Klima(wandel) und Enegie(wende) Aktivitäten des Deutschen Wetterdienstes

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1 Hannover, EnerKlim - Auftaktveranstaltung Klima(wandel) und Enegie(wende) Aktivitäten des Deutschen Wetterdienstes Guido Halbig Leiter der Niederlassung Essen Deutscher Wetterdienst

2 Klimaschutz Reduktion der Treibhausgase Energiewende Vorgaben der Bundesregierung keine Energieerzeugung aus Kernkraft nach 2020 Reduktion der Treibhausgasemissionen um 40% gegen-über 1990 bis 2020 Bis 2020 Verdoppelung der Energieproduktion durch erneuerbare Energien (Nationaler Aktionsplan NREAP 2020) mindestens 80% erneuerbare Energien Metropolregion 100 % erneuerbare Energien bis 2020 bis 2050 Entwicklung der regenerativen Energien im Klimawandel Tägliche Prognose des Energieangebotes

3 Dualität Klimaschutz Anapassung an den Klimawandel DAS Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel

4 DAS Monitoringbericht 2015

5 das zukünftige Klima 0,3 bis 4,8 Anstieg des globalen Jahresmittels der Oberflächentemperatur (in Kelvin) bis Ende des Jahrhunderts bis 2100 im Vergleich zu 1986 bis Wahrscheinlichkeit >= 66 %

6 IPCC, Beitrag der WG I zum 5. Assessment Report: Die physikalisch wissenschaftliche Basis Zusammenfassung für die politischen Entscheidungsträger Human influence on the climate system is clear. This is evident from the increasing greenhouse gas concentrations in the atmosphere, positive radiative forcing, observed warming, and understanding of the climate system. Der Einfluss des Menschen auf das Klimasystem ist eindeutig.

7 news **** UN Klimagipfel 23. September Weltklimarat IPCC Struktur aktuelle Ergebnisse

8 Klimaprojektionen für Deutschland Spannweite der möglichen Temperaturen

9 Warum Ensembles? Ensembles = Zusammenschau verschiedener Rechenläufe zur Abschätzung der Bandbreite der Ergebnisse Rechenlauf Rechenläufe verschiedene Modelle verschiedene Emissionsszenarien ein Model (verschiedene Anfangsbedingungen) Zeit

10 Klimaprojektionen für Deutschland Ensembles - Perzentile

11 Der Klimawandel in der Stadt Ensembletechnik - Perzentile Wert, z.b. Temperatur [ C] 4,6 C 3,3 C 1,8 C 85 % der Datenmengenwerte unterschreiten diesen Wert 50 % der Datenmengenwerte unterschreiten diesen Wert 15 % der Datenmengenwerte unterschreiten diesen Wert % % 20 % 30 % % 50 % 60 % % 80 % 90 % 100 % Perzentil Perzentil Perzentil Ein Perzentil teilt die Datenmenge in Anteile. Beim 50. Perzentil sind 50% der Zur Werte Ermittlung kleiner und von 50% Perzentilen sind größer. werden Beim die 85. Werte Perzentil der Größe sind nur nach 15% sortiert. der Werte größer. Mit Perzentilen können z.b. Extremwertschwellen definiert werden. Deutscher Nürnberg, 4. Juli Folie

12 Veränderung von Parametern Wind Wind Nordsee/Deutsche Bucht Wind Nordsee/Deutsche Bucht Jahresempfang, Offenbach November

13 Veränderung von Parametern Wind Wind Nordsee/Deutsche Änderung Bucht der mittleren Windgeschwindigkeit Wind Nordsee/Deutsche Bucht vs Projektionen Winter Änderung der mittleren Windgeschwindigkeit vs Projektionen Winter % % Jahresempfang, Offenbach November

14 Temperaturextreme Entwicklung der Überschreitungswahrscheinlichkeit 10- (1), 20- (2) und 100-tägiger (3) Höchsttemperaturanomalien bis 2100 im Sommer (JJA) Zunahme um den Faktor 4 (1) Multi-Modell-Mittelwert (CLM-Konsortial, REMO-UBA, WettReg2010) 6 (2) Die extremsten Ereignisse werden am stärksten zunehmen (3) 10 14

15 IPCC, 5. Assessment Report: Klimaprojektionsrechnungen erste Auswertungen für den Raum Europa: Veränderung der Anzahl der Tage mit Starkregen d/a Die Farben kennzeichnen verschiedene Ensembles aus Globalmodell - Regionalmodell vorläufig

16 Present Bezug zur Energie(wende) auf allen Skalen climatology weather climate weather forecasts climate forecasts climate projections Past Future short / medium range 1 15 days monthly to seasonal 2 weeks 18 months decadal forecast 18 months 30 years ressource management design expertises market trading production trading options optimisation of maintenance stock management power plant maintenance planing

17 Rolle des DWD in der Energiewende Projekt EVeLine Projekt EWeLine Kooperation von Meteorologie und Energiewirtschaft Verbesserung der Leistungsprognosen von EE-Einspeisung (Zeithorizont 0 bis 96 Stunden) E W e L i n e Erstellung innovativer Wetter- Leistungsprognosemodelle für die Netzintegration wetterabhängiger Energieträger = EWeLine Erstellung neuer Prognoseprodukte für die Netzintegration von EE-Leistung (Wind und Sonne) in Deutschland E W e L i n e Entwicklung und Umsetzung von zuverlässigen probabilistischen Prognosewerkzeugen morgen

18 Energiemeteorologie Forschungsprojekte EWeLiNE o 4 Jahre (12/ /2016) o 13 Mitarbeiter am DWD o o Ziel: Verbesserte Vorhersagen für den Folgetag (Wind+Solar) Schwerpunkte: Datenassimilation, Modellphysik, Ensemblegenerierung, Model Output Statistics, Produktentwicklung ORKA o 3 Jahre (8/ /2015) o o o 2 Mitarbeiter am DWD Ziel: Verbesserte Vorhersagen für den Kurzfristbereich von 0-12h (Wind + Solar) Schwerpunkte: Modellphysik und Ensemblegenerierung

19 F&E Schwerpunkte Datenassimilation Besserer Anfangszustand des Modells durch Integration neuartiger Beobachtungsdaten Modellphysik Verbesserte Beschreibung der sub-gridskalige Prozesse Ensembleprognosen Verlässlichere Aussagen durch optimierte Ensembleprognosen und neue Produkte Erhöhter Nutzen der Vorhersagen durch bessere Integration der Produkte in Entscheidungsmechanismen Entwicklungen in enger Kooperation mit Leistungsprognosedienstleistern und Stromnetzbetreibern

20 Fehleranalyse Abhängigkeit zum vorherrschenden Wetter? 100 Tage mit den größten Leistungsprognosefehlern für den Folgetag wurden extrahiert: Wind ( ) und Photovoltaik ( ) Synoptische Auswertung: wie war das Wetter an diesen Tagen? Wind Photovoltaik Carmen Köhler, Andrea Steiner, DWD

21 Verbesserte Windvorhersagen Tagesgang der Grenzschicht (im Sommer) beeinflusst der Windprofil Fokus auf Wind in Nabenhöhe (ca. 100m) Nichtlinearer Zusammenhang zwischen Wind und Windleistung Windprofil Abbildung nach Stull, R.B., 1988: An Introduction to Boundary Layer Meteorology Windleistung Quelle:

22 Verbesserte Windvorhersagen Low Level Jet in 125m Höhe Alt Einfluss von Modifikationen im Turbulenzschema Observations operated by: Meteorologisches Observatorium Lindenberg DTU Wind Energy Andrea Steiner, DWD, EWeLiNE

23 Verbesserte Windvorhersagen Low Level Jet in 125m Höhe Modifikationen im Turbulenzschema turb_mod Geänderte Turbulenzparameter führen zu erhöhte Windgeschwindigkeiten (nachts) Andrea Steiner, DWD, EWeLiNE

24 Produktentwicklung Produkte zur Erkennung von kritischen Wettersituationen Motivation Wetterinformation zu verwenden, insbesondere die Ensemblevorhersage (EPS)! Wind: Tiefdruckerkennung, Photovoltaik: Hochnebelerkennung Zyklonenerkennung + EPS Mean + EPS Spread Kritisches Event im Warngebiet & Information COSMO-DE-EPS Zyklone oder (Hoch-) Nebel im Warngebiet Isabel Metzinger und Andrea Steiner, DWD, EWeLiNE Kein Hinweis auf Zyklone oder (Hoch-)nebel

25 Veränderung: Biomasse (Kornreife) PAST MEAN Trend of Soil Temperature Biomasse FUTURE MEAN Trend of Corn Maturity (% total dry matter) Zunahme der Temperatur steigert die Biomasse-Produktion EXTREME Aber: Das Wachstumspotential ist EXTREME begrenzt (Trockenheit, Hitzeschäden) Extreme Years in Corn Maturity Changes in Total Dry Percentile 50. Percentile 85. Percentile Matter 19 regional Climate modells (A1B) vs

26 Energiebedarf am Beispiel Paris heute und in Zukunft Bis Ende des Jahrhunderts nimmt in Paris im Mittel der Kühlbedarf geringer zu als der Heizbedarf abnimmt. Heizenergiebedarf [ kwh / m 2 / Jahr] Atelier Parisien d Urbanisme, 2007, Quelle: Lemonsu et al.,

27 Meteorologische Risiken November 2011 Summer 2003 continuous calm & cloudy autumn weatherv snow- & ice crash conduction loss due to heat mean wind: 2,6 m/s mean wind: 2,0 m/s

28 Meteorologische Risiken - critical weather situations in day-to-day business critical weather situations restricted availability of suitable observations frontal passage (ramps) intensity, location (timing) example: October 12, 2013) 14:00 UTC small scale low pressure systems intensitiy, location (timing) pronounced cycle of Boundary Layer convective events fog/low stratus Most critical when both wind and radiation are difficult to predict Source:

29 Der Klimawandel schreitet in Deutschland weiter voran Auch die Parameter, welche die Erneuerbaren Energien beeinflussen, verändern sich Die Aussagegüte der verschiedenen Parameter (Temperatur, Wind, Sonnenschein) ist sehr unterschiedlich und mit (großen) Unsicherheiten verbunden Die Wissenschaft arbeitet daran, im Kurzfristbereich die Vorhersagen zu verbessern und Methoden anzubieten (Ensembles, Perzentile) zur Die (wissenschaftlichen) Informationen müssen verständlich sein und allen Beteiligten (Energiewirtschaft, Politik, Bürger) zur Verfügung stehen

30 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit