Tägliche Temperaturfelder für Österreich seit 1961

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1 Tägliche Temperaturfelder für Österreich seit 1961 Konzept, Erstellung und Anwendbarkeit 16. Österreichischer Klimatag Wien, Johann Hiebl Christoph Frei ZAMG MeteoSchweiz

2 Überblick 1 Konzept 2 Daten 3 Interpolationsmethode Grundlagen Adaptionen 4 Ergebnisse Beispiele Anomalien und Aggregation 5 Evaluierung systematische Evaluierung qualitativer Vergleich Analyse von Langzeit-Trends 6 Schlussfolgerungen Anwendbarkeit

3 1 Konzept Anwendungen in Klima(folgen)forschung, Raumplanung, Gefahrenmanagement: räumliche Klimadatensätze täglich und dekadisch Anforderungen bestmögliche räumliche Auflösung alle verfügbaren Beobachtungen Langzeit- Konsistenz nur durchgängige Beobachtungen zeitliche Variationen in der Fehlerstruktur Methode für komplexe Temperaturverteilungen in Gebirgsregionen Frei C (2014): Interpolation of temperature in a mountainous region using non-linear profiles and non-euclidean distances. Int J Climatol 34, doi: /joc.3786

4 1 Konzept Ziele gegitterter Klimadatensatz für Österreich SPARTACUS Spatiotemporal Reanalysis Dataset for Climate in Austria Minimum (Tn) und Maximum (Tx) der Lufttemperatur Staatsgebiet Österreichs: 1 1 km ab 1961: 1 d bestmögliche Langzeit-Konsistenz

5 2 Daten 112 qualitätsgeprüfte ZAMG-Reihen Datenbesetzung von 95 % im Zeitraum teilweise homogenisiert Nemec et al. (2013) 38 Reihen ausländischer Institute Lückenfüllung: mittlerer Jahresgang der Differenzen zu höchstkorrelierten Reihen zeitlich invariantes Stationsnetz Verlegungen über Seehöhe: Angleichung, falls 30 m bekannte Inhomogenitäten: Angleichung mithilfe monatlicher HISTALP-Reihen Auer et al. 2007

6 3 Interpolationsmethode Grundlagen Hintergrundfeld makroklimatisch repräsentativ Inversionen, Grenzschicht, horizontale Variationen nicht-lineares vertikales Temperaturprofil Frei (2014)

7 3 Interpolationsmethode Grundlagen Residualfeld mesoklimatisch repräsentativ Kaltluftseen, Föhnschichten Gewichtungsschema aus Feldern des nicht-euklidischen Schichtungskoeffizienten λ λ = 0, 5, 20, 30, 50, 75, 100, 200

8 3 Interpolationsmethode Adaptationen sorgfältige Konfiguration und methodische Adaptionen Klimaparameter: Tn, Tx nahe Echtzeit zeitliche invariantes Stationsnetz, Lückenfüllung Subregionen des Hintergrundfeldes Anpassung des vertikalen Temperaturprofils Satz von Schichtungskoeffizienten städtische Wärmeinsel

9 3 Interpolationsmethode Adaptationen Anpassung des vertikalen Temperaturprofils östliche Tieflandstationen überrepräsentiert geänderte Auswahl der Teilmenge hochgelegener Stationen Vermeidung der Fehlinterpretation horizontaler Gradienten

10 3 Interpolationsmethode Adaptationen Städtische Wärmeinsel städtische Wärmeinsel durch Gitterauflösung und Stationsbeobachtungen (Wien, Graz, Linz) angezeigt Integration der urbanen Repräsentativität in die Gewichtungsfelder Vermeidung der Konfusion urbaner thermischer Anomalien mit topografischen Mustern

11 4 Ergebnisse Beispiel: talgebundene Kaltluftseen (Tn )

12 4 Ergebnisse Anomalien und Aggregation Tn Tx Ta

13 4 Ergebnisse Anomalien und Aggregation Monat Jahreszeit Jahr Tm Ta

14 5 Evaluierung Systematische Evaluierung Leave-one-out Kreuzvalidierung [ C] Tn Tx ME <0.1 <0.1 MAE RMSE

15 5 Evaluierung Systematische Evaluierung

16 5 Evaluierung Qualitativer Vergleich Haiden et al. (2011) Hasenauer et al. (2003)

17 5 Evaluierung Analyse von Langzeit-Trends Abschätzung der Trendfehler modellierte (interpoliert in Leave-one-out Kreuzvalidierung) versus beobachtete Reihen meist <±0.1 C/10 a Überschätzung an typischen Kaltluftsee- Standorten gute Übereinstimmung an Gipfelstationen Überschätzung der räumlichen Trendvariabilität qualitative Glaubwürdigkeit

18 5 Evaluierung Analyse von Langzeit-Trends Ausgewählte Klimaindizes Trendmagnitude als Odds Ratio im Zeitraum a. Frostwechseltage b. Andauer von Kältewellen c. Aktivitätsperiode des Borkenkäfers

19 6 Schlussfolgerungen SPARTACUS räumlicher Datensatz der täglichen Tn and Tx für Österreich in 1 1-km-Auflösung ab 1961 Interpolationsmethode geeignet für Hochgebirgsregion methodische Anpassungen bei der Anwendung in Österreich Beachtung der Langzeit-Konsistenz zeitlich invariantes Stationsnetz, Lückenfüllung, Angleichungen MAE: 1.1 C für Tn, 1.0 C für Tx qualitative Glaubwürdigkeit: ähnlich wie bei umfassenden Analysen

20 6 Schlussfolgerungen Anwendbarkeit Interpolationsmethode MeteoSchweiz SPARTACUS ZAMG- Klimaforschung Klima- Monitoring Klimawandeldetektion Klimamodellevaluierung Ressourcenplanung Schutz vor Naturgefahren Klimafolgenforschung ZAMG-Kundenservice Klima BOKU- Meteorologie Uni Graz- Weg Center ZAMG- Klimaforschung BOKU-Botanik

21 Literatur Hiebl J, Frei C (2015): Daily temperature grids for Austria since 1961 concept, creation and applicability. Theor Appl Climatol, doi: /s Frei C (2014) Interpolation of temperature in a mountainous region using nonlinear profiles and non-euclidean distances. Int J Climatol 34: doi: /joc.3786 Auer I, Böhm R, Jurkovic A, Lipa W, Orlik A, Potzmann R, Schöner W, Ungersböck M, Matulla C, Briffa K, Jones PD, Efthymiadis D, Brunetti M, Nanni T, Maugeri M, Mercalli L, Mestre O, Moisselin JM, Begert M, Müller- Westermeier G, Kveton V, Bochnicek O, Stastny P, Lapin M, Szalai S, Szentimrey T, Cegnar T, Dolinar M, Gajic- Capka M, Zaninovic K, Majstorovic Z, Nieplova E (2007) HISTALP historical instrumental climatological surface time series of the Greater Alpine Region Int J Climatol 27: doi: /joc.1377 Nemec J, Gruber C, Chimani B, Auer I (2013) Trends in extreme temperature indices in Austria based on a new homogenised dataset. Int J Climatol 33: doi: /joc.3532 Haiden T, Kann A, Wittmann C, Pistotnik G, Bica B, Gruber C (2011) The integrated nowcasting through comprehensive analysis (INCA) system and its validation over the Eastern Alpine Region. Weather Forecast 26: doi: /2010WAF Hasenauer H, Merganicova K, Petritsch R, Pietscha SA, Thornton PE (2003) Validating daily climate interpolations over complex terrain in Austria. Agr Forest Meteorol 119: doi: /S (03)00114-X

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