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Warum reagieren Flüsse auf ähnlichen Regen so unterschiedlich?
Gleicher Regen, anderer Fluss: Selbst eine ähnlich starke Regenepisode kann im selben Einzugsgebiet ganz unterschiedliche Abflussmengen erzeugen. Eine globale Analyse von mehr als zwei Millionen Regen-Abfluss-Ereignissen zeigt, dass komplexes Verhalten in Flussgebieten weltweit die Regel ist. Entscheidend ist dabei nicht nur die Regenmenge, sondern besonders, wie regelmäßig Niederschläge auftreten.
Vancouver (Kanada). Wie viel Wasser nach einem Regen im Fluss ankommt, hängt nicht allein von der Niederschlagsmenge ab. Denn Bodenfeuchte, unterirdische Speicher und die Verbindung verschiedener Landschaftsteile zum Gewässer verändern sich mit dem Wetter. Darum kann ein Einzugsgebiet bei zwei ähnlich starken Regenfällen sehr unterschiedlich reagieren.
Für die Studie haben die Autoren mehr als zwei Millionen Regen-Abfluss-Ereignisse ausgewertet und mehr als 80.000 Einzugsgebiete in 97 Ländern verglichen. Sie ordneten die Gebiete drei funktionalen Typen zu. Einfache Einzugsgebiete reagieren bei ähnlichen Regenmengen meist ähnlich, intermediäre Gebiete wechseln zwischen mehreren stabilen Reaktionsweisen. In komplexen Einzugsgebieten streut die Reaktion dagegen stark.
„Wir stellen uns ein Einzugsgebiet oft wie ein Rohr vor: Gibt man eine bestimmte Menge Regen hinein, kommt eine vorhersehbare Menge Abfluss heraus. Aber die meisten Einzugsgebiete verhalten sich eher wie dynamische Systeme mit einem Gedächtnis. Wie viel vom heutigen Regen als Abfluss in den Fluss gelangt, hängt sowohl von den durch das frühere Wetter geschaffenen Bedingungen ab als auch davon, welche Teile der Landschaft während des Sturms Wasser in den Fluss liefern“, erklärt Erstautor Dr. Ali Ameli von der University of British Columbia (UBC).
Die globale Auswertung zeigt, wie selten wirklich einfache Verhältnisse sind. In der ruhenden Vegetationsperiode entfielen 87 Prozent der untersuchten, nicht mit Pegeln überwachten und überwiegend regenbestimmten Landfläche auf komplexe Einzugsgebiete, was rund 121 Millionen Quadratkilometern entspricht. Einfache Gebiete machten dagegen nur 1,5 Prozent der ausgewerteten Fläche aus.
Auch die Jahreszeit verändert das Bild: Nach den Ergebnissen steigt die Zahl komplex klassifizierter Einzugsgebiete in der Wachstumsperiode um 63 Prozent, in Europa erreicht ihr Anteil dann 94 Prozent. Afrika und weite Teile Asiens bleiben in beiden Jahreszeiten überwiegend komplex, während im pazifischen Nordwesten der USA und in British Columbia vergleichsweise viele einfache Gebiete bestehen bleiben.
Der stärkste Trennfaktor war nicht die reine Regenmenge, sondern die zeitliche Beständigkeit des Niederschlags. Wo es häufig und regelmäßig regnet, bleiben Böden und Wasserspeicher eher in ähnlichen Zuständen, während längere trockene Phasen im Wechsel mit nassen Perioden dafür sorgen können, dass dieselbe Regenmenge je nach Ausgangslage deutlich anders in Abfluss umgesetzt wird.
„Es zählt nicht einfach nur, wie viel Regen fällt: Entscheidend ist auch der Rhythmus des Regens. Anhaltender Regen hält die Landschaft in einem gleichmäßigeren Zustand. Wenn sich nasse und trockene Bedingungen abwechseln, kann sich dasselbe Einzugsgebiet von einem Ereignis zum nächsten sehr unterschiedlich verhalten“, sagt Ameli.
Neben der Niederschlagsbeständigkeit unterschieden auch Aridität und die langfristige Wasserbilanz die drei Klassen. Einfache Einzugsgebiete lagen im Mittel häufiger in feuchteren Bedingungen, komplexe Systeme stärker in trockeneren Verhältnissen. Geländeform, Geologie und Landbedeckung verfeinerten dieses klimatische Grundmuster: Einfache Gebiete traten eher in steilerem Gelände auf, während ein höherer Anteil von Acker- und Stadtflächen mit größerer funktionaler Komplexität verbunden war.
Die Klassifikation ist damit keine starre Eigenschaft eines Flussgebiets, sondern kann sich mit der Jahreszeit verschieben und beschreibt zunächst Zusammenhänge, keine nachgewiesenen Ursachen. Für die Hydrologie ist das praktisch relevant, weil Modelle unte