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Regnet es mehr in Nidderau? – Flussbeobachtung mittels Datenanalyse

„Die Nidder ist ein linker Nebenfluss der Nidda im Bundesland Hessen, Deutschland. Von der Quelle bis kurz vor der Mündung verläuft sie etwa 10 km südöstlich parallel zur Nidda.“ (Quelle: Wikipedia am 21.01.24) Als zugezogener Nidderauer möchte ich den Fluss kennenzulernen, der nur 100m vor meiner Haustür entlang fließt. Die klassische Erwartung wäre nun sicherlich, dass ich den Fluss ablaufe, doch als Datenanalyst möchte ich die Nidder über ihre Daten kennenlernen und dabei gleich Ideen zur Datenanalyse (Statistik) mitgeben. Nachdem ich während der letzten Analyse einen tendenziellen Anstieg der Wassermenge über die letzten drei Jahrzehnte festgestellt habe, möchte ich schauen, ob sich dies über eine Zunahme des Niederschlags erklären lässt.


Alle Grafiken und Datenanalysen wurden mit Minitab 22.1 erstellt.



Zu den Daten


Die hier betrachteten Daten sind frei zugänglich und stammen von Meteostat. Der Niederschlag ist angegeben in Millimeter pro Quadratmeter und Tag.



Blick auf die Daten


Prinzipiell sind die Daten und die daraus abgeleiteten Ergebnisse mit einer Portion Vorsicht zu genießen. Denn (auch) hier sind fehlende Werte nicht markiert, sondern als „0“ hinterlegt. Jede null könnte also ein regenfreier Tag oder ein nicht erkannter verregneter Tag sein. Ich mache die Analyse auf Grundlage der Daten, wie ich sie habe. Im Vergleich zu den anderen Analysen, erstreckt sich der Zeitraum der Daten nur auf einen relativ kurzen Zeitraum ab 2010. Wer bessere oder weitergehende Aufzeichnungen findet, möge sich gerne bei mir melden!



Trendanalyse


Niederschlagtageswerte

Auf der linken Grafik sind in grau die Tagesniederschläge zu sehen. Ein gefüllter Kreis stellt die Jahresmittelwerte und ein Kreis mit einem Kreuz stellt die Jahresmediane dar. Ich mag hier wieder nur oberflächlich auf die Unterschiede eingehen, da sie hier nicht entscheidend sind. Aber Mittelwerte sind bekannter und oft besser zu verwenden, Mediane sind gegenüber Ausreißer und asymmetrischer Verteilungen stabil. Prinzipiell ist mit bloßem Auge kein übergeordneter Trend zu erkennen.

Niederschlagswerte Jahresverlauf

Auf der rechten Grafik sind die übers Jahr aufsummierten Wert für die Niederschläge dargestellt. Auch hier lässt sich mit bloßem Auge kein Trend erkennen. Statistische Analysen finden hier ebenfalls nichts. Die durch klassische Regression ermittelte mittlere Zunahme beläuft sich rechnerisch aus diesen Daten auf ca. 0,001% pro Jahr und ist mit einem p-Wert von über 0,5 weit jenseits der Signifikanz.



Monatsverläufe


Anzahl Tage mit Niederschlägen

Auch wenn kein übergeordneter Trend zu erkennen ist, ist es dennoch interessant die Niederschläge auf den Monat herunterzubrechen und sich so die Jahresverteilung anzusehen: So gibt es im Sommer mehr Niederschlag als im Winter, obwohl die Pegelstände der Nidder im Winter tendenziell höher sind. Wenn fehlende oder falsche Daten als Grund für dieses Bild ausschließen, wird es sicherlich an der höheren Verdunstung im Sommer liegen, dass nicht so viel Wasser den Weg in die Nidder findet. Die monatlichen Niederschlagwerte sind zusätzlich auch nochmal auf der linken Grafik dargestellt.

Anzahl Tage mit Niederschlägen

Schaut man sich die Anzahl der Niederschlagtage an, so ist auch hier kein

Veränderungstrend über die klassische Regression auszumachen (p-Wert > 0,5). Es ist aber auch hier auffällig, dass die meisten Niederschlagstage im Winter sind, wie auf der rechten Grafik zu erkennen ist, wo Januar und Dezember fast ausschließlich im hohen (roten) Bereich liegen.

Dies bedeutet, dass es im Durchschnitt Richtung Winter häufig feucht ist, während es Richtung Sommer oft trocken ist, was durch stärkere Regelfälle unterbrochen wird. Wenn man bedenkt, dass im Sommer mehr Wasser verdunstet und warme Luft auch mehr Feuchtigkeit speichern kann, klingt dies alles passend und natürlich entspricht dies auch der Erfahrung.



Starkregenereignisse


Anzahl Tage mit mehr als 20mm Niederschlag
Anzahl Tage mit mehr als 30mm Niederschlag

Wird der letzte Gedanke weitergeführt, schließt sich die Frage nach Starkregenereignissen an. In den linken Grafiken sind pro Jahr die Anzahl an Tagen mit Niederschlägen über 20 bzw. 30 Millimetern pro Quadratmeter. Ein Trend ist hier nicht statistisch fundiert auszumachen. Es sei aber auch dazu gesagt, dass solche Jahrhundertereignisse, wie im Ahrtal auch kaum vorausgesagt werden können, da es sich hierbei weniger um Trends, als mehr um Ausreißer handelt (die eventuell an Wahrscheinlichkeit zunehmen mögen).









Mein Fazit


Ein übergeordneter Trend der letzten 13 Jahre lässt sich für den Niederschlag nicht statistisch feststellen. Laut der nackten Daten könnte es einen minimalen Anstieg um 0,001% pro Jahr geben, der sich aber auf den Quadratmeter nicht statistisch nachweisen lässt, sondern sich erst gebündelt, im Fluss Nidder, manifestiert. Dies wäre dann eine Erklärung für den statistisch signifikanten Anstieg des Durchflusses um ca. 0,4% jährlich während der letzten 30 Jahre.

Eine Zunahme von Unwettertagen, die auch jenseits des Flusses direkt zu Überschwemmungen führen ist aktuell nicht ersichtlich, was nicht bedeutet, dass Jahrhundertregen ausgeschlossen sind.

Als nächstes möchte ich von der Betrachtung der Ist-Situation (bzw. der Vergangenheit) wegkommen und schauen, dass ich den Wirkzusammenhang zwischen Niederschlag und Durchflussmenge quantitativ (qualitativ ist es ja logisch) bestimme. Dies wird vermutlich sehr Herausfordernd sein, weil es eine Verzögerung gibt: Der Pegelstand der Nidder steigt ja nicht in der Sekunde, wo es regnet. Das Wasser muss sich ja erst einmal seinen Weg in den Fluss bahnen.


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