Wann ist ein Trend ein Trend? - Überlegungen zu Trends und Sprungstellen in Zeitreihen

In zwei unterschiedlichen F&E-Projekten in Nordrhein-Westfalen wurden Instationaritäten (Trends und Sprungstellen) in langen Niederschlagsmessreihen untersucht. Die hier gemeinsam vorgestellten Ergebnisse gehen der Frage nach, wann eine Zunahme des Niederschlages als Trend einzustufen ist und wann nicht. Es wird gezeigt, dass Sprungstellen bei Betrachtung der Statistik kurzer Dauerstufen auftreten, die nicht eindeutig auf Änderungen der Messtechnik zurückzuführen sind.

weiterer Autor: Prof. Dr. Ing. Markus Quirmbach

1 Hintergrund

Im Jahr 2010 wurde das F&E-Vorhaben „Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschlägen in NRW“ (ExUS2010)für den Zeitraum 1950 bis 2008 durchgeführt. Dabei traten erste Hinweise zu Tage, dass Änderungen in den Eigenschaften von Niederschlagsdatenreihen neben dem Klimawandel auch einer Änderung der Messsysteme zugeschrieben werden können. Zu dieser Fragestellung wurden im F&E-Vorhaben „Untersuchungen zur Anwendung von instationären Bemessungsansätzen in der wasserwirtschaftlichen Praxis“ (UnIWa) und in der Aktualisierung des Projektes ExUS in 2020 weitere Untersuchungen durchgeführt.

2 Instationäre Eigenschaften von Messdatenreihen an Niederschlagsstationen

Bei der Untersuchung langer Messdatenreihen wurden die zur Verfügung stehenden Beobachtungsdaten an einzelnen Stationen in der Regel mit unterschiedlichen Messtechniken erhoben, die über die Jahrzehnte zum Einsatz gekommen sind. Bei der kontinuierlichen Niederschlagsmessung sind dies Geräte mit Papieraufschrieb, Kippwaagen („Wippen“, seit ca. 1990) und im Anschluss automatisierte Wägegeräte (ab ca. 2000). Der Zeitpunkt eines Messgerätewechsels ist dabei von der verfügbaren Technik sowie vom jeweiligen Betreiber abhängig und kann den Metadaten (Stammdaten) der jeweiligen Station entnommen werden. Es ist bekannt, dass insbesondere Niederschlagsmengenkurzer Dauerstufen (fünf Minuten bis zu einer Stunde) je nach Messverfahren, Betreiber und Verarbeitung in unterschiedlicher Qualität vorliegen [1], [2], [3], [4]. Ein Mittel, um die Unterschiede zwischen den einzelnen Messsystemen insbesondere in den kürzeren Dauerstufen sichtbar zu machen, ist die Untersuchung von extremen Niederschlägen, zum Beispiel in Form von jährlichen oder partiellen Serien.

Eine sichtbare und durch Verfahren, wie den Mann-Kendall-Test, als Trend detektierbare Instationarität in langen Datenreihen ist also eine Kombination aus Änderungen in Klima, Messtechnik und Datenverarbeitung. Ein automatisches Detektieren von Trends und Sprungstellen in Messreihen ist aus Betreibersicht aufgrund einer stetig wachsenden Menge an Messdaten erwünscht, damit Daten fachgerecht eingesetzt
werden können.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 07/08 (August 2021)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Dr. Thomas Einfalt
Tobias Gehrmann
Benedikt Rothe
Fabian Netzel
Vera Schimetzek

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