Aktuelle Erkenntnisse aus der Klimaforschung
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19.05.2011 Der Klimawandel und seine Auswirkungen für die Region Lausitz-Spreewald: Aktuelle Erkenntnisse aus der Klimaforschung Prof. Dr. Eberhard Schaller Lehrstuhl Umweltmeteorologie BTU Cottbus Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Brandenburg Konsequenzen für Brandenburg (Diff. zu Mittel 1961-1990): CLM B1: 2041-2070 2071-2100 1,4 K 2,2 K A1B: 2041-2070 2071-2100 2,0 K 3,0 K Unsicherkeit: ± 0,5 K Methoden zur Modellierung des Klimas 1. Extrapolation der beobachteten Trends in die Zukunft beobachteter Trend abhängig vom Mittelungsintervall, da das Erdsystem nicht im Gleichgewicht ist nur sinnvoll anwendbar für kurze Zeiträume (max. eine Dekade) 2. statistisch-dynamische Modellierung Trends aus einem globalen Klimamodell werden mit Hilfe von Beobachtungen räumlich feiner aufgelöst (‚regionalisiert‘) häufig Unterschätzung von Veränderungen in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts (ab 2060) 3. prozess-basierte regionale Modellierung explizite Beschreibung des aktuellen Wissens (einschließlich der vorhandenen Unsicherheiten) auf der Basis der Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie Modelle sind unabhängig von Beobachtungsdaten, d.h. diese können zur Bestimmung der Modellgüte verwendet werden sehr hoher Bedarf an Rechnerkapazitäten Vorgehensweise, prozess-basierte regionale Klimamodellierung Modellgebiet: • horizontale Auflösung: 0,165o x 0,165o, 257 x 271 Gitterpunkte • gedrehter Pol: 162 oW, 39,25 oN • Randzone: 8 Gitterpunkte • Auswertegebiet: 241 x 255 Gitterpunkte • vertikale Auflösung: 32 nicht äquidistante Schichten Eingabeparameter: • Sonneneinstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre • Land-Wasser-Verteilung • physikalische Eigenschaften der Landoberfläche und der oberflächen-nahen Böden • Anfangs- und Randwerte eines globalen Klimamodells (mit deutlich höherer horizontaler Auflösung) • KEIN einziger Messwert der atmosphärischen Zustandsparameter (Temperatur, Feuchte, Niederschlag …) Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Berlin (5 Gitterzellen) 14.5 14.0 Berlin, Klimaprojektion: A1B 13.5 13.0 CLM_1, bias-k. REMO_1, bias-k. CLM_2, bias-k. Beob., Tempelhof Jahresmitteltemperatur oC 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 21 Jahr Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Lindenberg (1 Gitterzelle) 13.5 Jahresmitteltemperatur oC 13.0 Region Lindenberg, Klimaprojektion: A1B CLM_1, bias-k. REMO_1, bias-k. 12.5 CLM_2, bias-k. Beob., Lindenberg 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 21 Jahr Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Berlin (5 Gitterzellen) 14.5 14.0 Berlin, Klimaprojektion: B1 13.5 13.0 CLM_1, bias-k. REMO_1, bias-k. CLM_2, bias-k. Beob., Tempelhof Jahresmitteltemperatur oC 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 21 Jahr Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Landkreise 54.0 53.5 Zehdenick Latitude oN 53.0 Angermünde Neuruppin 52.5 Potsdam Lindenberg 52.0 Cottbus Doberlug-Kirchhain 51.5 Konsequenzen für Barnim-Uckermark (Diff. zu Mittel 1961-1990): 51.0 Kreise und Städte, Brandenburg BAR HVL LOS B MOL PR LDS OHV OPR EE OSL PM TF SPN UM CB FF P BRB 50.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 CLM Longitude oE B1: 2041-2070 2071-2100 1,3 K 2,3 K A1B: 2041-2070 2071-2100 2,0 K 3,1 K Unsicherkeit: ± 0,6 K Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Landkreise 54.0 53.5 Zehdenick Latitude oN 53.0 Angermünde Neuruppin 52.5 Potsdam Lindenberg 52.0 Cottbus Doberlug-Kirchhain 51.5 Konsequenzen für Lausitz-Spreewald (Diff. zu Mittel 1961-1990): 51.0 Kreise und Städte, Brandenburg BAR HVL LOS B MOL PR LDS OHV OPR EE OSL PM TF SPN UM CB FF P BRB 50.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 CLM Longitude oE B1: 2041-2070 2071-2100 1,3 K 2,3 K A1B: 2041-2070 2071-2100 2,0 K 3,2 K Unsicherkeit: ± 0,6 K Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Lindenberg (1 Gitterzelle) 800 precipitation, decadal average mm/a 750 737.2 Lindenberg, precipitation, bias corr. CLM - A1B-1 CLM - B1-1 CLM - A1B-2 CLM - B1-2 REMO - A1B-1 REMO - B1-1 Lindenberg, 1951-2009 700 650 600 550 559.2 500 450 400 361.2 350 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 precipitation, decadal average, diff. to 1961-90 mean mm/a Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Lindenberg (1 Gitterzelle) 150 125 Lindenberg, precipitation, bias corr. CLM - A1B-1 REMO - A1B-1 CLM - A1B-2 CLM - B1-1 CLM - B1-2 REMO - B1-1 100 75 50 25 0 -25 -50 -75 ~120 mm/a -100 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -20 -25 -25 -30 -30 -35 -35 -40 -40 -45 -45 Brandenburg, (2071-2100) - (1961-1990) A1B-1 - C20-1 B1-1 - C20-1 -55 A1B-2 - C20-2 B1-2 - C20-2 -50 -50 -55 -60 -60 JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ JHR DJF MAM JJA SON Differenz der Niederschlagssumme mm/Jahr bzw. mm/Jahreszeit Differenz der Niederschlagssumme mm/Monat Auswirkungen globaler Klimaveränderungen für Brandenburg 0.0001 no rain …1 …2 …3 …4 …5 …6 …7 …8 …9 … 10 … 11 … 12 … 13 … 14 … 15 … 16 … 17 … 18 … 19 … 20 … 21 … 22 … 23 … 24 … 25 … 26 … 27 … 28 … 29 … 30 … 31 … 32 … 33 … 34 … 35 … 36 … 37 … 38 … 39 … 40 … 41 … 42 … 43 … 44 … 45 … 46 … 47 … 48 … 49 … 50 probability (density) Wahrscheinlichkeit täglicher Niederschläge, Lindenberg (beobachtet) 1.0000 1991-2000 Lindenberg 0.1000 0.0100 0.0010 daily precipitation mm/day 13 0.0001 no rain …1 …2 …3 …4 …5 …6 …7 …8 …9 … 10 … 11 … 12 … 13 … 14 … 15 … 16 … 17 … 18 … 19 … 20 … 21 … 22 … 23 … 24 … 25 … 26 … 27 … 28 … 29 … 30 … 31 … 32 … 33 … 34 … 35 … 36 … 37 … 38 … 39 … 40 … 41 … 42 … 43 … 44 … 45 … 46 … 47 … 48 … 49 … 50 probability (density) Wahrscheinlichkeit täglicher Niederschläge, Lindenberg (1 Gitterzelle) 1.0000 1991-2000 CLM, C20_1 0.1000 0.0100 0.0010 daily precipitation mm/day 14 0.0001 no rain …1 …2 …3 …4 …5 …6 …7 …8 …9 … 10 … 11 … 12 … 13 … 14 … 15 … 16 … 17 … 18 … 19 … 20 … 21 … 22 … 23 … 24 … 25 … 26 … 27 … 28 … 29 … 30 … 31 … 32 … 33 … 34 … 35 … 36 … 37 … 38 … 39 … 40 … 41 … 42 … 43 … 44 … 45 … 46 … 47 … 48 … 49 … 50 probability (density) Wahrscheinlichkeit täglicher Niederschläge, Lindenberg (1 Gitterzelle) 1.0000 1991-2000 REMO, C20 0.1000 0.0100 0.0010 daily precipitation mm/day 15 Zusammenfassung 1. Klimaprojektionen sind niemals zeitpunkt-genau. Je kürzer das betrachtete Zeitintervall ist, desto größer ist die Variabilität der einzelnen Simulationen und die Unsicherheit der Aussage. 2. Klimaprojektionen sind niemals punkt-bezogen. Ihre räumliche Repräsentativität ist bei prozess-basierten Klimamodellen (global wie regional) durch die Maschenweite des Rechengitters bestimmt. Dabei spielt zusätzlich die Größe des Modellgebiets eine Rolle: Je kleiner das Modellgebiet bei regionalen Klimamodellen ist, umso größer wird die Abhängigkeit von den Randwerten (aus dem globalen Klimamodell). 3. Gezeigt für Niederschlag: Systematische Unterschiede zwischen Beobachtung und Simulation für Monats- und Jahressummen korrigierbar. Aber: Auf allen Zeitskalen (Tag … Jahr) werden Maxima unter- und Minima überschätzt. Gründe: Maschenweite des Rechengitters, korrekte Beschreibung lokaler (kleinerskaliger) Prozesse, Randwerte (aus globalem Klimamodell) To do … berücksichtigt in Emissionsprojektionen (noch) zu kleinskalig, um in aktuellen regionalen Klimamodellen berücksichtigt zu werden!