Sturmfluten in SH: Wie KI hilft, Extremwetter vorherzusagen
Eine Forschungsgruppe der Uni Hamburg hat ein KI-Modell entwickelt, das Sturmfluten an Schleswig-Holsteins Nordseeküste besser vorhersagen soll. Schon jetzt soll das Modell Prognosen für den kommenden Winter liefern.
Seit Jahrhunderten schützen wir uns in Schleswig-Holstein gegen die Kräfte der Meere. Doch der Meeresspiegel steigt immer schneller und der Klimawandel wirft neue Fragen an der Nordseeküste auf: Reichen unsere Deiche, Sturmflutmauern, Entwässerungssysteme aus? Wie gefährlich werden Sturmfluten künftig? Und woher wissen wir, was nicht morgen oder übermorgen, sondern zum Beispiel in zehn Jahren auf uns zukommt? Eine Forschungsgruppe der Universität Hamburg hat dafür eine Künstliche Intelligenz trainiert, die präzise Sturmflut-Vorhersagen ermöglichen soll.
Sturmfluten werden immer heftiger
Ein großer Fortschritt unserer Studie war, dass wir uns angucken können, was genau an einem Pegel, an einer Stelle auf der Welt passiert. Leonard Borchert, Klimaforscher
Leonard Borchert ist Klimaforscher an der Universität Hamburg und forscht unter anderem zu Extremwetterereignissen. Sein Team und er nutzten Beobachtungsdaten aus Cuxhaven, um die KI zu trainieren. Die Ergebnisse lassen sich laut Borchert jedoch auch auf die gegenüberliegende schleswig-holsteinische Küste übertragen, auf Brunsbüttel etwa oder Friedrichskoog. Demnach erwarten die Wissenschaftler*innen künftig etwa genauso viele Sturmfluten wie bisher. Aber: durch den steigenden Meeresspiegel rechnen sie damit, dass diese im Mittel einen halben Meter höher ausfallen - also etwa 2,5 Meter statt 2,0 Meter.
Wir werden ungefähr so viele Sturmfluten antreffen wie bisher - aber sie werden extremer. Leonard Borchert, Klimaforscher
KI liefert lokale Prognosen für Nordseeküste
Die Modelle, die die Klimaforscher nutzen, um Vorhersagen zu treffen, werden auch benutzt, um das Ende des Jahrhunderts zu erforschen. Sie rechnen zum Beispiel Luft- und Wassertemperaturen aus. Allerdings bekommt man damit nur einen einzigen Wert für einen Bereich von 100 Quadratkilometer - Sturmfluten treten aber sehr viel lokaler auf. Und darin liegt der große Fortschritt der Forschung: Die Vorhersagen sind viel präziser, weil die KI mit Daten von einem ganz bestimmten Punkt trainiert wurde. Das war möglich, weil es genügend Beobachtungsdaten der Pegelstände, aber auch der vorherrschenden Windrichtung und der Strömungsmuster der Nordsee gab.
Wie zuverlässig ist die KI-Prognose?
Ein wichtiger Teil unserer Studie war, dass wir die Vorhersagen für die letzten 60 Jahre gemacht haben und getestet haben, wie oft sie richtig gewesen wären. Mit dieser Methode finden wir heraus, wie gut oder oder wie vertrauenswürdig diese Vorhersagen für die Zukunft sind. Leonard Borchert, Klimaforscher
Überlicherweise erwarten Foschende bei Temperatur- und Windberechnungen dieser Art eine Trefferquote von 40 bis 50 Prozent. In diesem Fall jedoch erreichte das KI-Modell eine Trefferwahrscheinlichkeit von 70 Prozent - das heißt, vergangene Sturmfluten konnten mit einer 70-prozentigen Wahrscheinlichkeit korrekt vorhersagt werden. "Das ist extrem hoch für das, was wir hier gemacht haben, nämlich eine mittelfristige Extrem-Klimavorhersage", erklärt Borchert.
Was steigende Pegel für den Küstenschutz bedeuten
Solche Mittelfrist-Klimavorhersagen wie sie die KI der Forscher leistet, finden bisher noch keine konkrete Anwendung. Der Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz (LKN) in Schleswig-Holstein nutzt für kurzfristige Sturmflutvorhersagen die amtliche Wasserstandsvorhersage des Bundesamt für Schifffahrt und Hydrographie (BSH). Das prognostiziert einen Zeitraum von bis zu sieben Tagen. Grundsätzlich kann sich das LKN den Einsatz von KI zukünftig vorstellen, heißt es auf NDR Anfrage.
Für die langfristige Planung von Küstenschutzanlagen wird nach Angaben des LKN ein 200-jährliches Sturmflutereignis zugrunde gelegt. Zusätzlich wird ein Vorsorgemaß von einem Meter angesetzt, um die Folgen des Meeresspiegelanstieges zu berücksichtigen. Das entspricht auch den Szenarien des Weltklimarats. Darin gibt es jedoch keine konkreten Bemessungen, wie sich der erhöhte Meeresspiegel auf Sturmfluten auswirken könnte oder wie sich Sturmfluten in kürzeren Zeithorizonten entwickeln könnten. Laut LKN wird davon ausgegangen, dass sich die Sturmfluten um den Betrag des mittleren Meeresspiegelanstiegs erhöhen. Darauf sind die Deiche ausgelegt.
So geht es mit der KI-Forschung jetzt weiter
Die Wissenschaftler wollen ihr KI-Modell nun auf weitere Orte anwenden - etwa auf Nordstrand (Kreis Nordfriesland), abhängig davon, ob es genug Beobachtungsdaten gibt, um die KI zu trainieren. Und sie wollen in einer derzeit laufenden Studie versuchen, schon jetzt Vorhersagen für Sturmfluten im kommenden Winter zu treffen.
