Der Dürreindex des Weltzentrums für Niederschlagsklimatologie (GPCC-DI)

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Harry Kolbe
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1 Dr. Markus Ziese Der Dürreindex des Weltzentrums für Niederschlagsklimatologie (GPCC-DI) Deutscher Wetterdienst, Hydrometeorology, Offenbach am Main, Germany

2 Inhalt Charakteristika eine Dürreindexes Standardized Precipitation Index (SPI) Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) Aus SPI und SPEI wird der GPCC-DI Vergleich GPCC-DI mit anderen Dürreindices Zusammenfassung 2

3 Charakteristika eine Dürreindexes Dürreindex ist Maß für die Abweichung des Niederschlags von einem Referenzwert (eine standardisierte Anomalie) Um den Referenzwert gibt es ein Band, in dem noch als normal bezeichnete Werte liegen Niederschlagswerte geringer als normal werden als Dürre klassifiziert Dürre wird je nach Index in verschiedene Klassen eingeteilt Entsprechendes auch für mehr Niederschlag als normal extrem trocken sehr trocken trocken normal nass sehr nass extrem nass Referenzwert 3

4 Charakteristika eine Dürreindexes Je nach Dauer der Dürre wird diese bezeichnet als: Meteorologische Dürre (ein bis zwei Monate trockener als üblich) Landwirtschaftliche Dürre (zwei Monate und länger trocken, Ernteeinbußen) Hydrologische Dürre (ab vier Monaten, Grundwasser und Pegel betroffen) Sozio-ökonomische Dürre (ab einem Jahr, Wassermangel bremst produzierende Wirtschaft) Gibt auch andere Einteilungen und Bezeichnungen Je nach lokalen Gegebenheiten treten Probleme auch früher ein Eigentlich muss ein Dürreindex auf die lokalen Verhältnisse kalibriert werden (Karstboden anfälliger für ausbleibenden Niederschlag als Lehmboden mit hohem Grundwasserstand; lokale Anpassungen an Intensitätsschwankungen) 4

5 Standardized Precipitation Index (SPI) Entwickelt von McKee et al. (1993) Definiert als Verhältnis von Niederschlagsanomalie zu Niederschlagsstandardabweichung Kann für verschiedene Aggregationszeiträume berechnet werden (1, 3, 6 usw. Monate) Gammaverteilung wird an beobachtete Niederschlagsverteilung angepasst und standardisiert (andere standardisierbare Verteilungsfunktionen sind möglich) Aktueller Niederschlagswert wird entsprechend der standardisierten Verteilung bewertet SPI-Wert entspricht σ-wert der standardisierten Verteilungsfunktion SPI hat damit Probleme bei geringen bis keinen Niederschlagsmengen Wird teilweise kompensiert durch die Korrektur des DWD (Pietzsch & Bissolli, 2011) 5

6 Standardized Precipitation Index (SPI) Beispiel für Berechnung des SPI (aus Lloyd-Hughes & Saunders, 2002) 6

7 Standardized Precipitation Index (SPI) Niederschlagsverteilung für eine Station in Deutschland (ganzjährig Niederschlag) 7

8 Standardized Precipitation Index (SPI) Niederschlagsverteilung für eine Station in Indien (mit ausgeprägter Trockenund Regenzeit) Januar trocken wegen Nordost-Monsun Aggregierter Niederschlag reicht bis Südwest-Monsun 8

9 Standardized Precipitation Index (SPI) SPI mit DWD-Korrektur, 1 Monat aggregiert, Januar 2013 Relative Anomalie [%] Niederschlagssumme [mm/monat] 9

10 Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) Entwickelt von Vicente-Serrano et al. (2010) Beruht auf Differenz von Niederschlag zu potentieller Evapotranspiration (PET) Log-logistik-Verteilung wird an beobachtete klimatische Wasserbilanzverteilung angepasst und standardisiert (andere standardisierbare Verteilungsfunktionen sind möglich) Aktuelle Wasserbilanz wird nach standardisierter Verteilung bewertet, analog zum SPI Knackpunkt ist die Berechnung der PET, für Überwachungsaufgaben gibt es nur die Parametrisierung nach Thornthwaite (1948), basierend auf Monatsmitteltemperatur und astronomischen Größen Problem dieser Parametrisierung sind niedrige und negative Temperaturen Anstelle angenommener PET-Werte wird in solchen Fällen der SPEI nicht berechnet 10

11 Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) SPEI, 1 Monat aggregiert, Januar 2013 Relative Anomalie [%] Monatsmitteltemperatur [K] 11

12 WZN-Dürreindex aus Kombination von SPI und SPEI WZN-Dürreindex ist Mittelwert aus SPI und SPEI für die Raster, in denen beide Indices berechnet werden können Wenn nur einer der beiden Indices berechnet werden kann, dann wird dieser alleine verwendet Sollte kein Index berechnet werden können, dann wird der Rasterwert auf Fehlkennung gesetzt Kombination von SPI und SPEI ist möglich, da beide Indices gleich gehen Kombination erlaubt fast eine globale Abdeckung Lediglich kalte trockene Regionen können nicht bewertet werden, zum Beispiel Tibet, Himalaja oder Anden 12

13 WZN-Dürreindex aus Kombination von SPI und SPEI + SPI-DWD SPEI => GPCC_DI

14 WZN-Dürreindex Eingangswerte Echtzeitanalyse Niederschlagswerte des First Guess Produktes des WZN Monatsmitteltemperaturen aus dem NOAA NCEP CPC GHCN_CAMS Datensatz (Fan & van den Dool, 2008) Abweichend für die Parameterberechnung das Full Data Monthly Produkt (Version 6) des WZN Parameter bezüglich des Referenzzeitraumes 1961 bis 1990 berechnet Räumliche Auflösung: 1 Berechnete Aggregationszeiträume: 1, 3, 6, 9, 12, 24 und 48 Monate Wird am 10. eines Monats berechnet, da Temperaturanalyse erst ab dem 8. verfügbar ist ftp://ftp.dwd.de/pub/data/gpcc/html/gpcc_di_doi_download.html 14

15 WZN-Dürreindex Eingangswerte Nachbetrachtung Niederschlagswerte des Full Data Monthly Produktes (Version 7) des WZN Monatsmitteltemperaturen aus dem NOAA NCEP CPC GHCN_CAMS Datensatz (Fan & van den Dool, 2008) Parameter bezüglich des Referenzzeitraumes 1952 bis 2013 berechnet Räumliche Auflösung: 1 Berechnete Aggregationszeiträume: 1, 3, 6, 9, 12, 24 und 48 Monate Für den Zeitraum 1952 bis 2013 ftp://ftp.dwd.de/pub/data/gpcc/html/gpcc_di_v_1-1_doi_download.html 15

16 Zusammenfassung WZN-Dürreindex ist Kombination von SPI und SPEI Wo beide berechnet werden können Mittelwert, sonst der berechenbare Index Globale Abdeckung außer trockene kalte Regionen (z.b. Tibet) Berechnung für Aggregationszeiträume von 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48 Monate Basierend auf Niederschlagsanalysen des WZN und Temperaturdaten von NOAA NCEP CPC Am 10. des Folgemonats verfügbar Abgabe als netcdf-datei (alle Aggregationszeiträume in einer Datei zusammengefasst) Zeitnah berechnetes Produkt und retrospektive Analyse von 1952 bis

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