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1 Anwendung von ESCIMO für Thüringen Daniel Hertel Projekte und Forschung zum Klimawandel in Thüringen 04. November 2014 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 1

2 Inhalt 1. Einführung des Themas 1.1 Hydrologischer Zyklus 1.2 Messstationen 2.1 Kurze Darstellung des theoretischen Hintergrunds 2.2 Modellperformance 2.3 Ergebnisse 3. Ausblick Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 2

3 1. Einführung des Themas Karte von Thüringen mit Messstationseintragungen (rot) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 3

4 ESCIMO = Energy balance Snow Cover Integrated MOdel 1 Schicht Prozessmodell Q + H + E + M + A + B = Q l + Q l + Q s + Q s + H + E + M + A + B = 0 Q = Strahlung = langwellige Strahlungsbilanz + kurzwellige Strahlungsbilanz H= sensibler Wärmefluss E= latenter Wärmefluss M= potenziell verfügbare Schmelzenergie A= advektive Energie B= Bodenwärmefluss Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 4

5 Q + H + E + M + A + B = Q l + Q l + Q s + Q s + H + E + M + A + B = 0 Model Input: Lufttemperatur [K] Relative Feuchte [%] Windgeschwindigkeit [m/s] Niederschlagsrate [mm/d] Globalstrahlung [W/m²] Einfallende langwellige Strahlung [W/m²] Stationsluftdruck [hpa] Dampfdruck [hpa] Breitengrad der Station [ ] : SWE (Snow Water Equivalent): Das SWE einer Schneedecke stellt die Höhe einer gedachten Wassersäule über einer horizontalen Fläche an einem Ort zu einem bestimmten Beobachtungszeitraum dar (DIN 4049). SWE i mm = Schneehöhe h i cm 10 Schneedichte ρ i [g cm 3 ] (Plattner, 2004) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 5

6 2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 6

7 2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 7

8 2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 8

9 Modell Performance (aus: Strasser, 2010) Bestimmtheitsmaß aus Regression Index of Agreement Nash-Sutcliffe model efficiency Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 9

10 Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Snow water equivalent 250 Observed Modelled Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 10

11 Predicted SWE (mm) Observed SWE (mm) Wasserkuppe Nash-Suttclife model efficiency: NSME = Coefficient of determination: R2 = 0.87 Index of agreement: IA = Observed SWE (mm) Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 11

12 Quelle: IMPAKT Publikation (2013) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 12

13 Emissionsszenarien (Thüringen) A1B Temperatur: Sommer: +4 C Winter: +3.7 C Niederschlag: Sommer: -12.5% Winter: +17% B1 Temperatur: Sommer: +1.7 C Winter: +3.2 C Niederschlag: Sommer: -15% Winter: +15% aus: IMPAKT Publikation; Stand: 2013 aus: Publikationen des Umweltbundesamtes; Stand: 2007 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 13

14 Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Szenario A1B Snow water equivalent 125 Modelled 0 Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 14

15 Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Szenario B1 Snow water equivalent 125 Modelled 0 Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 15

16 Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent 125 Observed Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 16

17 Predicted SWE (mm) Observed SWE (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Nash-Suttclife model efficiency: NSME = Coefficient of determination: R2 = 0.88 Index of agreement: IA = Observed SWE (mm) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 17

18 Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent Szenario A1B 125 Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 18

19 Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent Szenario B1 125 Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 19

20 Snow water equivalent (mm) Neuhaus Snow water equivalent 250 Observed Modelled Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 20

21 Predicted SWE (mm) Observed SWE (mm) Neuhaus Nash-Suttclife model efficiency: NSME = Coefficient of determination: R2 = 0.76 Index of agreement: IA = Observed SWE (mm) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 21

22 3. Ausblick Anwendungsmöglichkeiten Visualisierungstool für Tourismus Schnelle Visualisierung von Auswirkungen des Klimawandels auf die Schneebedeckung Einfache Anwendung im Feldversuch per Notebook etc. Untersuchung von Akkumulations und Ablationsprozessen während einer Wintersaison Zu behebende Probleme: Besorgung von Stundenwerten Anpassung Tagesmittelwerte (Tagesgang Temperatur etc.) Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen (Abschattung durch Vegetation, Höhenkorrektur Strahlung usw.) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 22

23 3. Quellenverzeichnis DIN : Hydrologie - Begriffe zur quantitativen Hydrologie IMPAKT Publikation (2013): Integriertes Maßnahmenprogramm zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels im Freistaat Thüringen. Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz Plattner, C. (2004): Ableitung des Winterniederschlags in den Jahren am Vernagtferner aus Geländemessungen sowie flächendifferenzierte Betrachtung der Schneeverteilung unter Verwendung und Erstellung von GIS Anwendungen. Diplomarbeit an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Publikationen des Umweltbundesamtes(2007): Neuentwicklung von regional hochaufgelösten Wetterlagen für Deutschland und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit dem Regionalisierungsmodell WETTREG auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit ECHAM 5/MPI-OM T63L bis 2100 für die SRES Szenarios B1, A1B und A2. Strasser, U, T. Marke: ESCIMO.spread a spreadsheet based point snow surface energy balance model to calculate hourly snow water equivalent and melt rates for historical and changing climate conditions. Geosci. Model Dev., 3, , /gmd Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS /12 23

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