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

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Nach dem Standard der World Meteorological Organization (WMO) sind Niederschlagszeitreihen von 30 Jahren und mehr die Vorraussetzung um repräsentative Aussagen hinsichtlich eines Trends treffen zu können (CHALISE et 6 Ergebnisse 68 _______________________________________________________________

Al. 1996:V, RAPP & SCHÖNWIESE 1996b:133). Die Datengrundlage ermöglicht allerdings nur einen Betrachtungszeitraum von 24 Jahren. Für die vergleichende Trendanalyse stehen nur 36 Stationen zur Verfügung, die den Betrachtungszeitraum von 1971 bis 1994 durchgängig mit Messwerten abdecken.

Die mittlere Niederschlagsjahressumme dieser Zeitreihe beträgt 1597 mm und weicht 41 mm von der mittleren Jahressumme aller 58 Stationen ab. Die Abbildung 25 visualisiert die gemittelte Niederschlagszeitreihe der 36 Stationen im Zeitraum 1971 bis 1994.

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Abbildung 25. Niederschlagstrend, gemittelt aus 36 Stationen.

Für den betrachteten Zeitraum von 1971 bis 1994 existiert eine Abnahme des Niederschlags. Durchschnittlich nimmt der Niederschlag um -3,7 mm ±0,06 mm im Jahr ab. Das Trend/Rauschverhältnis ist kleiner 1, was bedeutet, dass der (negative) Niederschlagstrend nicht signifikant ist. Die gemittelten Niederschlagsjahreswerte schwanken zwischen 1284 mm (1992) und 1886 mm (1975). Die Standardabweichung beträgt 146 mm. Mit der Ausnahme des Jahres 1972 kam es am Anfang der siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts zu einer Zunahme des Niederschlags. Nach dem Jahr 1975 nehmen die Niederschläge bis zum Jahr 1982 ab. Daraufhin folgt bis 1985 einer Zunahme. Ab diesem Jahr stabilisieren sich die Niederschlagsjahressummen und schwanken in den Folgejahren zwischen 1600 und 1700 mm. Im Jahr 1992 tritt ein markanter Rückgang des Niederschlags auf 1284 mm ein. 1993 stabilisiert sich der Niederschlag auf dem ungefähren Niveau der sechs Jahre vor 1992. Im Jahr 1994 erfolgt erneut ein Niederschlagsrückgang. Die Abbildungen 24 und 25 weisen im Zeitraum 1971 bis 1994 die größte Niederschlagsmenge für das Jahr 1975 und die 6 Ergebnisse 69 _______________________________________________________________

kleinste Niederschlagsmenge für das Jahr 1992 aus. Diese Konstellation mit einem Maximalwert am Anfang und einem Minimalwert am Ende der Zeitreihe führt zu dem negativen Niederschlagstrend.

Von 36 Stationen weisen 13 Niederschlagsstationen eine Zunahme und 23 Stationen eine Abnahme des Niederschlags im Zeitraum 1971 bis 1994 auf. Zehn Stationen besitzen einen signifikanten Niederschlagstrend, von denen zwei signifikant positiv und acht signifikant negativ sind. Die Trendbetrachtung in den einzelnen Profilen erfolgt höhenklassenabhängig. Da innerhalb einer Höhenstufe sowohl Stationen mit einer Niederschlagszunahme als auch Stationen mit einer Niederschlagsabnahme vorhanden sind, ist es nicht möglich eindeutig zu entscheiden, welche Station für die Höhenstufe im jeweiligen Profil als repräsentativ angesehen werden kann. Existieren innerhalb einer Höhenstufe Stationen die Niederschlagszunahmen und Niederschlagsabnahmen aufweisen, wird aus jeder Kategorie eine Station genauer diskutiert. Um als repräsentative Station eingeordnet zu werden, sollte der Niederschlagstrend signifikant sein, der Messzeitraum möglichst lang sein und möglichst nah an die Gegenwart reichen.

6.2 Räumliche Dynamik der Niederschläge

Um den Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe zu charakterisieren, finden drei Methoden Anwendung. Ein Ansatz ist die Beschreibung der Niederschlagsdynamik im Relief durch die ausgewiesenen Höhenklassen. Des Weiteren kommt eine Person-Produkt-MomentKorrelationsanalyse zum Einsatz. Die Zone maximaler Niederschläge wird durch die Ableitung des Scheitelpunktes der quadratischen Funktion bestimmt.

Für die einzelnen Höhenklassen wurde der Mittelwert des langjährigen Niederschlagjahresmittels aller Stationen der jeweiligen Höhenklasse gebildet. In der Tabelle 8 sind die mittleren Niederschlagsjahressummen der einzelnen Höhenklassen visualisiert.

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Der Niederschlag nimmt von Höhenklasse 1 mit 1518 mm zu Höhenklasse 2 mit 1849 mm um 331 mm zu. Von der Höhenklasse 2 zur Höhenklasse 3 nimmt der Niederschlag um 324 mm ab. Eine erneute Abnahme des Niederschlags um 259 mm findet von der Höhenklasse 3 zu Höhenklasse 4 statt. Am wenigsten Niederschlag fällt in der Höhenklasse 4 mit 1266 mm. In Höhenklasse 2 fällt der meiste Niederschlag. Die Fakten aus Tabelle 8 sind in der Abbildung 26 graphisch visualisiert. Der blaue Graph zeigt die Niederschlagsdynamik mit zunehmender Geländehöhe. Die Dreiecke auf dem blauen Graphen symbolisieren die mittlere Niederschlagshöhe in den Höhenklassen. Der schwarze Graph verdeutlicht den Geländeanstieg. Die mittlere Höhenlage der Höhenklassen ist durch rote Kreuze dargestellt.

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Abbildung 26. Niederschlagsdynamik mit zunehmender Geländehöhe.

Im Bereich von 0 bis 500 m a.s.l. fällt ungefähr genauso viel Niederschlag wie in den Höhenlagen von 1500 bis 2500 m a.s.l.. In den Gebieten zwischen 2500 und 4000 m a.s.l. wird weniger Niederschlag als im Flachland gemessen.

Um die Zone der maximalen Niederschläge genauer zu bestimmen, erfolgt eine Unterteilung der Höhenklasse 2. Im Bereich von 500 bis 1000 m a.s.l. fällt im Durchschnitt 1668 mm. Das sind 271 mm weniger als im Bereich von 1000 bis 1500 m a.s.l.. Dieser Höhenabschnitt ist die Zone maximaler Niederschläge, in der durchschnittlich pro Jahr 1939 mm Niederschlag registriert werden.





Die Abbildung 27 visualisiert den Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe. Auf der X-Achse ist die Geländehöhe der Stationen aufgetragen und auf der Y-Achse die gemessene Niederschlagsmenge. Die Grundlage bildet der mittlere Jahresniederschlag an den 58 Stationen.

6 Ergebnisse 71 _______________________________________________________________

Abbildung 27. Linearer Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe.

Der Anstieg a der Geraden y = ax + b ist negativ (a = -0,1011). Das heißt, der Niederschlag nimmt mit der Geländehöhe ab. Der Korrelationskoeffizient der Variablen Niederschlag und Geländehöhe beträgt -0,15. Bei r² = 0,0225 (r= -0,15) können rund 2% der Streuung durch die Regressionsgerade erklärt werden. Erst im Bereich von 0,7 bis 1 bzw. -0,7 bis -1 kann von einem stark positiven bzw.

stark negativen Zusammenhang zweier Variablen gesprochen werden. Der p-Wert beträgt 0,26, was einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 26% entspricht. Je kleiner der p-Wert umso geringer ist die Irrtumswahrscheinlichkeit.

Die Tabelle 9 fasst die statistischen Kennwerte zusammen. Neben dem Anstieg a und dem Achsenabschnitt b der Geraden y = ax + b sind die Standardabweichungen für a und b angegeben. Außerdem ist der Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe für die einzelnen Saisons abzulesen.

Tabelle 9. Zusammenhang Niederschlag und Geländerhöhe.

(Korrelation = r, Anstieg STA = Standardabweichung von Anstieg a, Abschnitt STA = Standardabweichung von Abschnitt b).

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Weder bei der mittleren Jahressumme noch bei den einzelnen Saisons existiert ein (starker) Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe. Der Korrelationskoeffizient schwankt zwischen -0,186 in der Sommersaison und 0,018 in der Vormonsunsaison. Im Sommer ist der p-Wert mit 0,162 am kleinsten.

Die größten Irrtumswahrscheinlichkeiten existieren für die Vormonsunsaison (pWert = 0,894).

In der Wintersaison existiert ein positiver Zusammenhang zwischen Niederschlag und Geländehöhe. Das bedeutet, in der Wintersaison nehmen die Niederschläge mit der Geländehöhe zu. Für die Vormonsunsaison existiert ein positiver Anstieg von 0,002, jedoch ist die Standardabweichung mit 0,014 größer als der Anstieg selbst. Daher kann nicht eindeutig von einem positiven Zusammenhang in dieser Saison gesprochen werden.

Durch die Bestimmung des Scheitelpunktes der quadratischen Funktion y = cx² + ax +b ist es möglich die Zone bzw. den Punkt der maximalen Niederschläge zu bestimmen. In Abbildung 28 ist der Funktionsverlauf der quadratischen Funktion y = - 0,000124765x² + 0,3443378x + 1482,935 für die mittleren Jahressummen der 58 Stationen verdeutlicht. Der Scheitelpunkt ist durch ein rotes Dreieck in Abbildung 28 dargestellt.

Abbildung 28. Zone maximaler Niederschläge.

Der Kurvenverlauf in Abbildung 28 steigt bis ca. 1400 Höhenmeter und fällt danach ab. Der Scheitelpunkt der Funktion befindet sich bei 1379,954 m. An diesem Punkt fällt der meiste Niederschlag: 1720,518 mm. Der p-Wert für die Funktion beträgt 0,17. Die Zone maximaler Niederschläge liegt in einer Höhe von rund 1380 m a.s.l.. In der Tabelle 10 sind die Scheitelpunkte, p-Werte und 6 Ergebnisse 73 _______________________________________________________________

Gleichungsterme für die mittlere Niederschlagsjahressumme und die einzelnen Saisonsummen zusammengefasst.

Tabelle 10. Zone maximaler Niederschläge.

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Innerhalb eines Jahres schwankt die Zone maximaler Niederschläge um 1102 Höhenmeter. In der Sommermonsunsaison befindet sie sich in der geringsten Höhenlage, bei ca. 1241 m a.s.l.. In der Wintersaison fallen die meisten Niederschläge in einer Höhe von ca. 2343 m a.s.l.. Die Vormonsunsaison stellt einen Übergang zwischen den zwei Extremen dar. Der meiste Niederschlag fällt in dieser Saison in rund 1830 m a.s.l.. In der Nachmonsunsaison befindet sich die Zone maximaler Niederschläge in einer Höhe von ca. 1268 m a.s.l.. Der p-Wert beträgt 0,507 und damit liegt die Irrtumswahrscheinlichkeit für die Funktion dieser Saison bei 50,7%. Es ist der größte Wert aller betrachteten Zeitabschnitte.

6 Ergebnisse 74 _______________________________________________________________

6.3 Profil A – Westnepal

Abbildung 29 zeigt die Lage von Profil A. Es ist das westliche Profil im Untersuchungsgebiet. Das Profil befindet sich im Einzugsgebiet des Karnali und wird durch neun Niederschlagsmessstationen repräsentiert. Nach der Profilcharakteristik (Abschnitt 6.3.1) folgen die Ergebnisse der innerjährlichen Niederschlagsdynamik (Abschnitt 6.3.2), die Resultate der Trendanalyse (Abschnitt 6.3.3) und abschließend die Ergebnisse der räumlichen Niederschlagsdynamik (Abschnitt 6.3.4).

Abbildung 29. Profil A im Untersuchungsgebiet.

6.3.1 Profilcharakteristik Die südlichste Station 0601A1 ist die am niedrigsten gelegene Station auf einer Höhe von 129 m a.s.l. Die nördlichste Station 0303A4 ist die am höchsten gelegene Station (3803 m a.s.l.). Die neun Stationen verteilen sich gleichmäßig über die Höhenklassen (siehe Tabelle 4, Abschnitt 5). Es folgt Abbildung 30 mit der Lage und dem Klassifikationsschlüssel der neun Stationen. Der Profilschnitt (Abbildung 31) ist in Abbildung 30 als blaue Linie symbolisiert.

6 Ergebnisse 75 _______________________________________________________________

Abbildung 30. Lage der Stationen im Profil A.

In Abbildung 31 ist der Geländeausschnitt von Profil A visualisiert. Türkisfarben ist das Tiefland bzw. der Terai dargestellt. Gelb eingefärbt sind die Siwalik Gebirgsketten bzw. Berge bis ca. 2500 m a.s.l.. Die Zone mit vermehrt bräunlichen Erhöhungen symbolisiert das Binnenland bzw. Erhebungen bis rund 3500 m a.s.l.. Der Vorder-Himalaya bzw. dessen Bergketten sind violett bis weiß dargestellt. Die Niederschlagsstationen sind durch rote Punkte symbolisiert. Der blaue Streifen in der linken Darstellung zeigt die Lage des Profilschnittes, welcher rechts in der Abbildung dargestellt ist.

Abbildung 31. Dreidimensionale Darstellung und Profilschnitt von Profil A.

Die Stationen 0601A1 und 0410A1 befinden sich im Terai südlich der ersten Erhebungen im Profil. Das Gelände steigt schnell auf knapp über 1000 m a.s.l. an.

6 Ergebnisse 76 _______________________________________________________________

Diese ersten Höhen zählen zu den Siwalik Gebirgsketten. In diesem Gebiet befinden sich die Stationen 0411A2 und 0405A2. Bei ca. Kilometer 80 im Profilschnitt (Abbildung 31) steigt das Relief steil auf rund 3500 m a.s.l. an.

Dieser markanten Reliefstufe schließt sich das Binnenland an, welches im Profilschnitt eine Mindesthöhe von 2000 m a.s.l. besitzt. In diesem Bereich befinden sich in Tallage die Stationen 0402A3 und 0304A3. Die Station 0306A4 liegt auf einem Bergrücken in einer Höhe von 3080 m a.s.l.. Das Binnenland ist durch mehrere markante Täler zerschnitten. Bei Kilometer 140 im Profilschnitt (Abbildung 31) steigt das Relief in mehreren Höhenzügen auf ca. 3700 m a.s.l. an.

Anschließend fällt es auf rund 2000 m a.s.l. ab. In diesem markanten von Nordost nach Südwest verlaufenden Längstal befindet sich die Station 0308A3 in einer Höhe von 2133 m a.s.l.. Nach diesem Tal steigt das Relief auf einer Distanz von ca. 30 km sprunghaft von ca. 2000 auf über 5500 m a.s.l. an. Innerhalb dieser zweiten Reliefstufe liegt die Station 0303A4.

Abbildung 32 stellt die Lage und die mittlere Niederschlagsjahressumme der Stationen in einem Profilschnitt dar. An der linken Achse ist die Geländehöhe aufgetragen und auf der rechten Achse der Niederschlag. In dem vereinfachten Profilschnitt sind die mittleren Niederschlagsjahressummen der Stationen durch blaue Rauten dargestellt. Im Flachland im Terai werden an der Station 0601A1 die geringsten Niederschläge im Profil registriert. Mit dem Geländeanstieg nach Norden werden auch die mittleren Jahressummen größer. Die größte durchschnittliche Niederschlagsmenge wird an der Station 0405A2, mit einer mittleren Jahressumme von 2201 mm, gemessen. Diese Station befindet sich in 1402 m a.s.l. südlich der ersten markanten Reliefstufe im Profil A. Nach den Erhebungen, die knapp 3000 Höhenmeter erreichen, nehmen die Niederschläge ab. Ein zweites Niederschlagsminimum wird im Längstal auf einer Höhe von 2133 m a.s.l. an der Station 0308A3 erreicht. Die mittlere Niederschlagsjahressumme dieser Station beträgt 746 mm. Die nördlichere Station 0303A4 in einer Höhe von 3803 m a.s.l. weist eine mittlere Niederschlagsjahressumme von 786 mm auf.

6 Ergebnisse 77 _______________________________________________________________

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Abbildung 32. Niederschlag im Profilschnitt A.



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