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

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Die neunziger Jahre des letzten Jahrhunderts waren in den meisten Teilen der Welt die wärmste Dekade des Jahrtausends, doch die Variabilität der Monsunniederschläge von Indien ist drastischer gesunken als gestiegen (KRIPALANI et al. 2003:189-206). Es gibt Regionen, die eine Zunahme der Niederschläge aufweisen und Regionen, die eine Abnahme der Niederschläge in den letzten 150 Jahren registrieren (KUMAR et al. 1992:257-268, SONTAKKE & SINGH 1996:315-331). Verallgemeinert existiert seit dem letzten Jahrhundert für Süd- und Zentralindien ein positiver Niederschlagstrend. In Nordindien, Nepal, Bangladesh und im Himalaya ist der Niederschlagstrend negativ. Die Abnahme der Monsunniederschläge im Himalaya ist verbunden mit Erwärmungen der Nordhemisphäre (DUAN et al. 2006:3-7). In der Periode von 1901-1995 hat der 2 Stand der Forschung 34 _______________________________________________________________

Niederschlag bezogen auf den Mittelwert: in Nepal um 19%, in Bangladesh um 9% und in Nordostindien um 6% abgenommen (DUAN et al. 2004:3).

Ein langzeitlicher Trend in der Niederschlagsentwicklung in Nepal konnten SHRESTHA et al. (2000:321, BHADRA 2002, SHRESTHA 2004, zitiert in IPCC WG2 2007:475) nicht feststellen. Zwischen 1967 und 1990 ist eine leichte Zunahme der Niederschläge zu verzeichnen. Die Ausprägung des Trends ist aber gering im Vergleich zur jährlichen und dekadischen Variabilität der Niederschläge. Die Niederschläge in Nepal stimmen mit denen Nordindiens überein, wogegen keine Übereinstimmung mit den Niederschlägen von Zentral- und Südindien vorhanden ist. Es existiert eine stärkere Korrelation zwischen den Niederschlägen in Nepal und den Temperaturen über dem Indischen Ozean und Südindien als mit den Temperaturen des Hochlands von Tibet (SHRESTHA et al. 2000:317).

Die Niederschläge nehmen in der Wintermonsunsaison auf dem indischen Subkontinent bis zum Ende des 21. Jahrhunderts nach dem MMD-A1B Modell um 5% ab, während die Niederschläge in der Sommermonsunsaison bis um 11% zunehmen werden. Für das tibetanische Plateau kann durch die Mehrzahl der Modelle von einer generellen Niederschlagszunahme ausgegangen werden. Das MMD-A1B Modell prognostiziert für den Zeitraum Dezember-Februar eine Niederschlagszunahme von 19% (Median) (IPCC WG1 2007:884-887).

Es kann festgehalten werden, dass eine generelle Erwärmung bis zum Ende des

21. Jahrhundert prognostiziert wird. Die Erwärmung wird im Mittel in der Region Tibet stärker ausgeprägt sein als auf dem indischen Subkontinent. Des Weiteren wird die Temperaturzunahme im nordhemisphärischen Winter größer sein als im Sommer. Langzeitliche Trends in der Niederschlagsentwicklung sind auf Grund der hohen zwischenjährlichen Variabilität schwach bzw. kaum ausgeprägt. In der Region Tibet wird eine generelle Zunahme der Niederschläge durch die Modelle vorhergesagt. Auf dem indischen Subkontinent werden eine Zunahme der Niederschläge des Sommermonsuns und eine Abnahme der Niederschläge des Wintermonsuns prognostiziert.

2.3 Niederschlagsmessung

Niederschlag ist hoch variable in Raum und Zeit. Daher existieren Unsicherheiten bei der räumlichen und zeitlichen Repräsentation von Niederschlag. Die Hauptgründe für die Unsicherheiten sind Messfehler und Fehler, die bei der Repräsentation der räumlichen und zeitlichen Variabilität auf Grund der begrenzten Anzahl von Messstationen auftreten (DULAL et al. 2006:1-2).

Nicht nur die Niederschlagsverteilung sondern auch die Topographie wird im Gebirge nicht ausreichend repräsentiert. Besonders an windzu- bzw.

windabgewandten Berghängen kann die Niederschlagscharakteristik bei der Luftmassenüberströmung von Bergen nicht detailliert erfasst werden (SEVRUK 2 Stand der Forschung 35 _______________________________________________________________

1997:356). Fehler in der Niederschlagsmessung die durch die räumliche und zeitliche Variabilität des Niederschlags hervorgerufen werden, sind darin begründet, dass immer nur ein diskreter Zeitintervall und eine begrenzte Anzahl an Niederschlagsstationen (Punkten) betrachtet werden kann. Dadurch ist es nicht möglich, alle räumlichen und zeitlichen Variationen des Niederschlags zu messen (DULAL et al. 2006:2). „Die Niederschlagsmessung liefert somit immer zu geringe Werte“ (DYCK & PESCHKE 1995:149). Die Fehlergröße bei der global betrachteten Niederschlagsmessung liegt bei 11% (LEGATES & WILLMOTT 1990, zitiert in DULAL et al. 2006:2). Die Messung des Jahresmittels der terrestrischen Niederschläge, global betrachtet, geben ADAM & LETTENMAIER (2003, zitiert in DULAL et al. 2006:3) mit einer Fehlergröße von 11,7% an.

Die von DULAL et al. (2006) durchgeführte Fallstudie zur Analyse der Messunsicherheiten von Niederschlagsdaten im Bagmati Basin in Zentralnepal zeigt, dass die Gesamtspanne der Messfehler (Wind-, Benetzungs- und Verdunstungsfehler) weniger als 15% darstellt. Der Wind wird als Hauptfehlerquelle bei der Niederschlagsmessung identifiziert, gefolgt von Benetzungsfehlern und Evaporationsfehlern (DULAL et al. 2006:1). In ihrer Studie präsentieren DULAL et al. (2006:9-12) eine Formel, um die Niederschlagsmesswerte mittels Korrekturfaktor für Wind, unter Einbeziehung des Benetzungs- und Verdunstungsfehlers, zu korrigieren. Der Korrekturfaktor für den Wind errechnet sich auf Grundlage des ähnlichen Niederschlagsmessers durch eine Regressionsgleichung, welche für chinesische Niederschlagsmesser ermittelt wurde.





2.4 Niederschlagsuntersuchungen in Nepal

Auf Grund der extremen, komplexen Topographie der Region und dem nicht vorhanden sein einer angemessenen Anzahl an Niederschlagsmessstationen, hat Nepal und allgemein der Gebirgszug des Himalaya bei Niederschlagsstudien kaum Beachtung gefunden. Gezielte Untersuchungen über die Regionalisierung von Niederschlag (Bestimmung homogener Gebiete) in Nepal sind sehr begrenzt (KANSAKAR et al. 2004:1645).

NAYAVA (1974, zitiert in KANSAKAR et al. 2004:1646) veröffentlichte 1974 mit dem Titel „Heavy monsoon rainfall in Nepal“ die erste Studie über den Niederschlag in Nepal. Die Studie machte deutlich, dass die Niederschläge in der Monsunperiode in Nepal allgemein 80- 90% des gesamten Jahresniederschlags ausmachen. Eine Ausnahme stellen die Regionen im äußersten Westen von Nepal dar, wo die Monsunniederschläge einen Anteil von nur 55-70% an den Jahresniederschlägen haben (NAYAVA 1974, zitiert in KANSAKAR et al.

2004:1646).

2 Stand der Forschung 36 _______________________________________________________________

HIGUCHI et al. (1982) publizierten eine Studie zur Niederschlagscharakteristik in der Monsunsaison im Hochgebirge von Nepal. Ergebnis der Studie war, dass Niederschlagssummen in der Monsunsaison auf Bergkämmen und Bergspitzen bis zu fünfmal größer sind als in Tallagen. Ebenso konnte ein Unterschied bei dem täglichen Niederschlagszeitpunkt zwischen Talboden und Bergspitze bzw. -kamm ausgemacht werden. In Tallage ist das Niederschlagsmaximum tagsüber ausgeprägt, während in Kammlage das Niederschlagsmaximum in der Nacht zu verzeichnen ist (HIGUCHI et al. 1982:21-27). In der Monsunsaison erhalten die Täler nur 62% und während der Winterniederschläge (Oktober-Mai) nur 37% der Niederschläge, welche auf den Bergkämmen fallen (PUTKONEN 2004:245).

Im Sommer 2001 kamen zur Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Variabilität des Niederschlags an der Südflanke des Himalaya neben dem örtlichen Messnetz auch Fernerkundungsdaten der TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), des Meteosat-5 und Radiosonden zum Einsatz (BARROS & LANG 2003:1408-1410). BARROS et al. (2000:3683-3686) stellten wie auch HIGUCHI et al. (1982) ein nächtliches Niederschlagsmaximum kurz nach Mitternacht fest. Dies ist für Gebirgsregionen sehr untypisch, da normalerweise bei täglichen Aufwinden nachmittags das Niederschlagsmaximum auftritt. Die nächtlichen Niederschlagsmaxima sind ein regionales Phänomen des Südhimalaya. Am stärksten sind die nächtlichen Niederschlagpeaks in der Monsunsaison und in den niedrigeren Höhenlagen ausgeprägt. Als Ursache wird unter anderem Konvektion und atmosphärische Instabilität in der Nacht angeführt (BARROS & LANG 2003:1409-1424).

Forschungen über den Beginn bzw. das Einsetzen des Monsuns in Nepal haben gezeigt, dass die Zugbahnen von Tiefdruckgebieten aus dem Golf von Bengalen die Niederschlagsverteilung in Nepal beeinflussen. Zum Beispiel hatte der Zyklon, der im Jahr 1999 der durch seine Zugbahn im Bereich von Zentralnepal direkt auf den Himalaya stieß, zur Folge, dass die Niederschlagssummen im Jahr 1999 die von 2000 um 50-100% übertrafen. Das Untersuchungsgebiet, das Einzugsgebiet des Marsyandi Flusses, in Zentralnepal ist eine Region mit extrem großen Niederschlagsgradienten. Räumlich variiert der Gradient als Folge des Reliefs in Bereichen von 10–20 km. Zeitlich kommen die Niederschlagsvariationen durch die Monsunsaison und durch individuelle Wetterereignisse zustande. Das Terrain variiert auf kleinräumiger Skala so stark, dass Niederschlagsdifferenzen zwischen einzelnen Niederschlagsstationen mit dem Faktor acht auftreten. Die Niederschlagssummen in der Monsunsaison (JuniSeptember) variieren räumlich im Untersuchungsgebiet von 302 mm an der Station Monastery (3562 m a.s.l.) bis 4343 mm an der Station Telbrung (3168 m a.s.l.). Die Monsunniederschlagssumme von 302 mm ist durch die Lage der Station im Lee des Annapurnas-Bergmassivs zu erklären (LANG & BARROS 2002:1299-1314). BARROS et al. (2000:3683-3686) konnten im gleichen Untersuchungsgebiet eine Abnahme der Jahresmittelwerte des Niederschlags von 2 Stand der Forschung 37 _______________________________________________________________

maximal 4500 mm auf 350 mm auf einer Distanz von 40 km feststellen. An der Station Khudi (820 m a.s.l.) konnte eine zeitliche Variation von annährend 100% gemessen werden. Im Jahr 1999 wurden an dieser Station in den Monaten JuniSeptember 2266 mm Niederschlag gemessen. Im gleichen Zeitraum sind im Jahr 2000 4107 mm Niederschlag registriert wurden. Eine manuelle Vergleichsmessung hat gezeigt, dass das Messgerät fehlerfrei funktionierte. An Messstationen mit den höchsten Niederschlägen konnte konvektiver Niederschlag (≥10mm/h) als dominierender Niederschlagsanteil bestimmt werden.

Niederschlagsstationen mit den geringsten Werten lagen mehr im Einflussbereich von advektiven bzw. geschichteten Niederschlägen (≤ 10mm/h) (LANG & BARROS 2002:1299-1314).

Die Analyse eines Dreijahresdatensatzes von hochgelegenen Niederschlagsstationen ergab, dass jährliche Niederschlagssummen von 5000 mm in Höhen bis zu 4500 m a.s.l. auftreten (BARROS et al. 2000:3683-3686). Die Monsunniederschläge in der Annapurnaregion, als eine Funktion der Geländehöhe, unterscheiden sich in ihrem Verteilungsmuster von den Niederschlägen in der Trockensaison (Oktober-Mai). Die Monsunniederschläge besitzen ein Maximum in 3000 m a.s.l.. Die Niederschläge der Trockensaison mit einem Anteil von 12-49% an der Niederschlagsjahressumme nehmen kontinuierlich mit der Geländehöhe zu. Die stark-konvektiven Monsununwetter in der Monsunsaison werden durch vermehrt geschichtete Niederschläge in der Wintersaison ersetzt (PUTKONEN 2004:245). Das Schneewasseräquivalent nimmt als Funktion der Höhe zu. Die Höhenlagen zwischen 2000-3000 m a.s.l. sind die niedrigsten Höhenlagen, wo – abhängig von Hangneigung und Einstrahlung saisonbedingt Schnee akkumuliert wird. Das maximale Schneewasseräquivalent der gemittelten zweijährigen Messperiode steigt von rund 220 mm in 3000 m a.s.l.

auf rund 1078 mm in 4400 m a.s.l.. In Zentralasien in Höhen von 3500-4000 m a.s.l. wird nach BARRY (1992, zitiert in PUTKONEN 2004:247) von ausschließlich festen Niederschlägen bei einer mittleren Monatstemperatur von -1°C ausgegangen. Der jährliche Anteil von Schneeniederschlägen an den Jahresgesamtniederschlägen in der Annapurnaregion liegt bei 0% in 2000 m a.s.l.

und steigt auf 40% in 4400 m a.s.l.. Ab einer Höhe von 5580 m a.s.l. wird von einem Anteil von 100% ausgegangen (PUTKONEN 2004:247).

Im gleichen Untersuchungsgebiet stellten LANG & BARROS (2004:833) fest, dass Niederschläge in Form von Schnee einen wichtigen Anteil an der Niederschlagsgesamtsumme im Jahr, vor allem in höheren Lagen, haben. Einen Anteil von 25% an der Station Rambrong (4435 m a.s.l.) und mehr als 35% an der Station Danfedanda (3987 m a.s.l.) haben die Niederschläge in Form von Schnee an der Niederschlagsjahressumme. Die Stationen befinden sich im Lee (nördlich) des Annapurnamassivs. Die Ausdehnung der Schneedecke ist von Jahr zu Jahr großen Schwankungen unterworfen und stimmt mit den Beobachtungen in Ostnepal in der Region Khumbu/Everest überein (UENO et al. 2001:23-33). Die 2 Stand der Forschung 38 _______________________________________________________________

Schneemengen unterliegen auch der zwischenjährlichen Variabilität, welche 20 bis 30% der Jahresgesamtniederschlagssumme ausmachen kann. Die mengenmäßig bedeutenden Schneefälle werden hauptsächlich durch western disturbances hervorgerufen. Signifikante Winterniederschläge entstehen nur bei einem positiven Zusammenspiel von großräumiger Luftströmung, Zugbahn des Tiefdruckgebietes und der Topographie des Himalaya als Barriere. Diese führt zu orographischen Niederschlägen (LANG & BARROS 2004:843).

Studien zur räumlichen und innerjährlichen Variabilität des Niederschlags in Nepal von SHRESTHA et al. (2000:317-327) haben gezeigt, dass die Verwendung von gemittelten Niederschlagsdaten von mehreren Messstationen, keine vollständige Analyse der Niederschlagsverteilungsmuster in Gesamtnepal zulassen. Die regionalen Durchschnittswerte glätten in diesem Fall die kleinräumigen Niederschlagsvariationen.



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