Das Delaware River Basin, ein Küstenwassereinzugsgebiet in der Mittelatlantikregion, hat eine lange Geschichte schwerer Überschwemmungen mit erheblichen sozioökonomischen Auswirkungen. Neuere Forschungen verwenden einen prozessbasierten Modellierungsansatz, um hydrometeorologische Bedingungen (wie Niederschlag, Schneeschmelze und Bodenfeuchtigkeit) während Überschwemmungsereignissen in den letzten 40 Jahren zu analysieren und die räumliche Variabilität von Überschwemmungsmechanismen in der gesamten Region aufzudecken.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Die Zukunft der Erde.
Im oberen Einzugsgebiet kommt es in hochgelegenen Teileinzugsgebieten überwiegend zu Frühjahrsüberschwemmungen aufgrund von Regen-auf-Schnee-Ereignissen, während das untere Einzugsgebiet hauptsächlich von Überschwemmungen aufgrund kurzer, intensiver Regenfälle ohne starkes saisonales Muster betroffen ist. Zukünftige Hochwasserprognosen auf Basis von Klimaszenarien deuten auf eine flächendeckende Verschärfung der Überschwemmungen (d. h. größere Abflussspitzen) hin. Wichtig ist, dass die erwartete Verschiebung des primären Überschwemmungsmechanismus des Oberbeckens von Regen auf Schnee zu intensiven kurzen Niederschlagsereignissen, die durch vorhergehende feuchtere Bodenfeuchtigkeitsbedingungen verschärft wird, auf eine sich entwickelnde Überschwemmungsrisiko- und Zeitlandschaft hindeutet.
Folglich unterstreicht dies die dringende Notwendigkeit adaptiver Hochwassermanagementstrategien im Vorgriff auf diese sich entwickelnden Bedingungen.
Im Delaware River Basin leben über 8 Millionen Menschen, von denen viele in überschwemmungsgefährdeten Gebieten leben. In den letzten Jahren haben Überschwemmungen enorme Verluste verursacht. Drei Großereignisse in den Jahren 2004, 2005 und 2006 kosteten in New York, New Jersey und Pennsylvania rund 745 Millionen US-Dollar. Mit Blick auf die Zukunft wird erwartet, dass das projizierte wärmere und feuchtere Klima in der Region die Schwere künftiger Überschwemmungen deutlich verstärken wird.
Darüber hinaus wird damit gerechnet, dass Überschwemmungen in Zukunft das ganze Jahr über sporadischer auftreten, im Gegensatz zu historischen Überschwemmungen im hochgelegenen Upper Basin, die aufgrund von Regen-auf-Schnee-Ereignissen am häufigsten im Frühjahr auftreten. Dieses sich entwickelnde Hochwasserrisiko und die durch den Klimawandel bedingte zeitliche Verschiebung stellen größere Herausforderungen für künftige Hochwassermanagementbemühungen dar.
Das Delaware River Basin ist erheblichen Überschwemmungsrisiken ausgesetzt, die auf verschiedene Überschwemmungsmechanismen zurückzuführen sind, die durch die veränderte Topographie von Bergen zu Küstenebenen beeinflusst werden. Das Verständnis von Hochwasserprozessen auf der Ebene des Teileinzugsgebiets ist für die Vorhersage von Überschwemmungsrisiken flussabwärts von entscheidender Bedeutung, da Überschwemmungen flussabwärts aus der nichtlinearen Aggregation flussaufwärts verlaufender Prozesse resultieren.
Die Studie nutzte ein prozessbasiertes hydrologisches Modell, um vergangene und zukünftige Überschwemmungen auf Teileinzugsgebietsebene zu analysieren. Die Forscher identifizierten den dominanten Entstehungsmechanismus für jedes Überschwemmungsereignis, wie z. B. Schneeschmelze, Regen auf Schnee (ROS), kurzzeitige Niederschläge unter unterschiedlichen vorangegangenen Bodenfeuchtigkeitsbedingungen, wie z. B. trocken (SR−), normal (SR) oder nasser (SR+) und Langzeitniederschlag unter ähnlichen Feuchtigkeitsbedingungen. Historisch gesehen verursachten ROS die meisten Überschwemmungen im oberen Becken, während SR das untere Becken dominierte.
Zukünftige Überschwemmungsprognosen im Rahmen von 20 Szenarien des General Circulation Model (GCM) deuten häufig auf schwerwiegendere Überschwemmungen in der gesamten Region hin. Im oberen Einzugsgebiet wird bei SR+-Überschwemmungen der größte Anstieg der extremen Überschwemmungsstärke prognostiziert, der gemäß den durchschnittlichen GCM-Szenarien zwischen 71 % und 114 % in den Untereinzugsgebieten liegt. Im unteren Becken werden die SR-Überschwemmungen voraussichtlich den größten Anstieg verzeichnen, nämlich zwischen 63 % und 113 %.
Dieser unterschiedliche Anstieg der Überschwemmungsschwere, der sowohl für den oberen als auch den unteren Teil des Einzugsgebiets quantifiziert wurde, unterstreicht die komplexe Herausforderung, sich auf zukünftige Überschwemmungen vorzubereiten. Trotz dieser konsistenten Trends in den GCM-Szenarien bestehen erhebliche Diskrepanzen bei den prognostizierten Änderungen der Häufigkeit und Stärke von Überschwemmungen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, Unsicherheiten in Klimaprognosen bei der Entwicklung von Hochwassermanagementstrategien und der Planung der Infrastruktur zur Anpassung an zukünftige Klimabedingungen zu berücksichtigen.
Weitere Informationen:
Ning Sun et al., Amplified Extreme Floods and Shifting Flood Mechanisms in the Delaware River Basin in Future Climates, Die Zukunft der Erde (2024). DOI: 10.1029/2023EF003868