Extreme Variabilität Klimaänderung

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1 1 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Swiss Federal Institute of Technology Extreme Variabilität Klimaänderung Christoph Schär Atmospheric and Climate Science, ETH Zürich 1 Anpassung an den Klimawandel, OcCC,

2 Thesen (1) Extremereignisse sind ein natürlicher Teil des Klimas, aber ihre Häufigkeit und ihr Charakter wird sich mit dem Klimawandel verändern! 2

3 Maggia Delta 3 Diese wunderbare Gegend ist duch fürchterliche Extremereignisse geformt worden! Locarno Ascona Lago Maggiore 3

4 Extremereignisse 4 Definition mit Wahrscheinlichkeitsverteilung Swiss summer temperature series cold extremes warm extremes Extremereignisse sind Ereignisse welche markant vom Durchschnitt abweichen.

5 Extremereignisse und Klimawandel 5 Swiss summer temperature series cold extremes warm extremes Ein signifikanter Klimawandel führt unausweichlich zu einer Veränderung in der Häufigkeit von Extremereignissen

6 Extremereignisse und Klimawandel 6 Swiss summer temperature series cold extremes warm extremes Ein signifikanter Klimawandel führt unausweichlich zu einer Veränderung in der Häufigkeit von Extremereignissen Zu berücksichtigen: Veränderungen von Mittel, Varianz, Schiefe, etc

7 Szenarien für Hitzewellen Anzahl Tage pro Sommer mit gefühlter Temperatur 40.6 C (Grenzwert für gesundheitliche Risiken) Dramatische Zunahme im Mittelmeerraum (Flusstäler und Küsten) Fischer and Schär 2010, Nature Geoscience, ENSEMBLES, mean of 6 models, scenario A1B

8 Betroffene Flusstäler Tejo Ebro Rhone Po Tiber Danube Geographisches Muster ist robust (verschiedene Modelle und Gesundheits-Indizes), aber Amplitude ist Modellabhängig. Betroffene Regionen Betroffene Städte Lisbon Seville Cordoba Marseille Milan Roma Napels Budapest Belgrade Bucharest Thessalonica Athens 8 Anzahl Tage pro Sommer Temperatur 40.6 C (Grenzwert für gesundheitliche Risiken) (Fischer & Schär, 2010, Nature Geoscience)

9 Thesen (1) Extremereignisse sind ein natürlicher Teil des Klimas, aber ihre Häufigkeit und ihr Charakter wird sich mit dem Klimawandel verändern! 9 (2) Mit dem Klimawandel verlieren wir die Vergangenheit als Massstab für die Zukunft.

10 Dimensionierung damals und heute Damals: Überlieferung subjektiv nutzen. Reserve geben. Hoffen. Rechnen statt beten (BR Moritz Leuenberger) Heute: Daten quantitativ nutzen. Brücke so dimensionieren, dass sie z.b. einem 100-jährigen Ereigniss standhalten kann. 10

11 Thesen (1) Extremereignisse sind ein natürlicher Teil des Klimas, aber ihre Häufigkeit und ihr Charakter wird sich mit dem Klimawandel verändern! 11 (2) Mit dem Klimawandel verlieren wir die Vergangenheit als Massstab für die Zukunft. (3) Anpassung wird unerlässlich! Berücksichtigung des Klimawandels notwendig!

12 Szenarien für Klima und Klimafolgen 12 A2 Cologne A1B Kaub Trier Frankfurt a. M. Worms Rockenau RCP3PD Rheinfelden Brugg Diepoldsau High & Alpine Rhine Moselle Neckar Main Upper & Middle Rhine Water bodies Sub-basin boundaries Rain gauges Runoff gauges CH2011 Report,

13 13 Europäisches Niederschlagsklima! Winter! wet day fre! ENSEMBLES, Scenario A1B, 10 models, vs (Jan Rajczak et al., submitted) mean! intensity! Sommer! wet day fre! ratio SCEN/CTRL! mean! 90th percentile! 5 yr events! - Qualitative Übereinstimmung der Modelle:! - Zunahme (Abnahme) im Norden (Süden)! - Abhängigkeit von Jahreszeit.! intensity! 90th percentile! 5 yr events!

14 Veränderung der Starkniederschläge! Winter! wet day fre! ENSEMBLES, Scenario A1B, 10 models, vs (Jan Rajczak et al., submitted) 5 yr events! 90th percentile! mean! WD int! Sommer! Nord/Süd Gradient! mean! wet day fre! ratio SCEN/CTRL! Zunahme der Extreme in meisten Regionen! 5 yr events! 90th percentile! WD int! 14

15 Thesen (1) Extremereignisse sind ein natürlicher Teil des Klimas, aber ihre Häufigkeit und ihr Charakter wird sich mit dem Klimawandel verändern! 15 (2) Mit dem Klimawandel verlieren wir die Vergangenheit als Massstab für die Zukunft. (3) Anpassung wird unerlässlich! Berücksichtigung des Klimawandels notwendig! (4) Unsicherheiten sind teuer!

16 Bemessung im Kontext von Starkniederschlägen 16 Illustration der Methodik (Nordostschweiz, Herbst): 1-tägige Starkniederschläge Schätzung der Verteilung mit GEV (generalized extreme value theory) Schätzung der Unsicherheit mittels Bootstrapping Beobachtungen [ ] CTRL [ ] SCEN [ ] CTRL [ ] SCEN [ ] Precipitation [mm/d] Schutz gegen 50-jähriges Ereigniss mit 95% Sicherheit Return period [years] Return period [years] Return period [years] Rajczak et al., submitted, ENSEMBLES Scenario A1B, 10 models

17 Bemessung im Kontext von Starkniederschlägen 17 Illustration der Methodik (Nordostschweiz, Herbst): 1-tägige Starkniederschläge Schätzung der Verteilung mit GEV (generalized extreme value theory) Schätzung der Unsicherheit mittels Bootstrapping Beobachtungen [ ] CTRL [ ] SCEN [ ] CTRL [ ] SCEN [ ] Precipitation [mm/d] Schutz gegen 50-jähriges Ereigniss mit 95% Sicherheit Return period [years] Return period [years] Return period [years] Rajczak et al., submitted, ENSEMBLES Scenario A1B, 10 models

18 Unsicherheiten sind teuer Resultate for Alpensüdseite, 1-Tages Niederschläge, Frühjahr 18 MAM Protection levels Precipitation [mm/d] OBS [ ] CTRL [ ] SCEN [ ] SCEN [ ] CTRL [ ] OBS [ ] Zunahme der Unsicherheit ist viel grösser als projizierte Veränderung Zunahme der Unsicherheit hat zwei Ursachen: Return period [years] Verwendung von Modellen anstelle von Beobachtungen (Modell-Unsicherheit) Bessere Berücksichtigung der dekadischen Variabilität. Wurde früher unterschätzt. (Pfister et al. 1984, 1999; Schmocker-Fackel and Naef 2010; Glur et al. 2012; Deser et al. 2012) Rajczak et al., submitted, ENSEMBLES Scenario A1B, 10 models

19 Fazit 19 Der Klimawandel ist im Gange und wird die Häufigkeit und den Charakter der Extremereignisse verändern. Anpassung an Klimawandel wird unerlässlich. Mit dem Klimawandel verlieren wir die Vergangenheit als Massstab für die Zukunft. Methodik zur Dimensionierung / Bemessung im Kontext des Klimawandels ist erst teilweise vorhanden. Unsicherheiten sind teuer! Nehmen zu aufgrund von - Klimaszenarien - Klima- und Impactmodellen - natürlicher Klimavariabilität

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