Flussgebietsbezogene hydrometeorologische Kennwerte
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KLIWAS Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt Entwicklung von Anpassungsoptionen Referenzdaten und Klimaprojektionen: Flussgebietsbezogene hydrometeorologische Kennwerte Florian Imbery [email protected] Deutscher Wetterdienst Offenbach 3. KLIWAS Statuskonferenz, 12./13. November 2013 Aufbereitung von Klimaprojektionen & Bereitstellung von Referenzdaten Räumlich hochaufgelöste Klimaprojektionen und Referenzdaten (Regionalisierung) Evaluierung Wetterlagen in Globalen Klimamodellen Korrektur systematischer Abweichungen (Bias-Korrektur) Evaluierung der Simulationsgüte der aufbereiteten Klimaprojektionsdaten Abschätzungen der Bandbreiten (Multimodellansatz) Analyse des Extremwertverhaltens der hydrometeorologisch relevanter Parameter (Ensembleauswertung) Aufbereitung von Klimaprojektionen & Bereitstellung von Referenzdaten Tageswerte Lufttemperatur Niederschlag Globalstrahlung Rel. Feuchte Referenzdaten (Messdaten) 1951-2006 Klimaprojektionen Kontrollzeitraum Projektionszeitraum 1961-1990 2001-2100 Regionalisierung 5 km x 5 km HYRAS (Rasterdaten) 1951-2006 aufbereitete Klimaprojektionen Kontrollzeitraum Projektionszeitraum 1961-1990 2001-2100 Postprocessing Bias-Korrektur Linear Scaling Quantile Mapping Auswertung Validierung Evaluation Ensembleauswertung Klimasignale Datenabgabe Wirkmodellierung Klimaprojektionen Multimodellansatz & Emissionsszenarien Schwerpunkt SRES-A1B, möglichst viele Modellkombinationen Ensemble-Bildung: A1B-Szenario A1B • A1B-Szenario •sehr schnelles Wirtschaftswachstum • 17 Kombinationen aus 8 GCMs und unterschiedlichen •Maximum der Weltbevölkerung RCMs Mitte des 21. Jh., danach • Kontrollzeitraum: 1961-1990 abnehmend • Projektionszeitraum: 2021•schnelle Einführung effizienterer 2050 und 2071-2100 Technologien IPCC 2007 •ausgewogene Nutzung aller Dateninput: Energie-quellen • EU FP6 Integrated Project •Prognostizierte globale ENSEMBLES Erwärmung bis 2100: zwischen CERA 1,7• und 4,4(cera-www.dkrz.de) °C Klimaprojektionen Multimodellansatz GCM Emission Szenario KLIWAS-Ensemble Acht Klimaprojektionen, ausgewählt nach Schlüsselgröße „Mittlerer Abfluss“ RCM CLM run 1 REMO run 2 REMO CLM E1 ECHAM5 HIRHAM5 Ensemble-Bildung: CLM run 3 A2 A1B B1 HAD‐CM3Q16 RCP 3.0 RCP 4.5 HAD‐CM3Q3 RCP 6.0 RCP 8.5 • A1B-Szenario REMO • 17 Kombinationen aus 8 RACMO2 GCMs und unterschiedlichen RM5.1 RCMs • Kontrollzeitraum:C4I‐RCA3 1961-1990 • HAD‐RM3Q16 Projektionszeitraum: 20212050 und 2071-2100 SMHI‐RCA HAD‐RM3Q3 CLM HAD‐CM3Q0 ARPEGE BCM Dateninput: HAD‐RM3Q0 Project • EU FP6 Integrated HIRHAM5 ENSEMBLES RM5.1 SMHI‐RCA • CERA (cera-www.dkrz.de) HIRHAM5 Auswertung 1. Wie groß ist das Vertrauen in die Qualität unseres aufbereiteten Klimaprojektionsensemble? (Evaluation) Wie gut bilden die Klimaprojektionen die klimatische Realität in der Vergangenheit ab? Wie gut repräsentieren die Referenzdaten gemessene meteorologische Werte? 2. Welche Änderungen lassen uns die Ergebnisse des Klimaprojektionsensemble erwarten? (Trends und Ensembleauswertung) Welche Änderungen der mittleren klimatischen Zustände können wir erwarten? Welche Änderungen von Extremereignissen können wir erwarten? Wie groß ist die Bandbreite möglicher zukünftiger klimatischer Zustände? Evaluation HYRAS 1951-2006 Rauthe et al. 2013 Validierung der Referenzdaten Parameter Niederschlag 2.0 Temperatur 1.01 Rel. Feuchte 1.01 Niederschlag: Mittlerer absoluter Fehler ~1.5 mm/Tag (Winter) und ~2,5 mm/Tag (Sommer) Lufttemperatur; relative Feuchte: ~ Größenordnung des Messfehlers (0,1°C; 1%) Niederschlag: Mittlerer absoluter Fehler in mm/Tag (>1 mm) Unsicherheiten Q10 Q25 Q50 MAE Q75 Q90 Messnetzdichte Regionalisierung Evaluation Globale Klimamodelle Daten Zeitraum Kernaussagen 4 Reanalysen 1951‐2000 Wetterlagenbias ist unterschiedlich ausgeprägt 12 GCM Läufe Beispiel zu häufiger Tiefdruckeinfluss im Winterhalbjahr trägt zu nasseren Verhältnissen bei zu hohe Niederschläge im Winterhalbjahr Evaluation Klimaprojektionen 1961-1990 Sehr gute Ergebnisse für langjährige Mittelwerte Bias-Korrektur: Linear Scaling … Mittlere monatliche Niederschlagssummen [mm] Sommer 1961‐1990 Evaluation Klimaprojektionen 1961-1990 Sehr gute Ergebnisse für langjährige Mittelwerte Bias-Korrektur: Linear Scaling … nicht so gut für Extremwerte … 99. Perzentil Niederschlag [mm] Sommer 1961‐1990 Evaluation Klimaprojektionen 1961-1990 Sehr gute Ergebnisse für langjährige Mittelwerte Bias-Korrektur: Linear Scaling … nicht so gut für Extremwerte … … zufriedenstellend gut für viele Klima-Indizes Höchste Niederschlags‐ summe 5 Tage [mm] Sommer 1961‐1990 Klimatologische Trends HYRAS 1952 - 2005 Sommer Parameter Winter Niederschlag v2.0 Abnahme der mittleren Niederschläge Zunahme der mittleren Niederschläge +20 % ‐11 % +8 % ‐13 % ‐4 % Rauthe et al. 2013 +5 % Klimatologische Trends HYRAS 1952 - 2005 Sommer Parameter Winter Lufttemperatur v1.01 Zunahme der Temperatur Zunahme der Lufttemperatur Zunahme der Temperatur Zunahme der Lufttemperatur 1.3 1.3 1.3 1.7 1.7 1.1 Frick et al. 2014 Klimatologische Indizes HYRAS Klimatologische Kenngrößen Trockentage (<1mm) Rauthe et al. 2013 5‐Tages‐Maximum Winter > 10 mm Änderungssignale Wetterlagen Globale Klimamodelle Riediger et al. 2014 Wetterlagen ändern sich Änderungen der Wetterlagenhäufigkeiten tragen zu veränderten Niederschlagsmengen bei Winter Sommer milder, nasser wärmer, trockener mehr Starkniederschläge mehr Trockentage mehr heiße Tage Ensembleauswertung | Einzugsgebiete Absolute Änderung Lufttemperatur [°C] vs. 1961‐1990 Rhein Ta 2m nahe Zukunft (2021‐2050) Sommer Winter +1 bis +2°C +0.5 bis +2.5°C ferne Zukunft +3 bis +5°C +2 bis +5°C (2071‐2100) Ensembleauswertung | Einzugsgebiete Absolute Änderung Lufttemperatur vs.1961-1990 [°C] Sommer Winter nahe Zukunft (2021‐2050) +1 bis +2°C +0.5 bis +2.5°C ferne Zukunft (2071‐2100) +2.5 bis +4°C +2.5 bis +5°C Sommer Winter Elbe Zunahme der Lufttemperatur im gesamten KLIWAS-Gebiet, bis zu 5°C für den Zeitraum 2071-2100 Donau Sommer Winter nahe Zukunft (2021‐2050) +1 bis +2°C +0.5 bis +2.5°C nahe Zukunft (2021‐2050) +1 bis +2°C +0.5 bis +2.5°C ferne Zukunft (2071‐2100) +3 bis +5°C +2 bis +5°C ferne Zukunft (2071‐2100) +3 bis +5°C +2 bis +5°C Rhein Ensembleauswertung | Einzugsgebiete Relative Änderung Niederschlag vs.1961-1990 [%] Geringe Änderung bis Mitte des Jahrhunderts, Sommer: Abnahme der Niederschläge, Winter: Zunahme der Niederschläge für 2071-2100 Sommer Winter nahe Zukunft (2021‐2050) ‐6 bis +9 % ‐6 bis +16 % ferne Zukunft (2071‐2100) ‐24 bis ‐4 % +3 bis +23 % Sommer Winter Elbe Sommer Winter nahe Zukunft (2021‐2050) ‐10 bis +3 % ‐6 bis +11 % nahe Zukunft (2021‐2050) ‐8 bis +6 % ‐12 bis +9 % ferne Zukunft (2071‐2100) ‐32 bis ‐12 % +2 bis +24 % ferne Zukunft (2071‐2100) ‐24 bis ‐7 % ‐4 bis +23 % Rhein Donau Ensembleauswertung | Einzugsgebiete Klimaindizes Längste Periode feuchte bzw. trockene Tage Trocken- und Feuchteindizes: Schwache Änderung bis Mitte des Jahrhunderts Regional differenzierte Änderung bis Ende des Jahrhunderts für Trockenindizes Längste Feuchtperiode Längste Trockenperiode nahe Zukunft (2021‐2050) 0 bis +2 d +3 bis +7 d ferne Zukunft (2071‐2100) ‐1 bis +3 d +4 bis +14 d Längste Feuchtperiode Längste Trockenperiode Elbe Längste Feuchtperiode Längste Trockenperiode nahe Zukunft (2021‐2050) 0 bis +2 d +3 bis +7 d nahe Zukunft (2021‐2050) 0 d +0 bis +2 d ferne Zukunft (2071‐2100) ‐1 bis +3 d +4 bis +14 d ferne Zukunft (2071‐2100) 0 d +0 bis +10 d Rhein Donau Ensembleauswertung Klimaindizes Änderung Anzahl Heiße Tage [Tmax > 30°C] 2021-2050 15tes Perzentil 85tes Perzentil +5 bis +10 2071-2100 15tes Perzentil 85tes Perzentil +15 bis +25 0 bis +5 0 bis +5 +10 bis +15 +5 bis +10 +25 bis +35 [d] Ensembleauswertung Klimaindizes Änderung Anzahl Heiße Tage [Tmax > 30°C] 2021-2050 2071-2100 Karten: www.dwd.de/klimaatlas 15tes Perzentil 85tes Perzentil 15tes Perzentil 85tes Perzentil Aufbereitete Klimaprojektionsdaten, +5 bis +10 0 bis +5 Wetterlagenauswertungen und Referenzdaten 0 bis +5 verfügbar im Climate Data Center des DWD: +15 bis +25 www.dwd.de/cdc +10 bis +15 +5 bis +10 +25 bis +35 [d] Zusammenfassung Hochaufgelöste (5 km x 5 km) Beobachtungsdatensätze und aufbereitetes Klimaprojektionsensemble auf einem einheitlichen räumlichen Gitter Bereitstellung einer Vielzahl abgeleiteter Klimaindizes für verschiedene Fragestellungen Klimasignale: zum Teil starke Änderungen bis Ende des Jahrhunderts Unsicherheit in Klimaprojektionen: Aussagen über Bandbreiten Ausblick: Erweiterung des Ensembles mit neuen Projektionsläufen, basierend auf RCPs KLIWAS Ergebnisse unterstützen Untersuchungen zur Anpassung an den Klimawandel Bundesanstalt für Straßenwesen WETRAX Projekt 1.01: Flussgebietsbezogene hydrometeorologische Referenzdaten Projekt 1.02: Bereitstellung anwendungsorientierter und bewerteter Klimaprojektionsdaten Claudia Frick Annegret Gratzki Florian Imbery Alex Mazurkiewicz Joachim Namyslo Sabrina Plagemann Monika Rauthe Ulf Riediger Heiko Steiner
