigt deutliche administrative Vorteile gegenüber Verfahren, die Prozentangaben von Niederschlagsmengen betrachten. Ein Nachteil des Dezil-Ansatzes ist die Notwendigkeit, auf lange klimatologische Zeitreihen zurückgreifen zu müssen.
Tab. 6: Dürre-Klassifikation auf Basis der Dezil-Methode
Dürre-Index für Waldschäden (KÖNIG & MAYER 1989)
Zur Untersuchung der klimatisch bedingten Waldschäden in Bayern definierten KÖNIG & MAYER (1989) einen Dürre-Index, nach dem an mindestens 10 aufeinanderfolgenden Tagen die tägliche Niederschlagssumme unter 5 mm/d und das Tagesmittel der Lufttemperatur in 2 m Höhe über 20°C sein muss.
Standard Precipitation Index (SPI)
Der standardisierte Niederschlag-Index (SPI) ist ein robuster Index zur Beschreibung von Dürren. Er wurde vom Colorado Climate Center entwickelt, um Dürreereignisse definieren und überwachen zu können (McKee et al. 1993). Der SPI basiert auf aktuellen und histo-rischen Niederschlagsdaten. Die daraus berechneten Werte geben die Abweichung von einem Durchschnittswert an. Der SPI wird für mehrere Zeiträume berechnet, die zwischen einem Monat und bis zu 2 Jahren umfassen können. Damit können kurz- und langfristige Entwicklungen erfasst und der Beginn sowie das Ende jeder Dürre, einschließlich der monatlichen Intensität, identifiziert werden.
Der SPI betrachtet nur den Parameter Niederschlagsmenge und ermittelt daraus standar-disierte Eintrittswahrscheinlichkeiten. Der Wert „0“ ist der Median des Niederschlagswertes, d.h. die Hälfte der historischen Niederschlagsmengen liegt unter dem Median, die andere Hälfte darüber.
Tab. 7: Dürre-Klassifikation auf SPI-Basis (LOUCKS et al. 2006)
Hydrometeorologische Dürre-Indices
Die nutzbare Wasserspeicherkapazität des Bodens kann Niederschlagsdefizite mehr oder weniger stark ausgleichen. Deshalb ist die Bodenwasserverfügbarkeit ebenfalls eine wichtige Komponente, die es zu betrachten gilt.
Tab. 8: Hydrometeorologische Dürre-Indices
Mit der Entwicklung des „Palmer Drought Severity Index“ (PALMER 1965) wurden neben meteorologischen Parametern auch Elemente des Wasserkreislaufs berücksichtigt. NIEMEYER (2008) fasst diesen und ähnliche Indices als „comprehensive drought indices“ zusammen.
Je nach den verwendeten Verfahren werden hydrologische Parameter wie die Abflussmenge bzw. Änderungen des Grundwasserspeichers verwendet oder man greift auf Informationen der Landoberfläche wie Evapotranspiration, Bodenfeuchte oder Schneemenge zurück. Als Beispiele werden der „Palmer Drought Severity Index“ und „KEETCH-BYRAM Drought Index“ genauer betrachtet.
PALMER Drought Severity Index (PDSI)
Der „Schwere Dürre“- Index von PALMER oder PALMER Drought Severity Index (PDSI) ist ein häufig benutztes Maß, um basierend auf Niederschlag- und Temperaturwerten Aussagen über den Grad der Trockenheit treffen zu können.
Tab. 9: Klassifikation der aktuellen Wetterbedingungen nach PDSI (ALLEY 1984)
Der PDSI wurde Mitte der 60er-Jahre entwickelt (PALMER 1965) und nachfolgend mehrfach modifiziert. Der PDSI ist mit einigen Anpassungen auch heute noch der gebräuchlichste Dürre-Index in den Vereinigten Staaten. Seit 2007 wird er monatlich für die gesamte Welt durch das UCL Department Space and Climate Physics in Form des Globalen Dürre-Monitors („Global Drought Monitor“) zur Verfügung gestellt.
Der Index gibt die Abweichung der Feuchteversorgung ausgehend von normalen Bedingungen an. Die Feuchteversorgung wird über die monatlichen Größen Niederschlag und Temperatur eines Zwei-Schicht-Boden-Modells sowie lokal verfügbarer Messwerte der Bodenfeuchte ermittelt.
Als Schwachstellen des Modellansatzes erweist sich, dass anthropogene Einflüsse wie etwa die künstliche Bewässerung nicht berücksichtigt werden. Darüber hinaus werden Prozesse wie die Schnee-Akkumulation oder die Schneeschmelze sowie der Einfluss gefrorener Böden von dem Modell ebenfalls vernachlässigt.
KEETCH-BYRAM Drought Index (KBDI)
Der KEETCH-BYRAM Dürre-Index (KDBI) wurde zur Vorhersage der Waldbrandgefahr entwickelt (KEETCH & BYRAM 1968).
Um den KDBI zu berechnen, werden lediglich die tägliche Maximaltemperatur und tägliche Gesamtniederschlagsmenge benötigt. Aus diesen Größen wird die Evapotranspiration oder der Feuchtigkeitsverlust einer bewachsenen Fläche berechnet.
Durch einen mathematischen Ansatz wird das Verhältnis zwischen dem Feuchteverlust des Bodens und dem Laubstreuanteil abgeschätzt. Die Vegetationsdichte wird hierbei durch die durchschnittliche Feuchtigkeitsverfügbarkeit wiedergegeben.
Evapotranspiration
Tab. 10: Allgemeine Beschreibung für relative KDBI-Stufen (SERCC 2002, USDA 2002)
Agrarwirtschaftliche Dürre-Indices, Hydrologische Dürre-Indices, Dürre-Indices aus Fernerkundungsdaten, Kombinierte Dürre-Indices
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