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Hagelgefährdung und Hagelrisiko in Deutschland

In Mitteleuropa kommt es im Sommerhalbjahr zwischen April und September regelmäßig zu starken Gewittern, welche häufig von extremen Wettererscheinungen wie Starkregen, Blitzen, schweren Sturmböen, Hagel und teilweise sogar Tornados begleitet werden. Aufgrund ihrer räumlichen geringen Ausdehnung von einigen 100 Metern bis zu wenigen Kilometer und häufig geringer Dauer sind diese starken konvektiven Ereignisse mit klassischen meteorologischen Messsystemen kaum zu erfassen. Dadurch liegen nur sehr wenige Informationen über das Auftreten und die Intensitäten dieser starken Gewitterstürme vor. Mit der Frage, wie man alternativ die Gefährdung – im Speziellen durch Hagel – bestimmen kann und wie man daraus ein Risiko für die betroffenen Objekte abschätzen kann beschäftigt sich die Arbeitsgruppe „Atmosphärische Risiken“ am IMK-TRO im Rahmen der Projekte “HAgel RISiKo in Deutschland – HARIS-SV” und “HAgel RISiKo SCchadenModellierung – HARIS-SCM” in Kooperation mit Versicherungen.

Häufig wird für die Detektion dieser starken Gewitterzellen auf Fernerkundungsdaten wie Radardaten oder Satellitendaten zurückgegriffen. Für Deutschland bieten die 3D Radardaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) räumlich und zeitlich die beste Auflösung. Bestimmte Signaturen in der horizontalen und vertikalen Ausdehnung hoher Radarreflektivitäten erlauben es aus diesen indirekten Messdaten bestmöglich auf Hagel zu schließen. Die Übereinstimmung dieser Annahme wird mit Beobachtungen von Sturmjägern (ESWD Datenbank, Dotzek, 2009) oder gemeldeten Versicherungsschäden am Boden verifiziert.

Mit der bestmöglichen Übereinstimmung zwischen der Hagelsignatur in den Radardaten und beobachtetem Hagel am Boden können die Radardaten für ganz Deutschland im Zeitraum von 2005 bis 2017 (jeweils in den Sommerhalbjahren von April bis September) mit dem Zellverfolgungsalgorithmus TRACE3D (Handwerker, 2002) ausgewertet werden. Der Algorithmus erkennt die potentiellen Hagelgewitter und ist in der Lage, diese Zellen in aufeinanderfolgenden Zeitschritten einander zuzuordnen. Das Ergebnis dieser Auswertung ist eine einzigartige Datenbank mit Informationen über alle starken Gewitterstürme, die höchstwahrscheinlich Hagel produziert haben – im Zeitraum von 13 Jahren. Diese Datenbank enthält nicht nur Informationen darüber, wo in Deutschland es wie oft gehagelt hat, sondern auch Informationen über die einzelnen Zugbahnen. Aufsummiert ergibt sich aus der Summe aller Zugbahnen eine Verteilung für die Anzahl an Hageltage in Deutschland wie in Abbildung 1 dargestellt. Dadurch kann nun räumlich sehr hoch aufgelöst dargestellt werden, wo in Deutschland die Gefährdung für Hagel besonders groß ist und wo es in den vergangenen 13 Jahren eher selten zu Hagelereignissen gekommen ist.

Abb. 1: Anzahl der potentiellen Hageltage zwischen 2005 und 2017 nach Auswertung der 3D-Radardaten des DWD mit Hilfe des Zellverfolgungsalgorithmus TRACE3D (Schmidberger, 2018).

Neben der Gefährdung spielt die Vulnerabilität betroffener Objekte gegenüber der einwirkenden Gefährdung eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Risikos. Auf Hagel bezogen heißt das, wie wird ein Gebäude (oder auch andere Objekte) durch Hagelkörner im Detail beschädigt. Im Rahmen des Projektes HARIS-SCM wurde Anhand von vergangenen Hagelereignissen und mit Hilfe von Versicherungsschäden detailliert analysiert, welche Gebäude durch Hagel wie stark beschädigt werden. Dadurch konnten Gebäude mit ähnlichem Schadenmuster in diskrete Gebäudekategorien eingeordnet werden und für diese jeweiligen Gebäudeklassen Vulnerabilitätsfunktionen bestimmt werden.

Mit Hilfe dieser Funktionen ist es möglich, Gefährdung und Vulnerabilität zu einem Schadenverhältnis zu kombinieren, also das Verhältnis zwischen einem geschätzten Schaden und dem Wert des Gebäudes. Da sich die Gebäude in jeder der einzelnen Gebäudeklassen voneinander unterscheiden und es auch Unsicherheiten bei den Baumaterialien gibt, wird für jede einzelne Bauklasse eine mittlere Schadenquote geschätzt. Dadurch kann im Idealfall für jedes Objekt ein möglicher Schaden berechnet werden.

Das im Rahmen der Projekte HARIS-SV und HARIS-SCM entwickelte Hagelschadenmodell wird bereits erfolgreich in der Versicherungswirtschaft angewandt. Mit diesem Modell können nun Aussagen getroffen werden, wie hoch ein zu erwartender Maximalschaden mit Wiederkehrperioden von 50, 100 oder 200 Jahren für ein bestimmtes Portfolio ausfallen könnte. Zusätzlich wird das Modell bereits operationell in einer „Echtzeit” Version eingesetzt, um nach aktuellen Ereignissen eine schnelle und objektgenaue Schadenschätzung abzugeben und so die Schadenregulierung und die Auszahlungen im Schadenfall zu optimieren und zu beschleunigen. So konnte für den stärksten Hagelzug in der Geschichte der deutschen Versicherungswirtschaft am 28. Juli 2013 entlang der Schwäbischen Alb eine Schadenschätzung abgegeben werden, die nur um 5 % von der ausbezahlten Schadensumme abgewichen ist (Abb. 2).

Abb. 2: Zugbahnpolygon aus TRACE3D für den Hagelzug am 28. Juli 2013 entlang der Schwäbischen Alb. Dargestellt ist die interpolierte Radarreflektivität (farbig) und die Meldungen in der ESWD Datenbank (blau Sterne; Schmidberger, 2018).

Quellen und weiterführende Informationen:

Dotzek, N., P. Groenemeijer, B. Feuerstein and A. M. Holzer, (2009): Overview of ESSL’s severe convective storms research using the European Severe Weather Database ESWD, Atmos. Res., 93, 575 – 586, doi:10.1016/j.atmosres.2008.10.020.

Handwerker, J. (2002): Cell tracking with TRACE3D – A new algorithm, Atmos. Res., 61, 15 – 34, doi:10.1016/S0169-8095(01)00100-4.

Schmidberger, M. (2018): Hagelgefährdung und Hagelrisiko in Deutschland basierend auf einer Kombination von Radardaten und Versicherungsdaten, Wiss. Berichte d. Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie, Vol. 78, KIT Scientific Publishing, Karlsruhe, doi:10.5445/KSP/1000086012.

[Arbeitsgruppe: Atmosphärische Risiken]