Zuverlässige Warnungen und Vorhersagen von Extremniederschlägen und daraus resultierenden Hochwasser sind eine Grundvoraussetzung für die Einleitung von Maßnahmen zur Hochwasserabwehr. Einsatzleitungen des Katastrophenschutzes sind deshalb an frühzeitigen Warnungen interessiert, die durch Vorhersagen mit großem Vorhersagehorizont erreicht werden können. Speziell für kleinere und mittlere sowie schnell reagierende Einzugsgebiete ist hierfür der Einsatz numerischer Wettermodelle als Antriebsdaten für hydrologische Modelle erforderlich. Um dabei die inhärente Unsicherheit der Vorhersage des Niederschlags abzubilden, können hydro-meteorologische Ensemblevorhersagen verwendet werden, welche die Unsicherheit der Niederschlagsvorhersage in ein Ensemble des Abflusses propagieren.
In diesem Beitrag präsentieren wir unsere aktuellen Entwicklungen für ein skalierbares hydrologisches Ensemble-Vorhersagesystem im Rahmen des Projektes HoWa-PRO „Innovative Methoden der Niederschlagsmessung und -vorhersage im Einsatz für die Hochwasserfrühwarnung in kleinen Einzugs-gebieten“, gefördert durch das BMBF. Ausgangspunkt ist der im Vorgängerprojekt HoWa-innovativ entwickelte operationelle, webbasierte Demonstrator für hydrologische Ensemblevorhersagen in kleinen Einzugsgebieten (http://howa-innovativ.hydro.tu-dresden.de/WebDemoLive/) mit einem Vorhersagehorizont von bis zu 27 Stunden. Mit der aktuellen Weiterentwicklung des hydrologischen Ensemble-Vorhersagesystems werden Ensemblevorhersagen des Abflusses für einen Vorhersage-horizont von 48 Stunden in 15min Auflösung erzielt. Dies gelingt durch den Einsatz unterschiedlicher meteorologischer Produkte für die Niederschlagsbeobachtung (RADOLAN-RW), die radarbasierte Kürzestfristvorhersage (RADOLAN-RV) und die numerische Wettervorhersage (Icon-D2-EPS, Icon-EU), die üblicherweise unterschiedliche räumliche und zeitliche Auflösungen aufweisen. Um für die hydrologische Vorhersage eine schnelle und effiziente Datenbereitstellung zu ermöglichen, wurde das Softwarepaket WeatherDataHarmonizer zur raum-zeitlichen Harmonisierung unterschiedlicher Beo-bachtungs- und Vorhersageprodukte entwickelt, welches Vorhersagezeitreihen des Niederschlags-ensembles mit konstanter Zeitschrittweite auf einem einheitlichen Raster als Input für die hydrologische Modellierung bereit stellt. Mit der damit einhergehenden Flexibilität können Vorher-sagen zu beliebigen Zeitpunkten gestartet – im aktuellen Setup initialisieren wir Vorhersagen jede 30 min – sowie unterschiedliche meteorologische Produkte miteinander kombiniert werden. Neben Ergebnissen der oben beschriebenen Produktkette zeigen wir Ergebnisse hydrologischer Ensemble-vorhersagen mit aktuell in der Entwicklung befindlichen meteorologischen Produkten der Nieder-schlagsbeobachtung – pyRADMAN (HoWa-PRO) zur Radar-Multisensor-Aneichung mit Daten kommerzieller Richtfunkstrecken und Niederschlagstöpfen – sowie der Niederschlagsvorhersage mit INTENSE-Testdaten (SINFONY-DWD) für eine bruchfreie Kurzfristvorhersage (seamless forecasting). Weitere Entwicklungen des hydrologischen Ensemble-Vorhersagesystems beinhalten eine flexible hydrologische Modellschnittstelle zur Einbindung unterschiedlicher, auch KI-basierter, hydrologischer Modelle sowie einen standardisierten Modelloutput für die neuartige webbasierte HoWa-PRO Warnplattform (www.howapro.de, Release 01/2024). Diese wurde in einem intensiven Dialog mit Verantwortlichen des Katastrophenschutzes in drei sächsischen Testregionen erarbeitet und enthält eine Archivfunktion, die Nutzern einen schnellen Zugriff auf zurückliegenden Vorhersagen erlaubt.
Neben Layout und technischen Fragestellungen werden Erfahrungen und Ergebnisse des hydrologischen Ensemble-Vorhersagesystems anhand von Hochwasserereignissen der zurück-liegenden Jahre in den Pilotregionen Sachsens vorgestellt und diskutiert.