Helmholtz-Zentrum Geesthacht, 2016-07-01
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Dürre

Die Definitionen von Dürre sind wegen ihrer starken Abhängigkeit von Zeit und Raum sowie aufgrund ihrer Auswirkungen sehr vielfältig (HEINRICH & GOBIET 2011). Wilhite & Glantz (1985) fanden mehr als 150 publizierte Definitionen für Dürre, die auf verschiedene Klassifikationen zurückgreifen. Einige der am häufigsten verwendeten Definitionen sind bei TATE & GUSTARD (2000) oder DEMUTH & BAKENHUS (1994) zusammengefasst.

Dürre ist ein extremer, über einen längeren Zeitraum herrschender Zustand, in dem aus hydrologischer, landwirtschaftlicher oder ökologischer Sicht weniger Wasser verfügbar als erforderlich ist. Dies schließt auch den Wasserbedarf von Organismen mit ein.

Dürre ist jedoch ein relativer Begriff, der in Bezug zu den regionalen Niederschlagsverhältnissen gesehen wird. Deshalb muss bei jeder Diskussion der Bezug zu den regionalen Verhältnissen hergestellt werden (IPCC 2012).

Aus statistischer Sicht ist Dürre ein seltenes Extremereignis und tritt mit einer bestimmten Wiederkehrwahrscheinlichkeit auf. Dürren grenzen Zeiten ab, in denen die Wasserverfügbarkeit bezogen auf die langjährige Verteilung sehr gering ist (METTE et al. 2011).

Im Gegensatz dazu grenzt die Aridität Räume ab, in denen die Verdunstungsmenge immer höher ist, als die Niederschlagschlagsmenge, wodurch generell eine geringe Wasserverfügbarkeit normal ist.
Nach der allgemeinen Definition sind Dürren nur bedingt als Naturkatastrophen anzusehen, da sie zwar mit dem Fehlen von Niederschlägen beginnen, aber nicht plötzlich und unerwartet hereinbrechen. Dass die Folgen von Dürren oft ein katastrophales Ausmaß annehmen, hat seine Ursachen überwiegend in organisatorischen, administrativen und politischen Problemen (PLAPP 2003).
Tab. 3: Dürre-Intensitäten nach dem U.S. National Weather Center (METTE et al. 2011)
Dürregrad Wiederkehr (Jahre) Mögliche Folgen PDSI SPI
Milde Dürre 3 - 4 Geringe Drosselung des Wachstums; erhöhtes Feuerrisiko; möglicher Beginn (Ende) einer Dürre -1,0 bis -1,9 -0,5 bis -0,7
Mäßige Dürre 5 – 9 Getreideschäden; hohes Feuerrisiko; Rückgang der Wasserstände -2,0 bis -2,9 -0,8 bis -1,2
Starke Dürre 10 – 17 Ernteeinbußen: sehr hohes Feuerrisiko; Wassermangel -3,0 bis -3,9 -1,3 bis -1,5
Extreme Dürre 18 – 43 Ernteausfälle; extremes Feuerrisiko; großflächiger Wassermangel -4,0 bis -4,9 -1,6 bis -1,9
Exzeptionelle Dürre >43 Großflächige Ernteausfälle; Feuergefahr; Erschöpfung von Wasservorräten ab -5,0 ab -2,0
PDSI: Palmer Drought Severity Index, SPI: Standard Precipitation Index

Nach WILHITE & GLANZ (1985) können fachspezifische Variablen zur Definition der Dürre-Art verwendet werden. In der Meteorologie ist der Niederschlag gebräuchlich, wohingegen die Hydrologie die Abflussmenge oder die Landwirtschaft die Bodenfeuchte verwendet. Die Vorstellung von Dürre ist jedoch relativ, wobei sich die Abnahme der Wasserverfügbarkeit auf eine bestimmte Zeitperiode und ein bestimmtes Gebiet beziehen muss (BERAN & RODIER 1985).

Dürre ist die Umschreibung für eine lang anhaltende Trockenheit, deshalb wird die allgemeine Abnahme der Wasserverfügbarkeit zunächst nur als Trockenheit angesehen. Der Übergang zur Dürre ist in der Literatur auf unterschiedliche Weise definiert. Die Dürre-Definitionen lassen sich dazu in fünf Gruppen einteilen: Meteorologische Dürre, landwirtschaftliche Dürre, hydrologische Dürre, Grundwasser-Dürre und sozio-ökonomische Dürre:

Meteorologische Dürre

Die Meteorologische Dürre wird anhand von Niederschlagsmenge und einem gewählten Messzeitraum definiert. Die zugehörigen Schwellenwerte sind standort- oder regionenspezifisch und hängen von der jeweiligen Fragestellung ab. Deshalb ist es nicht immer möglich, Dürren in verschiedenen Regionen miteinander zu vergleichen.

HEM (2002) stellte in seiner Arbeit statistische Herangehensweisen dahingehend zusammen, wie früher Dürren definiert wurden, beispielsweise:
  1. 21 oder mehr Tage mit einem Niederschlag von weniger als einem Drittel der normalen Niederschlagsmenge
  2. Monatliche Niederschläge, die weniger als 60% der normalen Menge betragen
  3. Jahresniederschlagsmenge, die weniger als 75% der normalen Menge beträgt
Allerdings wird die statistische Herangehensweise wegen der meist zu kurzen verfügbaren Messreihen von einigen Wissenschaftlern kontrovers diskutiert (BERAN & RODIER 1985).

In Abhängigkeit von der Dauer, kann die meteorologische Dürre zur landwirtschaftlichen oder hydrologischen Dürre führen.

Landwirtschaftliche oder Bodenfeuchte Dürre

Von einer landwirtschaftlichen oder Bodenfeuchte Dürre wird gesprochen, wenn ein Niederschlagsdefizit in Verbindung mit hohen Verdunstungswerten auftritt. Dadurch ist die Bodenfeuchtigkeit in einem Agrargebiet ab einem bestimmten Zeitpunkt nicht ausreichend, um eine durchschnittliche landwirtschaftliche Produktion von Nutzpflanzen zu gewährleisten. Eine landwirtschaftliche Dürre kann nur während der Vegetationsperiode auftreten. Außerhalb der Vegetationsperiode kann darüber hinaus die sogenannte Frosttrocknis oder Winterdürre auftreten.

Frosttrocknis

Winterdürre


Hydrologische Dürre

Die hydrologische Dürre charakterisiert den Zustand, wenn die Wasserreserven in Seen oder Wasserspeichern unter einen festgelegten Schwellenwert wie einen statistischen monatlichen Durchschnittswert oder einen definierten Wasserstand fallen. Niederschlagsdefizite führen in Einzugsgebieten zur Abflussminderung, bis der Abfluss nur noch durch das Grundwasser gespeist wird. Im weiteren Verlauf werden die Grundwasserspeicher weiter aufgebraucht, was letztendlich zur Grundwasser-Dürre (groundwater drought) führt.

Nach WILHITE UND GLANZ (1985) lässt sich die hydrologische Dürre im Hinblick auf ihre sektoralen Auswirkungen in sechs Klassen einteilen.

Meistens umfassen die Studien zu hydrologischen Dürren Zeiträume von über drei Monaten. Aber auch kurzfristigere Abflussdefizite (< 3 Monate) können als Dürren definiert und behandelt werden (ZELENHASIC & SALVAI 1987). TALLAKSEN & HISDAL (1997) weisen darüber hinaus darauf hin, dass zwischen einer Sommerdürre und einer Winterdürre unterschieden werden muss. Während im Sommer geringe Niederschlagsmengen zu niedrigen Abflüssen führen, werden im Winter die Niederschläge als Schnee und Eis zurückgehalten und können dadurch nicht direkt zum Abflussgeschehen beitragen.
Tab. 4: Hydrologische Dürre, Klassifikation von WILHITE UND GLANZ (1985)
Typ Klassifikation
1 3-wöchiges bis 3-monatiges Abflussdefizit in der Zeit der Keimung und des Pflanzenwachstums mit möglichen katastrophalen Folgen für die Landwirtschaft, die von der Fluss-Bewässerung abhängig ist
2 Minimale Abflussmenge signifikant unterhalb des langjährigen normalen Niedrigwasserabflusses, mit geringer Verschiebung zur Vegetationsperiode. Da die Keimung nicht beeinträchtigt ist, hat diese Dürre nur geringe Bedeutung für die Landwirtschaft.
3 Erhebliches Defizit im jährlichen Gesamtabfluss mit Auswirkungen auf die Stromerzeugung aus Wasserkraft sowie die Bewässerung aus großen Stauseen.
4 Flusswasserstand unterhalb des jährlichen normalen Wasserstandes, dies kann zum Einsatz von Pumpen für die Bewässerung führen. Diese Dürreart ist im Zusammenhang mit Typ 3 zu sehen (Defizit im jährlichen Abfluss).
5 Dürre, die sich über mehrere aufeinanderfolgende Jahre erstreckt. Abflussmengen bleiben unterhalb eines niedrigen Schwellenwertes bzw. Flüsse trocknen vollständig und für längere Zeit aus
6 Signifikante Leerung des Grundwasserspeichers. Der Vorgang ist nur schwer quantitativ zu erfassen, da die natürliche Grundwasserabsenkung durch die anthropogene Übernutzung überlagert wird.
Die Definition eines Abfluss-Dürre-Ereignisses wird benutzt, um Abflüsse in der Dürrezeit zu identifizieren und den Zeitraum der Dürre erfassen zu können. Dazu werden im Allgemeinen Schwellenwerte verwendet (TALLAKSEN 2000). Genutzt wird diese Vorgehensweise im Bereich der Wasserkrafterzeugung, dem Wassermanagement sowie dem Betrieb von Wasserversorgungs- oder Bewässerungssystemen. In der Binnenschifffahrt bedeutet dagegen die Unterschreitung von Niedrigwasserkennwerten nicht, dass die Schifffahrt eingestellt wird. Während bei Hochwasserextremen die zuständigen Behörden Beschränkungen oder die Einstellung der Schifffahrt anordnen, ist bei Niedrigwasser jeder Schiffsführer selbst dafür verantwortlich in Kenntnis der Abmessungen seines Schiffes die Fahrt ohne Grundberührung durchzuführen (http://www.bafg.de).

Die Angaben zur Beschreibung von Dürreperiode können ebenfalls variieren, z. B. Beginn der Dürre, Abfluss-Mittelwert in Verbindung mit dem Beginn und Ende der Dürre oder aber auch Datumsangaben mit den jeweiligen minimalen Durchflussmengen. Häufig wird auch ein Dürre-Index verwendet, der sich aus dem Verhältnis von Dürre-Defizit-Volumen und Dürre-Dauer zusammensetzt.

Grundwasser-Dürre

Von Grundwasser-Dürre wird gesprochen, wenn der sinkende Grundwasserspiegel einen kritischen Stand erreicht. Trotz seiner großen hydrologischen Bedeutung wird das Grundwasser bei vielen Dürre-Analysen ignoriert. Demzufolge existieren in der Literatur nur wenige Definitionen.

CALOW et al. (1999) gebrauchen den Terminus, um eine Situation zu beschreiben, in der z. B. Brunnen trocken fallen. Die Definition schließt somit den menschlichen Wasserbedarf mit ein. VAN LANEN & PETERS (2000) folgern in ihrer Arbeit, dass eine Grundwasser-Dürre dann auftritt, wenn die Grundwasserstände über einen bestimmten Zeitraum unter einen kritischen Wasserstand fallen, der über Perzentile des Grundwasser-Hydrographen ermittelt werden kann.

Das Unterschreiten eines kritischen Wasserstandes hat sichtbare negative umweltrelevante oder sozio-ökonomische Folgen, wie das Versiegen von Quellen oder der verringerte Abfluss von grundwassergespeisten Bächen. In einigen Ländern wie Großbritannien oder den Niederlanden werden deshalb Grundwasserstände beobachtet, um aufkommende Grundwasser-Dürren frühzeitig feststellen zu können. In den Niederlanden wird der Begriff „Grundwasser-Dürre“ jedoch nicht explizit verwendet.

Zur Untersuchung von Grundwasser-Dürren werden die Grundwasserneubildung, Grundwasserstände und der Grundwasserzustrom herangezogen (TATE & GUSTARD 2000). Ebenso kann die Ausdehnung der gesättigten Zone oder der Fläche von Feuchtgebieten berücksichtigt werden.

Die zeitliche Verzögerung zwischen einer meteorologischen Dürre und einer hydrologischen Dürre kann Monate oder sogar Jahre betragen. Da sich das Grundwasserreservoir nur langsam wieder auffüllt, sind die Auswirkungen einer Dürre im Grundwasser erst lange nach dem Ende der meteorologischen Dürre beendet.

Sozio-ökonomische Dürre

Von einer sozio-ökonomischen Dürre wird gesprochen, wenn es zu einem Versagen der Wasserversorgung kommt, d. h. wenn der Bedarf nicht mehr ausreichend gedeckt werden kann. Dies tritt z. B. ein, wenn der Wasserverbrauch der Bevölkerung die natürlich vorhandenen und regenerierbaren Wasservorräte übersteigt (CUTTER 2001). Neben hydrologischen Ursachen können Planungsfehler und Missmanagement Auslöser dieses Dürretyps sein (SÁNCHEZ et al. 2000).

Quellen (Stand: 31.07.2012)

Beran, M. A. & Rodier, J. A. (1985): Hydrological Aspects of Drought. - WMO-UNESCO Panel Report, Studies and Reports in Hydrology, 149 p.

Calow, R., Robins, N., Macdonald, A. & Nicol, A. (1999): Planning for groundwater drought in Africa. – In: Proc. of Int. Conference on Integrated Drought Management: Lessons for Sub-Saharan Africa. Technical Documents in Hydrology, No. 35, IHP-V: 255–270.

Cutter, S. L. [ed.] (2001): American Hazardscapes: The Regionalization of Hazards and Disasters. – Natural Hazards and Disasters Series, 211 S.

Demuth, S. & Bakenhus, A. (1994): Hydrological Drought - A literature review. – Internal Report of the Institute of Hydrology, University of Freiburg, Germany.

Heinrich, G. & Gobiet, A. (2011): The future of dry and wet spells in Europe: A comprehensive study based on the ENSEMBLES regional climate models. – Int. J. Climatol., published online: DOI: 10.1002/joc.2421

Heim, R. R., Jr. (2002): A review of twentieth-century drought indices used in the United States. - Bull. Am. Meteor. Soc. 83 (8), 1149–1165.

IPCC (2012): Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Field, C.B., V. Barros, T.F. Stocker, D. Qin, D.J. Dokken, K.L. Ebi, M.D. Mastrandrea, K.J. Mach, G.-K. Plattner, S.K. Allen, M. Tignor, and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK, and New York, NY, USA, 582 pp.

Mette, T., Rötzer, T. & Pretzsch, H. (2011): Ein Dürre-Index für die Forstwirtschaft. – LWL aktuell, 85, 19-21.

Plapp, T. (2003): Wahrnehmung von Risiken aus Naturkatastrophen. Eine empirische Untersuchung in sechs gefährdeten Gebieten Süd- und Westdeutschlands. - Diss. Uni-Karlsruhe, 349 S.

Sánchez, S., Solera, A. & Andreu, J. (2000): Gestión de sistemas de recursos hídricos basado en la evaluación del riesgo de sequía. – Proc. XIX congreso Latinoamericano de Hidráulica, pp. 655-664.

Tallaksen, L. M. & Hisdal, H. (1997): Regional analysis of extreme streamflow drought duration and deficit volume. – In: Gustard et al. [eds.]: FRIEND’97-Regional Hydrology: Concepts and Models for Sustainable Water Resource Management 141-150. IAHS Publ. no. 246.

Tallaksen, L.M. (2000): Streamflow drought frequency analysis. – In: Vogt, J. V. & Somma, F. [eds.]: Drought and Drought Mitigation in Europe,103-117.

Tate, E. L. & Gustard, A. (2000): Drought definition: a hydrological perspective. – In: Vogt, J. V. & Somma, F. [eds.]: Drought and Drought Mitigation in Europe, 23-48.

Lanen, H. A. J. van & Peters, E. (2000): Definition, effects and assessment of groundwater droughts. – In: Vogt, J. V. & Somma, F. [eds.]) Drought and Drought Mitigation in Europe, 49-61.

Wilhite D. A & Glantz M. H. (1985): Understanding the drought phenomenon: The role of definitions. – Water International 10 (3): 111–120.

Zelenhasic, E. & Salvai, A. (1987): A Method of Streamflow Drought Analysis. – Wat. Resour. Res., 23 (1), 156-168.

http://www.bafg.de


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