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«Diplomarbeit Reliefbestimmte Analyse der Niederschlagsdynamik im Monsungebiet von Nepal, Himalaya vorgelegt von Andreas Kochanowski Matrikelnummer: ...»

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Das zeitliche Niederschlagsverteilungsmuster in Nepal wird durch die Dauer und den zeitlichen Ablauf des Sommermonsuns geprägt, während das räumliche Niederschlagsverteilungsmuster eher durch die Topographie bestimmt wird. Die Monsundauer nimmt von Ost nach West ab. Charakteristisch sind das spätere Einsetzen und der frühere Rückzug des Monsuns im Westen Nepals. Die Abfolge von extrem hohe Höhenlagen und die Ost – West verlaufenden Bergketten führen zu einer allgemeinen Abnahme des Niederschlags von Süd nach Nord.

Topographische Hindernisse erzeugen lokale Regenschatteneffekte an Lee-Seiten und lokale „Niederschlaghotspots“ an Luv-Seiten. Lokale Reliefeffekte und die extreme Topographie verursachen sehr komplexe Niederschlagsmuster, insbesondere im östlichen Hochgebirge. Der Subtropenjet und die damit verbundenen western disturbances führen zu Winterniederschlägen in den Hochgebirgsregionen im Nordwesten Nepals. (KANSAKAR et al. 2004:1657-58).

Das die zeitlich-saisonale Niederschlagsdynamik in Nepal für den Himalaya als repräsentativ angesehen werden kann, machten sich BARROS et al. 2000 und BARROS & LANG 2002 für die Validierung ihrer TRMM abgeleiteten Niederschlagsdaten am Niederschlagsmessnetz in Zentralnepal zu Nutze (BOOKHAGEN & BURBANK 2006:1).

Der jährliche Schneefall beträgt 10% des Jahresgesamtniederschlags und tritt verstärkt in den nördlichen Regionen, die sich über 3000 m a.s.l. befinden, auf.

Das Schneefallmaximum wird in der Monsunssaison erreicht. Mehr als 70% des jährlichen Schneefalls kommt im Zeitraum Juni-September zustande (STEINEGGER et al. 1993, UENO et al. 1993, zitiert in SHRESTHA & KOSTASCHUK 2005:34). Die restlichen 30% vom Jahresschneefall werden hauptsächlich durch die „western 4 Untersuchungsgebiet 53 _______________________________________________________________

disturbances“ im Winter (Dezember-Februar) hervorgerufen (SINGH & KUMAR 1997:184). Bei der Repräsentativität der winterlichen Niederschläge muss Nepal zweigeteilt betrachtet werden. Westnepal, wo die winterlichen Niederschläge einen Anteil von 25% an der Niederschlagsjahressumme besitzen, kann für angrenzende Gebiete westlich von Nepal herangezogen werden. Die winterlichen Niederschläge in Ostnepal stellen 10% der Niederschlagsjahressumme und sind für die östlich angrenzenden Gebiete Nepals als repräsentativ einzustufen.

Orographische Effekte sind der Hauptauslöser für die Regenfälle in der Monsunsperiode (Juni–September). Diese Effekte sind weitestgehend von der Topographie abhängig. Der südliche Teil Zentralnepals ist flach, steigt aber abrupt nach Norden an, wo sich steile und hohe Berggipfel befinden. Hier sind die Gebirgszüge des Dhaulagiri, Annapurna und Manaslu zu nennen. Durch die Orographie dieser Bergketten erhält das südlich gelegene Gebiet um Pokhara mehr Niederschläge als andere Teile von Nepal. Aus diesem Grund weist Zentralnepal die höchsten mittleren Jahresniederschläge auf (DAHAL & HASEGAWA 2008:433). Die folgende Abbildung 17 stellt die mittlere Jahresniederschlagsverteilung von Nepal visuell dar. Gut zu erkennen das Gebiet um Pokhara als Niederschlagshotspot blau eingefärbt im zentralen Teil von Nepal.

Weiterhin gut sichtbar der sich im Norden und in Ostnepal anschließende Regenschatten, welcher als (hell)gelber Streifen verdeutlicht ist. Markant ist die sehr trockene Region Mustang im Norden von Nepal mit weniger als 400 mm Niederschlag im Jahresdurchschnitt (rot).

Abbildung 17. Jährliche Niederschlagsverteilung in Nepal, mittlere Niederschlagsjahressumme in mm. (verändert nach CHALISE et Al.

1996:113).

5 Datengrundlage und Datenaufbereitung 54 _______________________________________________________________

5 Datengrundlage und Datenaufbereitung Die Datengrundlage stellen ein SRTM - DGM (Shuttle Radar Topography Mission - Digitales Geländer Modell) mit 90 Meter Auflösung sowie 61 Niederschlagsmessstationen dar. In Folge der Datenaufbereitung reduzierte sich die Datengrundlage von 61 auf 58 Niederschlagsstationen. Das Untersuchungsgebiet ist in vier Süd-Nord Profile unterteilt. Die einzelnen Profile beinhalten mehrere Niederschlagsmessstationen in unterschiedlichen Höhenlagen.

Profil A repräsentiert Westnepal, Profil B und C Zentralnepal und Profil D Ostnepal. In der folgenden Abbildung 18 sind das Untersuchungsgebiet, die Verteilung der einzelnen Niederschlagsmessstationen in den jeweiligen Profilen und die Einteilung in Höhenstufen visualisiert.

Abbildung 18. Untersuchungsgebiet, Profile und Höhenstufen. (Quelle: eigene Darstellung).

Von den 58 Niederschlagsstationen befinden sich 24 im Bereich des Tieflands unterhalb von 1000 m a.s.l.. Im Binnenland von 1000 bis 3000 m a.s.l. sind 26 Niederschlagsmessstationen vorhanden. Oberhalb von 3000 m a.s.l. im Hochgebirge existieren 8 Messstationen. Im Mittel befinden sich die Niederschlagsstationen auf einer Höhe von 1408 m a.s.l.. Tabelle 3 gibt einen Überblick über die Niederschlagsstationen, ihre Verteilung auf die Profile, die Höhenlage der Messstationen im gesamten Untersuchungsgebiet und in den jeweiligen Profilen. Markant ist die Abnahme der mittleren Höhenlage der 5 Datengrundlage und Datenaufbereitung 55 _______________________________________________________________

Niederschlagsstationen in den Profilen von West (Profil A) nach Ost (Profil D).

Der Unterschied der mittleren Stationshöhenlage zwischen Profil A und Profil D beträgt 963 Höhenmeter.





Tabelle 3. Höhenlagen der Niederschlagsmessstationen.

(eigene Darstellung).

–  –  –

Mit der am niedrigsten gelegenen Station auf 72 m a.s.l. erstrecken sich die Niederschlagsstationen vom Terai über die Siwalik Kette, das Binnenland bis in den Vorder-Himalaya mit der höchstgelegenen Station auf 3803 m a.s.l.. Der Hoch- bzw. Transhimalaya ist durch keine Niederschlagsstation repräsentiert. Alle Messstationen befinden sich unterhalb der Schneegrenze (ca. 5000 m a.s.l.) (MANANDHAR 2002:22).

Die Niederschlagsmesswerte des Ausgangsdatensatzes liegen auf Tagesbasis vor.

Der Zeitraum der Niederschlagsmessungen ist von Messstation zu Messstation unterschiedlich lang, wobei der kürzeste Zeitraum neun Jahre umfasst und der längste Messzeitraum 57 Jahre. Im Durchschnitt wurde über eine Dauer von 33 Jahren der Niederschlag erfasst. Die Zeitspanne der Messungen beginnt mit dem Jahr 1947 und endet mit dem Jahr 2006. Da die Niederschlagsmessungen nicht an jeder Station durchgängig erfolgten und auf Grund von Mess- oder Gerätefehlern auch nicht vollständig registriert wurden, ist eine Aufbereitung des Datenmaterials notwendig.

Die Tagesmesswerte des Ausgangsdatensatzes wurden visuell auf „Ausreißer“ geprüft. An vier Stationen wurde ein Messwert von 400 mm Niederschlag innerhalb eines Tages überschritten. Der maximale Tagesmesswert von 409, 2 mm wurde an der Station 0702B1 registriert. Da 10% des Jahresniederschlags innerhalb eines Tages fallen können (ALFORD 1992, zitiert in DAHAL & HASEGAWA 2008:431) und Niederschlagsjahressummen in der Region Pokhara bis zu 5000 mm erreichen (CHALISE et al. 1996, zitiert in MERZ et al. 2006:447), werden die beiden Messwerte 400 mm auf Tagesbasis als legitim betrachtet.

DOMRÖS (1978, zitiert in WEISCHET & ENDLICHER 2000:386) registrierte in seinen Untersuchungen innerhalb von 24 Stunden über 500 mm Niederschlag.

Nach der Eliminierung von Fehlwerten (DNA/T) wurden aus den Tagesmesswerten die Monatssummen für die einzelnen Stationen gebildet. Weil auf Tagesbasis teilweise Messlücken existieren, resultierten daraus 5 Datengrundlage und Datenaufbereitung 56 _______________________________________________________________

Monatssummen, bei denen die Anzahl der Tage eines Monats nicht mit der Anzahl der Messtage übereinstimmten. Der Datensatz musste einer Abfrage unterzogen werden, um Monatssummen zu verwerfen, welche auf einer zu geringen Anzahl von Messtagen basierten. Verschiedene Grenzwerte wurden getestet (0,5; 0,75; 0,9). Letztendlich wurde der Grenzwert von 0,75 verwendet.

Dieser Grenzwert sagt aus, dass an mindestens 75% der Tage eines Monats Messwerte vorliegen müssen, um die Monatssumme für weitere Auswertungen zu verwenden. Mit diesem Wert wird die Balance zwischen dem Verwerfen von Niederschlagsmesswerten und dem Konstruieren von Niederschlagsmesswerten durch Regressionsverfahren gehalten. Der Grenzwert von 0,75 ermöglicht die Erhaltung der hohen zwischenjährlichen Variabilität des Niederschlags ohne dabei die Gesamtcharakteristik des Niederschlags zu zerstören.

Als nächster Schritt wurden Monatssummen verworfen, welche zusammenhängend über ein Kalenderjahr hinweg den Wert 0 aufwiesen. Damit eine Monatssumme mit dem Wert 0 als richtiger Messwert interpretiert werden kann, musste die Anzahl der Messtage mit der Anzahl der Tage des Monats übereinstimmen. War dies nicht der Fall, wurde die Monatssumme als Fehlwert betrachtet und verworfen. Ebenso wurden Monatssummen mit dem Wert 0 im Zeitraum von Mai bis September als Fehler betrachtet und verworfen.

Im folgenden Arbeitsschritt wurden Monatssummen von weiteren Analysen ausgeschlossen, welche mehr als drei Monate in Folge den Messwert 0 aufwiesen.

Vergleiche mit Niederschlagsmonatssummen der Niederschlagsstationen Jiri (1895 m a.s.l.) und Sirwa (1662 m a.s.l.) im östlichen Zentralnepal (27°33’N, 86,23’ E) aus den Jahren 1971/1973-1992 zeigen, dass in der Trockenzeit zwei Monate lang kein Niederschlag fallen kann (RIES 1994:47-48). Von 34 Stationen der Profile A und B weisen im Jahr 1993 13 Stationen drei Monate in Folge keinen Niederschlag auf.

Als nächstes folgte die Schließung der Messlücken mittels Korrelation und Regression. Nach Empfehlung von RAPP & SCHÖNWIESE (1996a:37) kann bei einem Korrelationskoeffizienten von größer gleich 0,7 von einer positiven Korrelation zweier Variabeln ausgegangen werden. Wenn möglich, wurde eine Referenzreihe aus mehreren positiv miteinander korrelierenden Stationen gebildet (PAULHUS & KOHLER 1952:129-132) bzw. die Station mit dem längsten Messzeitraum und größten Korrelationskoeffizienten herangezogen, um mittels Regression die Lücken in den Messreihen zu füllen. Die Korrelation zwischen den Niederschlagsmesswerten der einzelnen Stationen (mittlere Korrelationskoeffizient 0,6) war bis auf wenige Ausnahmen nicht signifikant.

Messlücken in den Zeitreihen, welche nicht mit diesem Verfahren geschlossen werden konnten, wurden durch das langjährige Monatsmittel des entsprechenden Monats der Messstation gefüllt.

Folgend sind die lückenlosen Zeitreihen auf ihre Homogenität durch eine Doppelsummenanalyse (DYCK 1980:56-62) geprüft worden. Station 1054C3 wies 5 Datengrundlage und Datenaufbereitung 57 _______________________________________________________________

eine Inhomogenität auf. Nach der Bildung der Jahressummen wurden für die einzelnen Zeitreihen der Stationen Mittelwert, Minimalwert, Maximalwert und Standardabweichung bestimmt. Um die Variabilität innerhalb der Zeitreihen zu überprüfen, wurde die größte Jahressumme durch die kleinste Jahressumme dividiert. Der mittlere Quotient der Stationen beträgt 3,3, was bedeutet, dass im Durchschnitt die maximale Jahressumme 3,3-mal größer ist als die minimale Jahressumme einer Zeitreihe. An drei Stationen war der Quotient größer als 7,1 und damit außerhalb der zweifachen Standardabweichung. An Station 1054C3 wies der Quotient eine Größe von 11,8 auf. Mit einem Maximalwert von 2543 mm und einem Minimalwert von 213 mm ist die größte Niederschlagsjahressumme in dieser Zeitreihe über 11-mal größer als die kleinste.

Die Messzeitreihen der Stationen 0301B4, 1054C3 und 1312D1 wurden auf Grund des Quotienten 7,1 als fehlerhaft interpretiert und aus dem Datensatz entfernt. Für die Untersuchung der Niederschlagsdynamik standen schließlich 58 Niederschlagsstationen zur Verfügung. Außer der Höhenlage der Stationen sind keine Informationen über Windbedingungen oder Verdunstung am Messstandort bekannt, so dass keine Korrektur der Messwerte nach DULAL et al. (2006:9-12) durchgeführt wurde.

Um eine repräsentative Aussage hinsichtlich eines Trends zu treffen, sollte der Betrachtungszeitraum mindestens 30 Jahre umfassen (RAPP & SCHÖNWIESE 1996b:133). Auf Grund der Datengrundlage wäre dies nur an 12 Stationen für den Zeitraum von 1971 bis 2001 und an 25 Stationen für den Zeitraum von 1964 bis 1994 erfüllt. Ziel ist es, einen möglichst langen Zeitraum zur Verfügung zu haben, der von so vielen Stationen wie möglich abgedeckt wird, um eine vergleichende Analyse durchzuführen. Der längste Zeitraum, welcher von den meisten Stationen vollständig abgedeckt wurde, umfasst die 24 Jahre von 1971 bis 1994. Durch diese Bedingung standen für die vergleichende Trendanalyse 36 der 58 Stationen zur Verfügung. Nach SCHÖNWIESE (2006:233) erfolgten die Trendanalyse und die Bestimmung der Signifikanz des Trends durch das Trend/Rauschverhältnis. Ist das Trend/Rauschverhältnis größer 1, kann von einem signifikanten Trend mit einem Signifikanzniveau von mindesten 70% ausgegangen werden.

Zur Analyse des Niederschlags sind die Niederschlagsstationen neben den Profilen A-D auch in vier Höhenklassen eingeteilt. Höhenklasse 1 umfasst alle Niederschlagsstationen, die sich zwischen 0 und 500 m a.s.l. befinden. Die Höhenklasse 2 beinhaltet Stationen zwischen 500 und 1500 m a.s.l., die Höhenklasse 3 Stationen zwischen 1500 und 2500 m a.s.l. und Höhenklasse 4 alle Stationen, welche sich zwischen 2500 und 4000 m a.s.l. befinden. Die Tabelle 4 gibt einen Überblick über die einzelnen Klassen, ihre Zuordnung in die physiographischen Zonen und die Anzahl der Messstationen in den einzelnen Höhenklassen und Profilen.

5 Datengrundlage und Datenaufbereitung 58 _______________________________________________________________

Tabelle 4. Überblick Höhenklassen.

(eigene Darstellung).

–  –  –

Im gesamten Untersuchungsgebiet befinden sich mindestens 12 Niederschlagsstationen in den einzelnen Höhenklassen. Die Messstationenanzahl schwankt in den Klassen 2 bis 4 zwischen 12 und 15 Stationen. Eine Ausnahme bildet die Höhenklasse 1, die durch 19 Niederschlagsstationen repräsentiert wird.



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