Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen

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1 Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen Douglas Maraun Institut für Geographie Justus-Liebig-Universität Gießen 14. September 2009, Gießen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 1 / 35

2 Übersicht Motivation Klimawandel - ein Überblick Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 2 / 35

3 Übersicht Motivation Klimawandel - ein Überblick Der Blick zurück Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 2 / 35

4 Übersicht Motivation Klimawandel - ein Überblick Der Blick zurück Der Blick nach vorn Ensembles Systematische Modellfehler Unterschiede in den Modellprojektionen Das ENSEMBLES Projekt Stellungnahmen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 2 / 35

5 Übersicht Motivation Klimawandel - ein Überblick Der Blick zurück Der Blick nach vorn Ensembles Systematische Modellfehler Unterschiede in den Modellprojektionen Das ENSEMBLES Projekt Stellungnahmen Zusammenfassung Take Home Messages Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 2 / 35

6 Motivation Klimawandel - ein Überblick Motivation Klimawandel - ein Überblick Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 3 / 35

7 Motivation Klimawandel - ein Überblick [ Beobachtete Klimaerwärmung Globale Mitteltemperatur: Hessen, Trend (INKLIM Abschlussbericht): Frühling 1.1 C 0.9 C gegenüber globalen 0.7 C Sommer 1.0 C Herbst 0.2 C Winter 1.6 C Jahr 0.9 C Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 4 / 35

8 Motivation Klimawandel - ein Überblick [ Globale Temperatur-Projektionen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 5 / 35

9 Motivation Klimawandel - ein Überblick [ Projektionen für Europa Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 6 / 35

10 Der Blick zurück Der Blick zurück Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 7 / 35

11 Wetterstationen des DWD Überblick Der Blick zurück Der DWD verfügt über: 531 Stationen mit Temperatur- und Feuchtemessung 220 Stationen mit Messung des Luftdruckes 2022 Stationen mit Niederschlagsmessung 295 Stationen mit Windmessung (56 davon sind in das Sturmwarnnetz integriert) 311 Stationen mit Messung der Sonnenscheindauer Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 8 / 35

12 Der Blick zurück Wetterstationen des DWD Bodentemperatur (links), Niederschlag (rechts), täglich, meist seit 1958 Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 9 / 35

13 Der Blick zurück Interpolierte (gerasterte) Daten 1km x 1km, montlich (für Niederschlag auch täglich, aber kostenpflichtig) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 10 / 35

14 Der Blick zurück Reanalyse Daten Kombination eines Wettervorhersagemodells mit Messdaten National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA): NCEP: , 6-stündlich, 2,5 x 2,5 Grad European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF): ERA40: , 6-stündlich, 2.5 x 2.5 Grad ERA Interim: , 6-stündlich, 1.5 x 1.5 Grad Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 11 / 35

15 Der Blick nach vorn Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 12 / 35

16 Der Blick nach vorn Regionalisierung (Downscaling) Gegeben: Globales Klimamodell, gesucht: lokales Klima Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 13 / 35

17 Dynamisches Downscaling Modelliere die Physik der Atmosphäre Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 14 / 35

18 Dynamisches Downscaling Modelliere die Physik der Atmosphäre Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 14 / 35

19 Dynamisches Downscaling Modelliere die Physik der Atmosphäre Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 14 / 35

20 Dynamisches Downscaling Modelliere die Physik der Atmosphäre Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 14 / 35

21 Dynamisches Downscaling Modelliere die Physik der Atmosphäre Der Blick nach vorn Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 14 / 35

22 Der Blick nach vorn Statistisches Downscaling Nutze statistische Zusammenhänge zwischen großen und kleinen Skalen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 15 / 35

23 Der Blick nach vorn Statistisches Downscaling Nutze statistische Zusammenhänge zwischen großen und kleinen Skalen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 15 / 35

24 Der Blick nach vorn Statistisches Downscaling Nutze statistische Zusammenhänge zwischen großen und kleinen Skalen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 15 / 35

25 Der Blick nach vorn Statistisches Downscaling Nutze statistische Zusammenhänge zwischen großen und kleinen Skalen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 15 / 35

26 Der Blick nach vorn Statistisches Downscaling Nutze statistische Zusammenhänge zwischen großen und kleinen Skalen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 15 / 35

27 Der Blick nach vorn [ Projektionen vs. Vorhersagen Vorhersagen: Vorhersagen versuchen die wahrscheinlichste Entwicklung des Klimasystems in der Zukunft vorherzusagen Projektionen Projektionen beschreiben die Reaktion des Klimasystems auf einen möglichen externen Antrieb (Szenario) und vernachlässigen dabei natürliche interne Schwankungen und Wetter Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 16 / 35

28 Der Blick nach vorn REMO UBA - 10km x 10km, täglich Temperaturänderung, A1B, vs , Winter (links) und Sommer (rechts) (Quelle: MPI-MET) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 17 / 35

29 Der Blick nach vorn REMO UBA - 10km x 10km, täglich Temperaturänderung, A1B, vs , Winter (links) und Sommer (rechts) Achtung! Klimamodelle simulieren EINE mögliche Zukunft, KEINE Vorhersage. (Quelle: MPI-MET) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 17 / 35

30 Der Blick nach vorn REMO UBA - 10km x 10km, täglich Temperaturänderung, A1B, vs , Winter (links) und Sommer (rechts) Achtung! Klimamodelle simulieren EINE mögliche Zukunft, KEINE Vorhersage. Deshalb 4-9 Gitterpunkte mitteln, 30 Jahre mitteln (Quelle: MPI-MET) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 17 / 35

31 Der Blick nach vorn REMO UBA - 10km x 10km, täglich Niederschlag, A1B, vs , Winter (links) und Sommer (rechts) ACHTUNG: 4-9 Gitterpunkte mitteln, 30 Jahre mitteln (Quelle: MPI-MET) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 18 / 35

32 Der Blick nach vorn Wettreg Temperaturänderung, A1B, vs , Jahresmittel Geschätzt an Messstationen, interpoliert. (Quelle: UBA 2007) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 19 / 35

33 Der Blick nach vorn Wettreg Niederschlagsänderung, A1B, vs , Winter (links), Sommer (rechts) Geschätzt an Messstationen, interpoliert. (Quelle: UBA 2007) Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 20 / 35

34 Zwek Der Blick nach vorn Projekt des DWD zum Regionalisierungsvergleich: REMO CLM WETTReg STAR Bis jetzt allerdings nur saisonale Ergebnisse. NB: Es gibt noch unzählige andere statistische Downscaling Verfahren als Alternativen zu WETTReg oder STAR. Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 21 / 35

35 Ensembles Systematische Modellfehler Ensembles Systematische Modellfehler Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 22 / 35

36 Ensembles Systematische Modellfehler [ Niederschlag, 5 Jahres Wiederkehrwerte (Sommer) Verschiedene Modelle unterscheiden sich systematisch Es gibt kein bestes Modell Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 23 / 35

37 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 24 / 35

38 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Unterschiedliche Projektionen für Starkniederschläge Änderungen gegenüber ; DJF: Winter, JJA: Sommer Je nach Modell und Anfangswerten werden unterschiedliche Trends vorausgesagt Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 25 / 35

39 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Unterschiedliche Projektionen für Starkniederschläge Änderungen gegenüber ; DJF: Winter, JJA: Sommer Je nach Modell und Anfangswerten werden unterschiedliche Trends vorausgesagt Es ist nicht klar, ob extreme Sommerniederschläge in Hessen zuoder abnehmen werden. Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 25 / 35

40 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen [ Ausweg: wo sind Änderungen robust? Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 26 / 35

41 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Ensemble Projektionen Beispiel: Projektionen von Niederschlagstrends 5% 0% 5% 10% Trend Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 27 / 35

42 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Ensemble Projektionen Beispiel: Projektionen von Niederschlagstrends 5% 0% 5% 10% Trend Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 27 / 35

43 Ensembles Unterschiede in den Modellprojektionen Ensemble Projektionen Beispiel: Projektionen von Niederschlagstrends Kombination von Modellen Quantifizierung von Unsicherheiten 5% 0% 5% 10% Trend Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 27 / 35

44 Ensembles Das ENSEMBLES Projekt Ensembles Das ENSEMBLES Projekt Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 28 / 35

45 Ensembles Das ENSEMBLES Projekt [ ENSEMBLES: Ziele, Partner und Modelle Projekt der EU im 6th Framework Programme Entwicklung eines Ensemble Vorhersagesystems QUANTIFIZIERUNG VON UNSICHERHEITEN Research Theme 3: Regionale Klimamodelle Partner: DMI, KNMI, SMHI, MetOffice, Meteo France, MPI-Met, CHMI, ETHZ, GKSS, ICTP, INM, Met.No,... ERA40 getriebene Läufe von 13 regionalen Klimamodellen (u.a. REMO) Transiente Läufe oder 2100 von 3 globalen Klimamodellen gekoppelt mit 10 regionalen Klimamodellen Viele dieser Läufe in 25km Auflösung Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 29 / 35

46 Ensembles Stellungnahmen Ensembles Stellungnahmen Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 30 / 35

47 Ensembles Stellungnahmen [ IPCC zu Ensembles Ein Großteil der Ergebnisse des AR4 basiert auf sogenannten Multi Model Ensembles, um Unsicherheiten zu quantifizieren. Aus den Guidance Notes for Lead Authors of the IPCC Fourth Assessment Report on Addressing Uncertainties : Use of scenarios spanning a plausible range, clearly stating assumptions, limits considered, and subjective judgments. Ranges from ensembles of model runs. Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 31 / 35

48 Ensembles Stellungnahmen [ Deutsche Klimaanpassungsstrategie Aus der Deutschen Klimaanpassungsstrategie (beschlossen vom Bundeskabinett am ): Aus dieser Ensembleauswertung lassen sich einigermaßen robuste Aussagen zu Veränderungskorridoren ableiten. Hieraus wird die Empfehlung abgeleitet, bei künftigen Planun-gen, bei denen der Bund - aber auch andere Akteure - zu erwartende Chancen und Risiken des Klimawandels bewerten müssen, diese Bewertungen nicht auf einzelne Szenarien oder Modelle abzustützen, sondern die Spannbreite künftiger klimatischer Entwicklungen, die sich aus der Analyse verschiedener Emissionsszenarien und einer Vielzahl von Klimamodellen ergibt, einschließlich deren Unsicherheiten, zu berücksichtigen. Damit wird explizit nicht der vielfach erhobenen Forderung gefolgt, der Bund möge ein Szenario vor-geben, an dem sich die verschiedenen Akteure bei der Entwicklung ihrer jeweiligen Anpassungsstrategien und -maßnahmen orientieren können. Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 32 / 35

49 Zusammenfassung Take Home Messages Zusammenfassung Take Home Messages Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 33 / 35

50 Zusammenfassung Zusammenfassung Take Home Messages Beobachtungsdatensätze: DWD Stationsnetz (täglich) DWD Rasterdaten (monatlich) NCEP und ERA Reanalysedaten (6-stündlich) Regionale Klimaszenarien: REMO UBA (10km) Wettreg und andere statistische Verfahren (stationsbasiert) ENSEMBLES (25km) NB: Projektionen sind keine Vorhersagen, natürliche Schwankungen werden nicht korrekt verhergesagt! Ensembles sind essentiell um einigermaßen robuste Aussagen zu treffen. Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 34 / 35

51 Zusammenfassung Take Home Messages Vielen Dank für Ihre Aufwerksamkeit Douglas Maraun Klimadaten und Klimaprognosen für Hessen 14 Sep 09, Gießen 35 / 35

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