Wasserhaushaltsmodellierung bayerischer Flussgebiete im Vorhaben KLIWA

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1 Wasserhaushaltsmodellierung bayerischer Flussgebiete im Vorhaben KLIWA Referat 81 / Holger Komischke KLIWES-Workshop in Dresden

2 Das Länder-Kooperationsvorhaben KLIWA "Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft". Laufzeit: seit 1999 Beteiligte Länder/Institutionen: BY (LfU), BW (LUBW), RLP (LUWG), DWD Arbeitsfelder: Klimadaten, Wasserhaushalt/Abflüsse, Grundwasser/GWN und Gewässerökologie Arbeitsbereiche: Vergangenheit (Datenauswertung, Klimamonitoring), Zukunft (Klima- und Impactmodellierungen), Anpassungsmaßnahmen, Öffentlichkeitsarbeit (www.kliwa.de) 2

3 Monitoringbericht 12/2011 Klimatrends und Veränderungen im Wasserhaushalt seit 1931 bis 2010 (Klima/Abfluss/Grundwasser) Veränderung der Niederschläge [%] im WHJ ( ) 3

4 Erstellung von Abflussprojektionen in KLIWA Modellkette (KLIWA-Broschüre 2012) 4

5 Wasserhaushaltsmodellierung in Bayern 5

6 Modellierung mit WaSiM-ETH in BY (ca km²) 19 WHMs mehr als 400 Pegel Tagesschritt & 1x1 km WaSiM-Modellvarianten: TOPMODEL (seit 2001) Aktuell Aktualisierung auf Richards-Gleichung 9.1.0; einheitliche Parametrisierung Nutzung mit regionalen Klimaprojektionen; Auswirkungen Klimawandel auf den Wasserhaushalt 6

7 Aufstellungen/ Aktualisierung von Wasserhaushaltsmodellen: Aufstellung: Wahl der Messdatensätze Verfügbare Datengrundlagen Modellversion (einheitlich-mehrere) Einheitliche Parametrisierung? Natürlicher Wasserhaushalt oder Abbildung der Speicherwirtschaft? Aktualisierung: Neue Modellversionen mit neuen, verbesserten Prozessen Neue Anforderungen (z.b. Bias-Korrektur RCMs, Fragestellungen ) Neue Datengrundlagen (Messdaten, ) Behebung von Fehlern Was lege ich als Gütekriterien an? Welche Güten sind erreichbar / welche Güten zufrieden sind ausreichend? 7

8 Welche Ergebnisse nutzen wir? Abflussregime, Niedrigwasser / Hochwasser (monatlich/jährlich) auch Betrachtung von Extremen gewünscht (Frage der allg. Modellierbarkeit sowie der Kalibrierungsstrategie / Datenlage Messdaten/RCMs) Grundwasserneubildung wünschenswert, aber bei uns Restterm, da Modellierung ohne Grundwassermodul dabei immer Betrachtung von 30-jährigen Mittelwerten Vergleich der Modellierung am Pegel Kemmern MQ(m) mit der Messung

9 Sensitivität des Wasserhaushaltsmodells Bsp. Meteorologie, z.b. relative Luftfeuchte ( Verdunstung / Abfluss) Wie reagiert mein WHM auf Abweichungen in der Klimaprojektion für die Vergangenheit - Plausibilität? Abweichungen rf zwischen 5 und 15 % hohes delta im Abfluss (Beispiel aus Anwendung eines RCMs (CCLM4.8) mit Bias-Korrektur) 9

10 Ergebnisse von Klimaprojektionen für Bayern Veröffentlichung regionaler Klimaprojektionsergebnisse 1 Überblicksbericht Bayern 9 Regionalberichte (Planungsräume der EG WRRL) 10

11 Betrachtung von regionalen Klimaprojektionen Prüfung verfügbarer Klimaprojektionen Auswertung und bei Eignung Nutzung in der Impactmodellierung Zahl der verfügbaren Klimaprojektionen steigt 2003: in KLIWA selbst STAR1, WETTREG-2003, REMO : UBA WETTREG-2006, REMO : CLM 2009: WETTREG-2009, COSMO-CLM (4.2), Ensembles-Projektionen 2010: WETTREG-2010, COSMO-CLM4.8, GLOWA-Klimaszenarien, KLIWAS- Projektionen 2014: CORDEX (RCPs) große Anzahl an verfügbaren regionalen Klimaprojektionen allerdings fast alle nutzen den gleichen Antrieb / ECHAM4 bzw. ECHAM5 aber auch beim Antrieb (Globalmodelle) große Auswahl Generelles Problem: Unsicherheiten in der Modellkette Planung mit zunehmenden Unsicherheiten 11

12 Klimaprojektionen - Niederschlagsveränderung im SHJ in Bayern Änderung des 30-jährigen, gleitenden Mittelwerts des Niederschlags im SHJ gegenüber Zeitraum

13 Klimaprojektionen - Niederschlagsveränderung im WHJ in Bayern Änderung des 30-jährigen, gleitenden Mittelwerts des Niederschlags im WHJ gegenüber Zeitraum

14 Bias-Korrektur erste Erfahrungen in KLIWA Nutzung des dynamischen RCMs COSMO-CLM4.8 in der WHM mit Bias- Korrektur: Ab wann muss ich korrigieren? Sensitivität und Plausibilität WHM Welche meteorologischen Größen darf ich bis zu welchem Maße mit welchen Methoden korrigieren? Lineare Bias-Korrektur des Niederschlags. Dargestellt sind die klimatologischen Monatssummen des Gesamtniederschlags Hohe Korrektur notwendig! Saisonalität? 14

15 Beispielhafte Ergebnisse für Veränderungen des Abflusses Beispielhafte Auswertungen für die Pegel Kemmern / n (4.200 km²) Pettstadt / Regnitz (7.000 km²) Bad Kissingen / Fr. Saale (1.600 km²) Kleinheubach / n ( km²) Betrachteter Zeitraum der Ergebnisse: gegenüber

16 Plausibilität der Wasserhaushaltsmodellierung - Mittlerer monatlicher Abfluss MQ(m) - Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Variable MQ(m) Zeitraum relativ zu OBS_was_HYRAS_lakor_natWHH CCLM4.8r1_natWHH CCLM4.8r2_natWHH CCLM4.8r3_natWHH < -20% < -10% -10% - 10% > 10% > 20% Variable MQ(m) Zeitraum relativ zu OBS_was REMO06-A1B-EH5r1 WR03-B2-EH4 WR06-A1B-EH5r1 WR10-A1B-EH5r1 Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Welche Klimaprojektionen sind nicht geeignet? 16

17 Veränderungen des Wasserhaushalts im ngebiet Wasserbilanz Hochwasser Niedrigwasser 17

18 Veränderungen des Wasserhaushalts / MNQ(m) vs Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Variable MoNQ(m) Zeitraum relativ zu CCLM4.8r1_natWHH CCLM4.8r2_natWHH CCLM4.8r3_natWHH < -20% < -10% -10% - 10% > 10% > 20% WR03-B2-EH4 WR06-A1B-EH5r1 WR10-A1B-EH5r1 Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Wie kommuniziere ich die Ergebnisse Worst case WETTREG2010 warum? 18

19 Veränderungen des Wasserhaushalts / MHQ(m) vs Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Variable MoHQ(m) Zeitraum relativ zu CCLM4.8r1_natWHH CCLM4.8r2_natWHH CCLM4.8r3_natWHH < -20% < -10% -10% - 10% > 10% > 20% WR03-B2-EH4 WR06-A1B-EH5r1 WR10-A1B-EH5r1 Kleinheubach/n Pettstadt/Regnitz Kemmern/n Bad-Kissingen-Prinzr/Fränkische-Saale Auch hier unterschiedliche Tendenzen 19

20 Ergebnisse für Bayern In Arbeit, unter Auswertung und Ausweitung des bestehenden Ensembles von Klimaprojektionen Änderung des MNQ in Bayern (hydrologisches Sommerhalbjahr) Ziel in KLIWA: Erarbeitung von Handlungsempfehlungen an die Wasserwirtschaft 20

21 Ausblick Konstante Pflege der Wasserhaushaltsmodelle Ergebnisse für ganz Bayern zusammenführen und veröffentlichen Abflussberichte Bayern / WRRL-Regionen Ist das Ensemble ausreichend? Eher nicht. Neue Projektionen im Rahmen des 5. IPCC Berichts stehen 2014 zur Verfügung, Nutzung der verbesserten Modelldaten in KLIWA Umgang mit den RCPs, bisher meist SRES A1B Erste Annäherung mit neuen GCMs aus CMIP5 21

22 Vergleich ECHAM5 und MPI-ESM (u.a. ECHAM6) Niederschlag Sommer (JJA) Abweichungen im Niveau: Wie wird sich das in den RCMs zeigen? 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 23

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