Der kombinierte Trockenheitsindex
Der kombinierte Trockenheitsindex (combined drought index, CDI) bildet das Wasserdefizit in einer bestimmten Region ab. Der CDI basiert auf gemessenen und vorhergesagten Werten von Niederschlag, Abfluss und Pegelstand sowie auf berechneter Bodenfeuchte. Vorhersagen des CDI dienen als Grundlage für die Trockenheitswarnungen.
Ziel
Der CDI fasst die verschiedenen Aspekte der Trockenheit in einem einzigen Wert (Index) zusammen. In die Berechnung dieses Wertes fliessen meteorologische, landwirtschaftliche und hydrologische Aspekte von Trockenheit ein.
Der CDI ermöglicht eine gesamtschweizerische Übersicht über die Trockenheitssituation und vereinfacht somit die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Akteuren im Bereich Trockenheit.
Bedeutung
Der CDI kann einen Wert von 1 (nicht trocken) bis 5 (extrem trocken) annehmen. Der Wert spiegelt in erster Linie die Häufigkeit eines Ereignisses wider und nicht das eigentliche Wasserdefizit. So ist es beispielsweise üblich, dass ein alpiner Fluss wie die Lonza (VS) im Winter sehr wenig Wasser führt, weil zu dieser Jahreszeit viel Wasser im Schnee gespeichert ist. Im Sommer sind solch niedrige Abflusswerte jedoch sehr selten. Der CDI berücksichtigt also die Saisonalität. Somit sind die Schwellenwerte, die die Trockenheitsstufe definieren, jahreszeitenabhängig.
Wie stark sich Trockenheit auf die verschiedenen Sektoren auswirkt, ist ebenfalls stark von der Jahreszeit abhängig. Trockenheit wirkt sich zum Beispiel im Frühsommer stärker auf die Landwirtschaft aus als im Winter. So hat jeder Sektor eine spezifische Empfindlichkeit, die nicht immer direkt aus dem CDI abgeleitet werden kann.
Zusammenfassend deutet ein hoher CDI-Wert vor allem auf ein für diese Saison ungewöhnliches oder sogar extremes Wasserdefizit hin. Die Art und Intensität der Auswirkungen hängt zusätzlich von der Jahreszeit und dem aktuellen Wasserbedarf ab.
Berechnung
Der CDI wird automatisch für jede Region berechnet und berücksichtigt folgende Grössen:
Jede Variable wird entsprechend ihrem aktuellen Wert eingestuft. Der CDI wird täglich basierend auf den neusten Daten und Modellläufen aktualisiert. Der CDI bildet die Grundlage für die wöchentliche Lageeinschätzung und gegebenenfalls Warnungen.
Einstufung der Trockenheit
Um die Trockenheitsstufen (1–5) festzulegen, werden zunächst für jeden möglichen Faktor, der die Trockenheit beeinflussen kann (z.B. der Grundwasserstand) die sogenannten Perzentile berechnet. Das Perzentil gibt an, welcher Anteil der Vergleichswerte kleiner ist als der aktuelle Wert. Dabei werden auch die Region und die Jahreszeit berücksichtigt. Bezogen auf den Grundwasserstand beantwortet das Perzentil zum Beispiel die Frage: «In wie viel Prozent der früher gemessenen Fälle war der Grundwasserstand in dieser Region zu einem vergleichbaren Zeitpunkt niedriger als der aktuell gemessene Wert?». Dies gilt analog für die anderen Grössen.
Die Trockenheitsstufe ist definiert als die Abweichung von den statistischen Erwartungswerten für den Messzeitraum von 1991–2020 (sog. «Referenz- oder Normperiode»). Für die Zuordnung zu einer Trockenheitsstufe wird das aktuelle, regional gemittelte, kalendarische Wochenmittel der jeweiligen Grösse mit dem entsprechenden Wert der Normperiode verglichen.
Für die Berechnung der Werte wird ein Zeitraum von +/- 15 Tagen verwendet. Damit wird der saisonale Charakter der Grösse berücksichtigt und Trockenheit als seltenes Ereignis im Vergleich zu den für diese Jahreszeit üblichen Werten definiert. Zur Einstufung werden die 2., 5., 10. und 15. Perzentile verwendet.
Beispiel:
Sind mehr als 15% aller Wochenmittel in den Jahren 1991–2020 kleiner als das aktuelle Wochenmittel einer Region, so wird die Stufe 1 zugeordnet. Das entspricht der niedrigsten Trockenheitsstufe.
Wenn der Messwert das 15%-Perzentil unterschreitet, liegt eine Trockenheit vor. Die Abstufungen der verschiedenen Trockenheitsstufen sind in der Legende ersichtlich.
Wird einer Region die höchste Trockenheitsstufe 5 zugeordnet, so liegen weniger als 2% aller Wochenmittel der Jahre 1991–2020 unter dem aktuellen Wochenmittel. Hierbei handelt es sich um ein extremes Trockenheitsereignis. Es war also 1991–2020 nur in 2% aller Messungen in einem bestimmten Vergleichszeitraum trockener.
Bestimmung des CDI
Um den CDI zu bestimmen, nimmt man zunächst alle einzelnen Variablen (z.B. Niederschlagssumme der letzten 30 Tage) und bestimmt deren jeweilige Trockenheitsstufe. Der zweithöchste Wert aller berücksichtigten, eingestuften Variablen entspricht dann dem Gesamtwert des CDI. Es wird nicht der höchste Wert verwendet, da Analysen gezeigt haben, dass dieser die allgemeine Situation weniger gut widerspiegelt und anfällig für Messfehler und Ausreisser ist.
Beispiel:
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Variable |
Trockenheitsstufe |
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Niederschlagssumme der letzten 30 Tage |
5 (extrem trocken) |
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Niederschlagssumme der letzten 90 Tage |
4 (sehr trocken) |
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Niederschlagssumme der letzten 730 Tage |
1 (nicht trocken) |
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Modellierte Bodenfeuchte |
3 (trocken) |
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Abfluss (m3/s) und Wasserpegel (m) |
3 (trocken) |
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CDI |
4 (sehr trocken) |
Stufe 4 ist der zweithöchste Wert, der für eine Einzel-Variable vorkommt (hier: Niederschlagssumme der letzten 90 Tage). Also ist auch der CDI hier 4 – sehr trocken. Diese Berechnungsweise wurde aufgrund ihrer Einfachheit und Robustheit gewählt.
Die CDI-Werte entsprechen in etwa den folgenden Häufigkeiten (Normperiode 1991– 2020):
Die berücksichtigten Variablen hängen von den derzeit verfügbaren Datengrundlagen ab. Zusätzliche Variablen (z.B. Schneedecke, Grundwasser, gemessene Bodenfeuchte) werden bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt integriert.