Karten für Hurrikan-Sturmfluten erstellen
Neues Projekt erstellen und Höhendaten abrufen
Um Karten für Überflutungen jeglicher Art zu erstellen, müssen Sie die Höhe des Festlands in dem Untersuchungsgebiet kennen. Der ArcGIS Living Atlas of the World enthält globale Höhendaten, die Sie für Ihre Analyse nutzen können. Erstellen Sie ein Projekt in ArcGIS Pro, und rufen Sie Höhendaten ab.
- Öffnen Sie ArcGIS Pro.
Hinweis:
Wenn Sie über keinen Zugriff auf ArcGIS Pro oder über kein ArcGIS-Organisationskonto verfügen, informieren Sie sich über die Optionen für den Zugriff auf die Software.
- Klicken Sie auf der Startseite unter Neu auf Karte.
- Geben Sie im Fenster Neues Projekt unter Name den Text StormSurge ein, und klicken Sie auf OK.
- Klicken Sie in der Gruppe Abfrage auf der Registerkarte Karte des Menübands auf die Schaltfläche Suchen.
- Geben Sie im Bereich Suchen nach den Suchbegriff New York City ein, und drücken Sie die Eingabetaste.
Die Karte navigiert zur Ansicht von New York City.
Anhand der topographischen Standard-Grundkarte können Sie die unterschiedlichen Gebiete von New York City identifizieren, beispielsweise Manhattan.
- Schließen Sie den Bereich Suchen.
- Vergrößern Sie die Ansicht von Manhattan mit dem Mausrad, und schwenken Sie die Karte, sodass die im Beispielbild dargestellte Ausdehnung angezeigt wird.
In der Ausdehnung sind Manhattan Island sowie Teile anderer Bezirke von New York City wie Brooklyn im Süden und Queens im Osten sichtbar. Nun fügen Sie die Höhendaten hinzu.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf den Bereich "Katalog".
- Klicken Sie im Bereich Katalog auf die Registerkarte Portal, und klicken Sie auf die Schaltfläche Living Atlas.
Der ArcGIS Living Atlas ist eine kuratierte Sammlung geographischer Informationen, darunter Karten, Apps und Daten-Layer.
- Geben Sie in das Suchfeld im Bereich Katalog den Text Terrain owner:esri ein, und drücken Sie die Eingabetaste.
Die Liste der Suchergebnisse enthält einen Bilddaten-Layer mit dem Namen Terrain. Dieser enthält Höhendaten für die ganze Welt. Die Auflösung ändert sich beim Vergrößern und Verkleinern.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Layer Terrain, und wählen Sie Zu aktueller Karte hinzufügen aus.
Die Kartenansicht wird verkleinert, und es wird ein Raster-Layer angezeigt, der die gesamte Welt abdeckt.
Ein Raster-Layer besteht aus einem Raster, in dem jede Zelle ein Pixel ist und einen numerischen Wert hat. Im Terrain-Layer stellt der Wert jedes Pixels die Höhe in Metern dar. Die Pixel mit den höchsten Werten – beispielsweise für die höchsten Berggipfel – werden weiß dargestellt. Die Pixel mit den kleinsten Werten – beispielsweise für Senken unter dem Meeresspiegel – werden dunkelgrau oder schwarz dargestellt.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren einmal auf Vorherige Ausdehnung, um zur Kartenansicht für New York City zurückzukehren.
Die gesamte Karte wird schwarz dargestellt. Das liegt daran, dass New York im Verhältnis zur gesamten Erdoberfläche generell auf niedriger Höhe liegt. Sie ändern jetzt die Anzeige des Terrain-Layers, um die Höhenunterschiede in New York City besser darstellen zu können.
- Überprüfen Sie im Bereich Inhalt, ob der Terrain-Layer ausgewählt ist.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Image-Service-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Rendern auf DRA.
DRA ist die Abkürzung für "Dynamic Range Adjustment" (dynamische Bereichsanpassung). In diesem Modus basieren die Farbtöne auf der Karte strikt ausschließlich auf dem Wertebereich in der aktuellen Kartenansicht. Nach einigen Augenblicken wird die Ansicht aktualisiert, und Sie können die unterschiedlichen Höhen des Zielbereichs optisch unterscheiden.
- Klicken Sie auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff auf Speichern, um das Projekt zu speichern.
In diesem Abschnitt haben Sie ein Projekt in ArcGIS Pro erstellt und den Terrain-Bilddaten-Layer aus dem ArcGIS Living Atlas hinzugefügt, der Höhendaten aus der ganzen Welt enthält.
Höhenraster exportieren
Anschließend exportieren Sie ein dateibasiertes Raster aus dem Bilddaten-Layer Terrain, das nur Ihren Interessenbereich abdeckt, damit Sie diesen Bereich analysieren können.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Terrain, zeigen Sie auf Daten, und wählen Sie Raster exportieren aus.
Der Bereich Raster exportieren wird angezeigt. Ihr Raster soll nicht die ganze Welt, sondern nur New York City abdecken.
- Die Karte sollte wieder zentral über Manhattan ausgerichtet sein. Wählen Sie im Bereich Raster exportieren unter Geometrie zum Ausschneiden die Option Aktuelle Anzeigeausdehnung.
Die vier Koordinaten, die das umgebende Rechteck zum Ausschneiden des Rasters definieren, werden aktualisiert.
- Ändern Sie unter Zellengröße die Werte für X und Y jeweils zu 10.
Die Zellengröße bestimmt die Auflösung des Ausgabe-Rasters. In diesem Fall bedeckt jeder Pixel einen 10 x 10 Meter, d. h. 100 Quadratmeter großen Teil der Erdoberfläche.
- Übernehmen Sie alle anderen Standardeinstellungen, und klicken Sie auf Exportieren.
Tipp:
Wenn eine Warnung angezeigt wird, dass das Ausgabe-Raster-Dataset die Größenbeschränkungen überschreitet, können Sie entweder vergrößern, so dass die Karte einen kleineren Bereich abdeckt, oder die Zellengröße erhöhen.
Wenn der Karte das neue Raster Terrain.tif hinzugefügt wird, wird der Farbverlauf wie in der vorherigen DRA-Anzeige von Schwarz zu Weiß erstellt.
- Schließen Sie den Bereich Raster exportieren.
Sie entfernen jetzt den ursprünglichen Terrain-Layer für die ganze Welt, da Sie ihn nicht mehr benötigen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Terrain, und wählen Sie Entfernen aus.
Nun überprüfen Sie einige Höhenwerte auf Ihrer Karte.
- Klicken Sie in Ihrer Karte auf eine beliebige Stelle auf dem Layer Terrain.tif.
Der Bereich Pop-up wird geöffnet. Er enthält den Höhenwert für das Pixel, auf das Sie geklickt haben, z. B. 23,12 Meter.
- Klicken Sie auf einige andere Punkte, um zu sehen, wie sich die Höhe in Ihrem Untersuchungsgebiet verändert.
- Schließen Sie das Pop-up.
- Drücken Sie Strg+S, um das Projekt zu speichern.
In diesem Abschnitt haben Sie ein ausgeschnittenes Raster gespeichert, das Höhendaten für Ihr Untersuchungsgebiet enthält.
Karte einer 3 Meter hohen Sturmflut erstellen
Da Ihnen jetzt die Höhendaten vorliegen, können Sie anhand dieser Daten tiefliegende Küstenregionen ausmachen und vorhersagen, welche Flächen von New York City im Fall eines Hurrikans überflutet werden könnten. Beginnen Sie zunächst mit einem Szenario, in dem ein Hurrikan eine Sturmflut von 3 Metern Höhe verursacht. Da der Wasserspiegel, der New York City umgibt, auf einer Höhe von 0 Metern steht, würden alle Gebiete in der Stadt, die eine Höhe von bis zu 3 Metern haben, überflutet werden.
Um alle Bereiche mit einer Höhe von 3 Metern oder weniger zu finden, wenden Sie das Werkzeug Neuzuordnung auf den Layer Terrain.tif an.
- Klicken Sie im Menüband auf die Registerkarte Analyse. Klicken Sie in der Gruppe Raster auf die Schaltfläche Raster-Funktionen.
Der Bereich Raster-Funktionen wird angezeigt.
Hinweis:
Raster-Funktionen sind Operationen, die die Verarbeitung direkt auf die Pixel der Raster-Datasets im Speicher anwenden, ohne ein neues Raster auf die Festplatte zu schreiben. Da keine Zwischen-Datasets erstellt werden, lassen sich diese Prozesse schnell anwenden.
- Suchen Sie im Bereich Raster-Funktionen nach dem Werkzeug Neuzuordnung, und öffnen Sie es.
Mit dem Werkzeug Neuzuordnung können Sie die Pixelwerte eines Rasters ändern oder reklassifizieren und mit den neuen Werten einen neuen Raster-Layer erstellen.
- Klicken Sie im Bereich Eigenschaften von "Neuzuordnung" auf die Registerkarte Parameter, und wählen Sie für Raster die Option Terrain.tif aus. Lassen Sie für Neuzuordnungs-Definitionstyp die Einstellung Liste unverändert.
In der Tabelle Neuzuordnung definieren Sie die Regeln für die Reklassifizierung. Basierend auf der Legende für den Layer Terrain.tif im Bereich Inhalt können Sie sehen, dass der niedrigste mögliche Wert für den Layer ca. -22,9 Meter und der höchste 96,5 Meter ist.
Tipp:
Abhängig von der spezifischen gewählten Kartenausdehnung können die niedrigsten und höchsten Wert für Ihren Layer etwas abweichen. Dementsprechend sollten Sie die Werte in den beiden folgenden Schritten anpassen.
- Klicken Sie im Bereich Eigenschaften von "Neuzuordnung" auf die Remap-Tabelle. Klicken Sie für die erste Regel in jede Zelle der ersten Zeile, und geben Sie -23 (oder eine andere Zahl, die kleiner als der Minimalwert ist) für Minimum, 3 für Maximum und 1 für Ausgabe ein.
Die Regel besagt, dass jedes Pixel mit einem Wert zwischen -23 und 3 Metern im neuen Raster den Wert 1 erhält. Dies sind die überfluteten Gebiete.
- Klicken Sie für die zweite Regel auf den Stern, um eine neue Zeile einzufügen. Geben Sie dann in den Zellen der neuen Zeile 3 für Minimum und 97 (oder eine andere Zahl, die größer als der Maximalwert ist) für Maximum ein. Übernehmen Sie den Wert 0 für Ausgabe, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen NoData.
Die Regel besagt, dass jedes Pixel mit einem Wert zwischen 3 und 97 Metern keine Daten erhält. Dies sind die nicht überfluteten Gebiete. Da diese für Sie nicht von Interesse sind, werden sie nicht mit Daten dargestellt.
- Klicken Sie auf Neuen Layer erstellen.
Ein neuer Layer Remap_Terrain.tif mit grauer Symbolisierung wird hinzugefügt. Sie nehmen einige Änderungen vor, damit der Layer besser zu sehen ist. Deaktivieren Sie zunächst den Höhen-Layer.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Terrain.tif, indem Sie das Kontrollkästchen deaktivieren.
Benennen Sie den neuen Layer um.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Namen des Layers Remap_Terrain.tif, um ihn auszuwählen. Klicken Sie erneut auf den Namen, um den Bearbeitungsmodus aufzurufen, geben Sie Storm surge 3 m ein, und drücken Sie die Eingabetaste.
Als Nächstes ändern Sie die Symbolisierung des Layers.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Farbverlauf für den Layer, blenden Sie die Dropdown-Liste ein, und aktivieren Sie Namen anzeigen. Führen Sie in der Liste der Farbverläufe einen Bildlauf nach unten durch, und wählen Sie den Farbverlauf Rot-Violett (kontinuierlich) aus.
Da der einzige Pixelwert in diesem Raster 1 ist, wird nur eine mittlere Farbe aus diesem Farbverlauf verwendet. Der Layer wird einheitlich rosa gefärbt.
- Stellen Sie sicher, dass im Bereich Inhalt der Layer Storm surge 3 m ausgewählt ist. Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Raster-Layer. Legen Sie in der Gruppe Effekte die Transparenz auf 40,0 % fest.
Auf der Karte wird nun in hellrosa dargestellt, welche Teile der Stadt im Fall einer 3 Meter hohen Sturmflut überflutet werden würden.
- Klicken Sie auf der Registerkarte Raster-Layer in der Gruppe Vergleichen auf Ausblenden.
- Ziehen Sie die Karte bei aktiviertem Werkzeug Ausblenden hin und her, um die darunterliegende Grundkarte zu sehen und die überfluteten Gebiete mit den Wassergrenzen vor der Sturmflut zu vergleichen.
Sie können die Karte auch vergrößern und schwenken, um noch detaillierter zu sehen, welche Gebiete von Manhattan und den angrenzenden Bezirken überschwemmt werden.
- Wenn Sie mit der Prüfung fertig sind, klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Vergleichsmodus zu beenden.
Im Oktober 2012 fegte Hurrikan Sandy über Jamaika, Kuba und die Bermuda-Inseln. Auf dem Weg nach Norden richtete er verheerende Schäden an großen Teilen der Ostküste der USA an. Er traf schließlich auf einen anderen Hochdrucksturm aus Richtung Norden, und traf dann in New York und New Jersey auf Land. Über 230 Menschen in der Karibik, den Vereinigten Staaten und Kanada kamen ums Leben.
Vergleichen Sie nun Ihre Karte für die 3-Meter-Sturmflut mit der Karte der tatsächlichen Überflutungen durch Hurrikan Sandy.
- Klicken Sie auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Layer auf Daten hinzufügen.
Hinweis:
Wenn Sie ArcGIS Enterprise-Benutzer sind, dann klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Layer auf die Schaltfläche Daten über Pfad hinzufügen. Kopieren Sie die folgende URL, fügen Sie sie im Fenster Daten über Pfad hinzufügen in das Feld Pfad ein, und klicken Sie auf Hinzufügen: https://services2.arcgis.com/j80Jz20at6Bi0thr/arcgis/rest/services/Hurricane_Sandy_Inundation_Zone/FeatureServer/0. Schritt 15 und 16 können Sie dann überspringen und zu Schritt 17 übergehen.
- Klicken Sie im Fenster Daten hinzufügen unter Portal auf ArcGIS Online. Geben Sie in der Suchleiste Hurricane Sandy Inundation Zone owner: Learn_ArcGIS ein, und drücken Sie die Eingabetaste. Klicken Sie auf den Feature-Layer Hurricane Sandy Inundation Zone.
- Klicken Sie auf OK.
Der Layer Hurricane Sandy Inundation Zone wird auf der Karte angezeigt. Dieser Feature-Layer stammt aus dem New York City Open Data Portal und stellt die Gebiete in New York City dar, die im Jahr 2012 durch Hurrikan Sandy überschwemmt wurden.
- Klicken Sie bei Bedarf im Bereich Inhalt auf den Layer Hurricane Sandy, um ihn auszuwählen. Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Feature-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Vergleichen auf Ausblenden. Erkunden Sie die Karte mit dem Werkzeug Ausblenden.
Inwiefern entspricht Ihr Modell der 3-Meter-Sturmflut der echten Sturmflut nach Hurrikan Sandy? Das Modell kommt der Realität relativ nahe, doch offenbar war die Sturmflut durch Hurrikan Sandy etwas höher als 3 Meter.
Tipp:
Der Layer Hurricane Sandy enthält keine Überflutungsdaten für die westliche Seite der Ausdehnung, die zum US-Bundesstaat New Jersey gehört.
- Wenn Sie fertig sind, klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Modus "Ausblenden" zu beenden.
Hinweis:
Optional können Sie das Werkzeug Neuzuordnung erneut verwenden, um einen Layer mit einer 3,5 Meter hohen Sturmflut zu erstellen und zu sehen, ob sich das Ergebnis besser mit dem Layer "Hurricane Sandy" deckt.
- Drücken Sie Strg+S, um das Projekt zu speichern.
Die meisten Einwohner New Yorks und New Jerseys wurden von dem Sturm überrascht und waren nicht darauf vorbereitet, dass ihre Häuser überflutet werden könnten. Denn bisher hatten sie noch keinen Sturm dieses Ausmaßes erlebt. Zwar hatte Sandy durch eine spezielle Kombination verschiedener Wetterfaktoren eine besonders große Zerstörungskraft, doch es gab bereits höhere Sturmfluten in dieser Region.
In diesem Abschnitt haben Sie Höhendaten verwendet, um eine Flutkarte für eine 3 Meter hohe Sturmflut zu erstellen. Anschließend haben Sie diese Karte mit der Überflutung im Jahr 2012 durch Hurrikan Sandy verglichen.
Karte einer 9 Meter hohen Sturmflut erstellen
1893 traf ein Hurrikan auf New York City, der eine 9 Meter hohe Sturmflut nach sich zog. Dieser Sturm war so verheerend, dass er die Insel Hog Island vor dem Strand von Rockaway nahezu vollständig überschwemmte. Erstellen Sie nun eine Karte, die zeigt, wie sich eine derart hohe Sturmflut auf die heutige Stadt auswirken würde.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Bilddaten. Klicken Sie in der Gruppe Analyse auf den Dropdown-Pfeil neben Raster-Funktionen, um die Liste einzublenden, und wählen Sie Verlauf aus.
Der Bereich Verlauf mit dem zuvor im Rahmen des Workflows ausgeführten Prozess wird angezeigt.
- Doppelklicken Sie im Bereich Verlauf auf Neuzuordnung.
Das Werkzeug Neuzuordnungwird geöffnet. Es enthält alle Informationen, die Sie zuvor eingegeben haben, um den Layer Storm surge 3 m zu erstellen.
- Vergewissern Sie sich, dass auf der Registerkarte Parameter unter Raster der Eintrag Terrain.tif ausgewählt ist. Ersetzen Sie in der Tabelle für beide Regeln den Wert 3 durch 9.
- Klicken Sie auf Neuen Layer erstellen.
Ein neuer Layer Remap mit grauer Symbolisierung wird hinzugefügt. Sie nehmen einige Änderungen vor, damit der Layer besser zu sehen ist.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt zweimal auf Remap, und benennen Sie den Layer in Storm surge 9 m um.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Farbverlauf für den Layer, blenden Sie die Dropdown-Liste ein, und wählen Sie den Farbverlauf Gelb-Orange-Braun (kontinuierlich).
Die Farbe des Layers ändert sich zu orange.
- Stellen Sie sicher, dass im Bereich Inhalt der Layer Storm surge 3 m ausgewählt ist. Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Raster-Layer. Legen Sie in der Gruppe Effekte die Transparenz auf den Wert 40,0 % fest.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Hurricane Sandy Inundation Zone. Ziehen Sie den Layer Storm surge 3 m über den Layer Storm surge 9 m.
Auf der Karte wird nun in Orange dargestellt, welche Teile der Stadt im Fall einer 9 Meter hohen, und in Pink, welche Teile im Fall einer 3 Meter hohen Sturmflut überflutet werden würden.
- Klicken Sie im Fenster Inhalt auf Storm surge 9 m, um den Layer auszuwählen. Klicken Sie auf die Registerkarte Raster-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Vergleichen auf Ausblenden, und erkunden Sie die Karte.
Da es in New York bereits eine Sturmflut dieser Größenordnung gab, ist es nicht komplett abwegig, für einen derartigen Fall in Zukunft vorbereitet zu sein.
- Wenn Sie fertig sind, dann klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Karte. Klicken Sie in der Gruppe Navigieren auf die Schaltfläche Erkunden, um den Modus "Ausblenden" zu beenden.
- Drücken Sie Strg+S, um das Projekt zu speichern.
In diesem Lernprogramm haben Sie einen Workflow zur Darstellung der potenziellen Ausmaße einer großen Sturmflut in New York City auf einer Karte ausgeführt. Sie haben Höhendaten abgerufen, indem Sie den Terrain-Layer aus dem ArcGIS Living Atlas Ihrer Karte hinzugefügt und die Ausdehnung des relevanten Gebiets in ein lokales Raster exportiert haben. Sie haben die Raster-Funktion Neuzuordnung verwendet, um Gebiete zu finden, die unter einer bestimmten Höhe liegen. Schließlich haben Sie die neuen Layer symbolisiert, um die überfluteten Gebiete zu visualisieren.
Da der Terrain-Bilddaten-Layer die gesamte Erdoberfläche abdeckt, könnten Sie denselben Workflow für Küstengebiete verwenden. Mit demselben Verfahren lässt sich auch der Anstieg der Meeresspiegel in einem Modell darstellen. Der Weltklimarat IPCC hat vorhergesagt, dass der Meeresspiegel bis 2100 im Durchschnitt zwischen 60 und 110 cm steigen könnte, wenn die Treibhausgasemissionen weiterhin in hohem Maße zunehmen. Wie sehen Küstenregionen in Ihrer Nähe aus, wenn Höhen unter 1,1 Metern überflutet werden? Bedenken Sie, dass die Intensität von Stürmen, die Höhen von Sturmfluten und der Anstieg der Meeresspiegel in verschiedenen Regionen unterschiedlich ausfallen.
Hinweis:
Während der in diesem Lernprogramm verfolgte Ansatz für einfache Küstenlinien geeignet ist, ergibt er bei Küstenregionen, die durch ein Deich- oder Dammsystem geschützt sind, ungenaue Überschwemmungsvorhersagen. Dies ist ebenso der Fall bei Regionen, in denen das Wasser auf Hindernisse stößt. Einen erweiterten Ansatz finden Sie im Lernprogramm Auswirkungen der Küstenüberflutung modellieren.
Weitere vergleichbare Lernprogramme finden Sie auf der Seite Introduction to Imagery & Remote Sensing.
