Validierung. Validierung

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1 Validierung 20-Jahresmittel der 2m-Jahresmitteltemperatur Böhm (PIK), DWD CCLM CRU (Europa, hochaufgelöst) Validierung Bias der 2m-Jahresmitteltemperatur Böhm (PIK), DWD CCLM CRU (Europa hochaufgelöst)

2 Validierung Bias des Flächengemittelten Mittleren Jahresganges der 2m-Temperatur , NEL-Region Böhm (PIK), DWD Validierung 20-Jahresmittel der Jahres-Niederschlagssumme Böhm (PIK), DWD CCLM CRU (Europa, hochaufgelöst)

3 STAR (PIK) STAR ist ein statistisch basiertes regionales Klimamodell. Mit Clusterverfahren wird ein Zusammenhang zwischen großräumigen Klimainformationen und den langjährigen Messreihen an den Klimastationen des DWD hergestellt. Dabei ist die Temperatur die Leitgröße, aus der sich alle anderen meteorologischen Größen berechnen. Aus dem übergeordneten GCM wird nur der Temperaturtrend übernommen. Der Vorteil ist, dass systematische Fehler aus dem globalen Modell auf ein Minimum reduziert werden. STAR (PIK) Entwicklung von Szenarien im Statistischen Regionalisierungsmodell STAR

4 WETTREG (CEC) WETTREG (wetterlagenbasierte Regionalisierungsmethode) fällt in die Klasse der statistisch empirischen Verfahren. In WETTREG werden 40 Klima- und 32 Niederschlagsklassen eingesetzt. Für jede Jahreszeit werden zehn Wetterlagen für das Temperatur- und acht für das Niederschlagsregime unterschieden. Aus den Wetterbeobachtungen kann die Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Wetterlagen berechnet werden. Die über einen Zufallsgenerator erzeugte Aneinanderreihung von Wetterlagen wird, zusätzlich zu den Häufigkeiten, durch Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wetterlagen gesteuert. Zur Prognose der zukünftigen Wetterlagen werden die geänderten Auftretenswahrscheinlichkeiten anhand der GCM-Prognosen ermittelt und dann als Basis für die Prognose übernommen. RCMs - Anwendungen Modellentwicklung und Validierung - Perfect Boundary Condition -Experimente - über 20 RCMs weltweit im Einsatz - viele unterschiedliche Gebietsgrößen und Auflösungen ( km) Prozessstudien - Land-Atmosphäre Wechselwirkungen, topographische Effekte - Zyklogenese, - tropische Stürme, Hurrikane - regionale Hydrologie und Energiebilanzen Studien zum Klimawandel - Regionale Signale, Variabilität und Extrema Paleoklima-Studien Regionale Klimakomponentenkopplung - Chemie/Aerosol Atmosphäre (Aerosoleffekt im Klimasystem) - Ozean/Meer Eis-Atmosphäre - Biosphäre Atmosphäre Jahreszeitenvorhersage Impaktstudien

5 Niederschlagsverteilung in Deutschland rot: weniger Veränderung bis 2050 Differenz der Jahressummen des Niederschlags ( ) ( ) A1B Szenario, ECHAM5 Statistisches Regionalmodell STAR sehr unsicher! 20 bis 30% geringere Sommerniederschläge bis 2100 Christensen und Christensen (2003) Werner und Gerstengarbe (2007) Niederschlagsprognosen für Deutschland zum Jahrhundertende Änderung ( ) / ( ) in % Sommer Winter A1B Szenario Muster sehr unsicher von D. Jacob MPI ECHAM/REMO

6 Modellvergleich: Anzahl der Sommertage Becker, DWD Temperaturprognosen für das 21. Jh Globalmodell: ECHAM5 (Max-Planck-Institut, HH) Regionalmodell: CosmoCLM (GKSS) Temperatur [ C] Jahresmitteltemperaturen für die Region Lüneburg 2001 bis 2100 Modell (CLM) A1B Modell (CLM) B1 geglättet, "Cold bias"-korrigiert Jahr zwei Szenarien: A1B (gemäßigt, ökonomisch orientiert) B1 (umweltorientiert, grün )

7 Sommerniederschlag Differenz in % zwischen und (HIRHAM RCM; A-2 Szenario) Sommerniederschlag Extremer täglicher Niederschlag Christensen and Christensen, Nature, % Veränerung Sommerniederschläge Europa - Zukunft A2 B2 global: HadAM regional: RCAO A2 B2 global: ECHAM5 regional: RCAO ; prozentuale Änderung zum Mittel Grafik: J. Bhend

8 Winterniederschläge Europa - Zukunft A2 B2 global: HadAM regional: RCAO A2 B2 global: ECHAM5 regional: RCAO ; prozentuale Änderung zum Mittel Grafik: J. Bhend Ein Blick auf den Mittelmeerraum Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts A2 minus Referenz Abdus Salam ICTP Regionalmodell RegCM3, 14 km in 50 km in HadAM3H Diffenbaugh et al. GRL (2007)

9 Ein Blick auf den Mittelmeerraum B2 minus A2 Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts Abdus Salam ICTP Regionalmodell RegCM3, 14 km in 50 km in HadAM3H Diffenbaugh et al. GRL (2007) Wärmestress im Mittelmeerraum heute Wärmebelastung (Hitze plus Feuchte) Anzahl der Tage die als gefährlich oder extrem gefährlich eingestuft werden (Wärmeindex größer als 105) Änderung mit Klimawandel Szenario A2 F. Giorgi - Diffenbaugh et al. GRL (2007)

10 Stadtklima Simulierte Temperaturen für die Jahre Mindesttemperatur an den 18 heißesten Tagen im Jahr (in C) Opt. Szenario Pess. Szenario Gemessene Werte* Paris 33,7 35,0 26,9 Prag 32,2 34,1 27,7 Zürich 30,1 31,9 26,9 Bukarest 41,1 42,8 31,3 Rom 41,3 42,8 31,3 Valencia 39,4 40,2 29,9 Athen 42,8 44,9 32,9 Isparta 38,1 39,9 31,8 Tel Aviv 41,5 42,7 30,1 Algier 45,1 46,4 32,8 Diffenbaugh et al. GRL (2007) *gemessene Werte Ski und Rodeln schlecht Gleitendes 30-Jähriges Mittel Schneehöhe (in m Wasseräquivalent) für das A1B Szenario

11 Saisonaler Niederschlag in den Alpen Martin Beniston, Genf (2007) Extreme Niederschläge in den Alpen HIRHAM RCM Anzahl der Ereignisse Oberhlb des 99% Quantils Ereignisse 127 Ereignisse 141 Ereignisse (B2) (A2) Winter Frühling Sommer Herbst Beniston, 2006, Geophys. Res. Letters

12 Beispiel: Sturmfluten Antrieb A2 - CTL: Windgeschwindigkeit aus Regionalmodellen 6-stündlich, DJF; Westwind HIRHAM Projektion für 2085 RCAO bis zu 80 cm höher + Wellenhöhe Woth, persönliche Mitteilung

13 Ökosysteme und Wasser Existierende Aerosole und Gase Wolken Aerosolbildung und -wachstum Wolkenkondensationskerne Spurengasemissionen primäre organische Aerosol - emissionen Wasser Energie Niederschlag nasse Deposition von C, S, N Temperatur Strahlung Beispiel: Chemietransportmodellierung Meteorologie MM5 COSMO-CLM Emissionen CTM-CMAQ Gasphasenchemie Aerosolchemie Wolkenchemie Transport eigenes PAH Modul Eigenes Modul baut auf offene Quellen auf (Modifiziertes Smoke ) spezielles Modul - Schiffsemissionen

14 Modelgebiet 30 vertikale Schichten 100 hpa Ergebnisse am Aerosol Beispiel: Benzo(a)pyren über Europa Konzentration am Boden Nasse Deposition Jahresmittel 2000 (54 km Gitter) 1990, 1995, 2000, 2001, 2003 (2007, 2008) Summe für 2000 (18 km Gitter)

15 bis S(f) UU 1x10 4 Windgeschwindigkeit, Lindenberg, 518 m, M80 1x10 3 1x10 2 1x10 1 1x10 0 1x10-1 1x10-2 PBL profiler EURAD FUB GKSS_MM5 GKSS_CosmoCLM IFT MeteoSwiss_a UH_WRF 1x Periode [Std.] Schiffsemissionen, Nährstoffe und Klima die Zukunft? Albedoerhöhung? direkter Effekt CCN Schwefel - Aerosol.:..:..:..:..:..:..:..:. Aerosole aus Schiffsemissionen.:..:..:..:. SO 2 NO 2 N, S - Deposition DMS g DMS Plankton - DMSP

16 Zusammenfassung RCMs sind wichtige Werkzeuge für Klimaprozessstudien und Klimawandelstudien auf der regionalen Skala RCMs werden besser - bessere Modelle und bessere Antriebe (hochaufgelöste Beobachtungsdaten werden zur Validierung benötigt) Topographisch angetriebene räumliche Klimasignale werden gut wiedergegeben (Klimasignale zeigen oft durch topografische und andere Oberflächeneinflüsse bedingte kleinskalige Struktur) RCMs simulieren gut die jahreszeitliche Variabilität in LBC-Studien mit GCMs aber garbage in garbage out RCMs verbessern Simulationen zu Extremereignissen (hier ist noch einiges zu tun) RCM Simulationen lassen sich gut für Impaktstudien verwenden. Ensembles! Perspektive - Computing Rechner werden schneller! Speicherkapazität erhöht sich! Ranger GCM-Auflösung wird feiner (Investition auch in Erdsystemaspekte) RCM-Auflösung wird feiner (< 10 km angestrebt, Konvektion!) Längere Läufe, Ensembles Kopplung mit Ozean, Hydrologie, Eisdynamik, Biosphäre Gasphasen- und Aerosolchemie Two-way nesting! IPCC AR5: mehr RCMs regionale Erdsystemmodelle

17 Vielen Dank für Ihr Interesse!