Spatiotemporal analyses of Extreme Precipitation and Flooding in Tennessee

Wasser ist ein ständiger Begleiter des Lebens, doch wenn es mit zu viel Kraft oder am falschen Ort auftaucht, wird es zu einer zerstörerischen Kraft, die in der Lage ist, Landschaften umzugestalten und Gemeinschaften zu verwüsten. In den Vereinigten Staaten dominieren zwei verschiedene Arten von Wasserkatastropphen die Schlagzeilen: Überschwemmungen, die das langsame, ansteigende Überfluten von trockenem Land durch überlaufende Flüsse und Bäche sind, und Sturzfluten, die plötzliche, heftige Wassermassen sind, die innerhalb von Minuten nach starken Regenfällen entstehen können. Während Wissenschaftler schon lange wissen, dass extreme Wetterereignisse häufiger auftreten, erfordert das Verständnis darüber, wo genau und wie sich diese Gefahren verändern, einen Blick in die Vergangenheit durch eine spezifische Linse. Forscher müssen nicht nur untersuchen, wie viele Stürme auftreten, sondern auch, wo sie stattfinden, wie oft sie dieselben Orte treffen und ob der durch sie verursachte Schaden im Laufe der Zeit zunimmt. Diese Art der Untersuchung hilft Gemeinschaften, sich auf eine Zukunft vorzubereiten, in der sich die Regeln von Wasser und Wetter verschieben könnten.

Ein Forscherteam der East Tennessee State University wandte diese Art der tiefgehenden, zeitfokussierten Untersuchung kürzlich auf den Bundesstaat Tennessee an. Sie entwickelten ein digitales Modell, das es ihnen ermöglichte, die zweiunddreißigjährige Wettergeschichte Landkreis für Landkreis ablaufen zu lassen, um zu sehen, wie Starkregen, Flussüberschwemmungen und Sturzfluten in dem Bundesstaat verhalten haben. Ihr Ziel war es, über einfache Zählungen von Stürmen hinauszugehen und stattdatt die sich entwickelnden Muster der Gefahr abzubilden. Sie fanden heraus, dass, während die Anzahl der Überschwemmungsereignisse in einigen Gebieten gestiegen und in anderen gesunken ist, die Geschichte des Schadens eine andere, dringlichere Geschichte erzählt. Im zentralen Teil des Bundesstaates steigt die Häufigkeit von Starkregen, und die finanziellen Folgen von Überschwemmungskatastrophen steigen drastisch an, selbst in Gebieten, in denen die Anzahl der Überschwemmungen nicht unbedingt zugenommen hat.

Um diese Veränderungen zu verstehen, behandelten die Forscher den Bundesstaat wie eine lebendige Zeitlinie. Sie sammelten Aufzeichnungen über jedes Starkregenereignis, jede Flussüberschwemmung und jede Sturzflut, die zwischen 1991 und 2022 registriert wurden. Für den Regen betrachteten sie Stürme, die stark genug waren, um einmal im Jahr, alle zwei Jahre und alle fünf Jahre zu erwartet werden. Für die Überschwemmungen verfolgten sie sowohl die Häufigkeit ihres Auftretens als auch die Höhe des finanziellen Schadens an Eigentum. Diese riesige Menge an Daten speisten sie dann in ein Computersystem ein, das die Informationen in einem dreidimensionalen Gitter organisierte. In diesem Gitter repräsentierten die horizontalen Schichten die Geografie der neunundneunzig Countys von Tennessee, während die vertikale Achse die Zeit darstellte, die sich von den frühen 1990er Jahren bis zur Gegenwart erstreckt. Dies ermöglichte es dem Team, nicht nur zu sehen, wo Ereignisse stattfanden, sondern auch, wie sich diese Muster über Jahrzehnte hinweg bewegten und intensivierten.

Die Ergebnisse zeigten einen Bundesstaat im Wandel. In ganz Tennessee ist die Zahl der Countys, die einen Anstieg der Starkregen erleben, weitaus größer als die Zahl derer, die einen Rückgang verzeichnen. Dieser Trend ist besonders stark in der Mitte des Bundesstaates ausgeprägt, wo eine Gruppe von Countys zu einem beständigen Hotspot für intensiven Regen geworden ist. In einigen dieser zentralen Countys hat sich die Zahl der Starkregenereignisse in den letzten Jahren im Vergleich zum Anfang des Untersuchungszeitraums verdoppelt oder verdreifacht. Die Forscher identifizierten spezifische Gebiete, wie das Nashville Basin und die Ränder des Cumberland Plateau, in denen diese Starkregen zu einem regelmäßigen, sich intensivierenden Merkmal des lokalen Klimas werden.

Als das Team seine Aufmerksamkeit auf Sturzfluten richtete, wurde das Bild komplexer. Im westlichen Teil des Bundesstaates, insbesondere in den Countys Shelby und Tipton, steigt die Zahl der Sturzflutereignisse deutlich an. In vielen anderen Teilen des Bundesstaates ist die Zahl der Sturzfluten jedoch tatsächlich gesunken oder gleich geblieben. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Gefahr in einigen Orten abnimmt, aber die Daten über die Sachschäden erzählen eine andere Geschichte. In den zentralen und östlichen Teilen des Bundesstaates steigen die finanziellen Verluste durch Sturzfluten stetig an. Das bedeutet, dass es in einigen Gebieten zwar weniger Sturzfluten geben mag, die, die auftreten, aber einen schwereren Schlag versetzen. Es ist ein wenig wie ein Sturm, der seltener einschlägt, aber eine härtere Wirkung entfaltet, wenn er kommt.

Die Forscher betrachteten auch die traditionellen Flussüberschwemmungen, die tendenziell langsamer ansteigen als Sturzfluten. Hier ist der Trend im mittleren und östlichen Teil des Bundesstaates eindeutig aufwärts gerichtet. Countys in Zentral-Tennessee erleben häufigere Flussüberschwemmungen, und die finanziellen Kosten dieser Ereignisse steigen im Osten. Interessanterweise stellten die Forscher fest, dass die Anzahl der Überschwemmungsereignisse und die Höhe des Geldverlusts nicht immer in die gleiche Richtung verlaufen. In einigen Countys geht die Zahl der Überschwemmungen zurück, aber der Schaden steigt. Dies deutet darauf hin, dass die Überschwemmungen, die stattfinden, intensiver werden oder dass die Gemeinschaften, die sie treffen, aufgrund von Veränderungen im Land – wie etwa mehr Gebäuden und Straßen, die verhindern, dass Wasser im Boden versickert – verwundbarer werden.

Einer der beeindruckendsten Funde ergab sich aus der Betrachtung der Geografie und Geschichte des Bundesstaates. Die Forscher stellten fest, dass ein Rekord-Regenereignis im Jahr 2021 in einem zentralen County, bei dem über zwanzig Zoll Regen an einem einzigen Tag fiel, eine Sturzflut verursachte, die zweiundzwanzig Menschen tötete und über einhundert Millionen Dollar an Schaden anrichtete. Dieses einzelne Ereignis, das weita viel intensiver war als alles, was in den vorangegangenen Jahrzehnten gesehen wurde, half dabei, die langfristigen Trends für diese Region zu verschieben. Die Studie hob auch hervor, wie die Form des Bundesstaates und seine Grenzen diese Muster verbergen können. Als die Forscher den Bundesstaat als Ganzes analysierten, wurden einige gefährdete Gebiete durch das schiere Volumen der Ereignisse im Zentrum maskiert. Doch als sie die östlichen, zentralen und westlichen Regionen separat betrachteten, traten neue Hotspots hervor, insbesondere im Osten, wo zuvor verborgene Gefahren sichtbar wurden.

Die Studie schließt mit dem Schluss, dass die Werkzeuge, die zur Kartierung dieser Veränderungen verwendet werden, für jeden wertvoll sind, der versucht, Gemeinschaften vor Wasserkatastrophen zu schützen. Indem man visualisiert, wie sich Gefahren durch Zeit und Raum bewegen, können Planer sehen, welche Gebiete gefährlicher werden und warum. Die Forschung zeigt, dass die Bedrohung nicht einheitlich ist; sie konzentriert sich in spezifischen Taschen des Bundesstaates, wobei die zentrale Region den signifikantesten Anstieg sowohl bei Starkregen als auch bei Überschwemmungsschäden verzeichnet. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Vorbereitung auf die Zukunft mehr erfordert als nur das Zählen von Stürmen; sie erfordert das Verständnis darüber, wie sich die Intensität dieser Stürme und die Verwundbarkeit des Landes gemeinsam verändern. Während sich das Klima weiter verschiebt, bieten diese detaillierten Karten der Vergangenheit einen entscheidenden Leitfaden für den Aufbau einer sichereren Zukunft.