Impact of Climate Change and Update of Extreme Rainfall Data in the Alpine Rhine Catchment

Die Internationale Regierungskommission Alpenrhein (IRKA) liess im Jahr 2000 eine Studie zur Hydrologie am Alpenrhein verfassen. Ein Bestandteil der Studie sind mögliche Niederschlags- und Abflussszenarien für den Alpenrhein. Seither sind rund 25 Jahre vergangen und die IRKA möchte die damals erarbeiteten Szenarien überprüfen lassen. So gab es seither verschiedene (kleinere) Hochwasserereignisse, welche zusätzliche Daten liefern, die Wettermodelle und auch die statistischen Methoden haben sich weiterentwickelt, das Klima hat sich weiter erwärmt und der Klimawandel schreitet voran. Die IRKA will eine Aktualisierung der Niederschlags- und Abflussszenarien für den Alpenrhein erarbeiten. Es wurde beschlossen, dass zunächst die Komponente Niederschlag betrachtet werden soll. Weitere Komponenten wie hydrologische Abflussmodelle und Bodenfeuchtemodelle sollen je nach Erkenntnissen aus den Analysen zu einem späteren Zeitpunkt mit den entsprechenden Fachstellen analysiert werden. Grundsätzlich ist eine umfassende Betrachtung aller Komponenten der Hochwassergefahr anzustreben. Die Aufdatierung der Datengrundlage für Extremniederschläge im Gebiet des Alpenrheins sowie die Weiterentwicklung und Anwendung von aktuellen Methoden der Extremwertstatistik sind dazu erforderlich. Parallel sind im Jahr 2025 einige relevanten Studien, insbesondere der Abschlussbericht des Projekts Extremhochwasser Schweiz und die Klimaszenarien CH2025, erschienen. Zudem hat die Internationale Rheinregulierung (IRR) ein Gutachten zur Bewertung der Studie Hydrologie am Alpenrhein (2000) aus heutiger Sicht und Ableitung von Handlungsempfehlungen in Auftrag gegeben. Diese Studien und Empfehlungen flossen in die vorliegende Vorstudie ein. Die Studie der IRR empfiehlt die Erstellung einer Extremwertstatistik für die Teileinzugsgebiete und das Gebiet des Alpenrheins. Das Projekt soll a) die Klimatologie des Gebietsniederschlags in den Einzugsgebieten des Alpenrheins aufdatieren, b) folgenschwere historische Ereignisse betreffend ihrer meteorologischen Eigenschaften untersuchen und c) eine aktualisierte Extremwertstatistik der Gebietsniederschläge unter Verwendung aktueller statistischer Methoden erstellen, die als Grundlage einer Risikobewertung verwendet werden kann. Schritt 1: Entwicklung einer Methodik zur Bestimmung von Wiederkehrwerten für Gebietsniederschläge. Die Methodik muss auf aktuellsten statistischen Verfahren beruhen. Insbesondere muss trotz des Fokusses auf Gebietsmittel die Extrema in der Niederschlagsverteilung erhalten bleiben. Zusätzlich ist eine probabilitistische Abschätzung der Unsicherheit der Extremwerte nötig. Als Datengrundlage dienen tägliche Niederschlagsensembledaten (räumliche Niederschlagsgitter mit Unsicherheitsabschätzung) von MeteoSchweiz für den Zeitraum 1961-2025. Im Gegensatz zu anderen häufig angewendeten Methoden bleiben bei diesem Datensatz auch nach der räumlichen Mittelung Extrema erhalten. Die Einzugsgebietssummen werden über eine neuartige stochastische Simulation geschätzt, die es erlaubt, realistische Extreme für Gebiete zu erhalten. Damit folgt man dem IRR-Gutachten, d.h. moderne statistische Methoden zu verwenden um bisherige Schwächen der räumlichen Interpolationsverfahren, insbesondere der herkömmlichen Thyssen-Polygon Methode zu umgehen.  Schritt 2: In einem sich weiter erwärmenden Klima ist von häufigeren und intensiveren Niederschlägen auszugehen. Dieses Arbeitsschritt quantifiziert die Auswirkung einer wärmeren Atmosphäre auf die Extremniederschläge. Konzeptionell wird die Extremwertstatistik unter Berücksichtigung des thermodynamischen Effekts der Erwärmung auf die Niederschlagsmenge skaliert. Dabei werden die Ergebnisse hochaufgelöster regionaler Klimasimulationen aus Euro-CORDEX berücksichtigt. Das Vorgehen ist analog ähnlicher Betrachtungen in den «Klimaszenarien CH2025» und entspricht dem aktuellen Stand des Wissens. Es muss jedoch für die Anwendung auf den Gebietsniederschlag erweitert werden. Die erarbeitete Extremwertstatistik ist Voraussetzung. Schritt 3: Wichtige Hochwasserereignisse, die vor 1961 stattgefunden haben, können nicht in der statistischen Extremwertanalyse für die Niederschlagssummen über Einzugsgebiete berücksichtigt werden. Der Grund dafür ist ein Mangel an räumlich konsistenten Messdaten des täglichen Niederschlags für eine ausreichende Zahl an Stationen vor 1961. Dennoch hat IRKA ein besonderes Interesse, diese Ereignisse in der Extremwertstatistik einzuordnen. Es werden historische Ereignisse vor 1961 betrachtet. Weiter soll das Projekt sicherstellen, dass die neuen Datengrundlagen in regelmässigen Abständen aufdatiert und nachhaltig bereitgestellt werden können.