Hochauflösende Simulation künftiger Starkniederschlagsereignisse (ReSiPrec)

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1 G. Schädler Statusseminar erausforderung Klimawandel Hochauflösende Simulation künftiger Starkniederschlagsereignisse () G. Schädler, H. Feldmann, H.-J. Panitz, B. Früh, R. Kohlhepp, Ch. Kottmeier Institut für Meteorologie und Klimaforschung Universität Karlsruhe / Forschungszentrum Karlsruhe

2 Schwerpunkt auf Sommer (konvektive Niederschläge) in Baden- Württemberg Evaluierungszeitraum: , Zukunftszeitraum (A1B): Verwendung umfangreicher Beobachtungsdatensätze Niederschlagssummen, -verteilungen und Wiederkehrwerte Ablauf Episoden Orientierung an KLIWA-Methodik G. Schädler Statusseminar Herausforderung

3 Merkmale Nahe Zukunft Klimasimulationen in hoher Auflösung Ensembles eigene Simulationen mit verbesserter Modellphysik und -numerik bei COSMO-CLM Bereitstellung von Modelldaten für andere Projekte und Impaktstudien G. Schädler Statusseminar Herausforderung

4 Verwendete Modelle und Daten Regionale Klimamodelle: COSMO-CLM (abgeleitet vom operationellen Wettervorhersagemodell des DWD) REMO: dito Beide werden von ECHAM5 über dynamisches Downscaling angetrieben Daten: COSMO-CLM Konsortialläufe: CLM-CR, 18 km Auflösung REMO Projektionen im Auftrag des UBA: REMO-UBA, 10 km eigene Simulationen mit COSMO-CLM, 7 km Stationsdaten und gerasterte Beobachtungen G. Schädler Statusseminar Herausforderung

5 Nahe Zukunft Anpassung Minderung G. Schädler Statusseminar Herausforderung

6 Auflösung Niederschlag Herbst (SON) Mannheim Heidelberg 51. Heilbronn Karlsruhe Pforzheim Ludwigsburg Stuttgart Esslingen 48. Tuebingen Reutlingen Ulm 47. Freiburg 46. Konstanz COSMO CLM 7 km SON Prec.: avg.= 230, min.= 144, max.= 364mm C20 ECHAM5 SON precipitation mm G. Schädler Statusseminar Herausforderung

7 Orographie Baden-Württemberg: Beitrag der Wellenlänge zum Spektrum Faktor 10 -Bereich Amplitude Amplitude Wellenlänge (km) Wellenlänge (km) G. Schädler Statusseminar Herausforderung

8 Ensemble-Wettervorhersage: COSMO-LEPS Quelle: MeteoSchweiz G. Schädler Statusseminar Herausforderung

9 Ensembles in IPCC AR4 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

10 Simulationen mit COSMO-CLM am IMK mit 7 km Auflösung Zweifachnesting Antrieb: ERA, ECHAM5_20C, ECHAM5_A1B (je 2 Realisierungen) West <- (X in Km) -> Ost Topo (m ASL) Above Below Auswertegebiet Verweilzeit im Rechner: ca. 1 Monat auf Prozessoren Benötigter Plattenplatz: ca TByte Sued <-- (Y in Km) --> Nord West <-- (X in Km) --> Ost TOPO (m ASL) Above Below G. Schädler Statusseminar Herausforderung

11 am IMK-TRO durchgeführte COSMO-CLM (CCLM) Simulationen 1 G. Schädler Statusseminar erausforderung Klimawandel Global Data Period Status Wall-Clock Time (d) No of CPUs ERA finished finished ECHAM5_20C3M all, Realization finished running 9 20 (estimated) ECHAM5_20C3M all, Realization finished running 9 20 (estimated) ECHAM5_A1B Realization finished running 9 20 (estimated) ECHAM5_A1B Realization running in preparation 9 (estimated) 20 (estimated) geschätzte Verweilzeit im Rechner: geschätzter Plattenspeicherbedarf: 157 Tage TByte

12 Modellevaluation Mittlere jährliche Niederschlagssumme in Baden-Württemberg (mm) Beobachtung auf CLM-CR Gitter Simulation CLM-CR Mannheim Heidelberg Mannheim Heidelberg Heilbronn Heilbronn Karlsruhe Karlsruhe Pforzheim Ludwigsburg Pforzheim Ludwigsburg Stuttgart Esslingen Stuttgart Esslingen Tuebingen Reutlingen Tuebingen Reutlingen Ulm Ulm Freiburg Freiburg Konstanz Konstanz Beobachtung auf REMO-UBA Gitter Simulation REMO-UBA Mannheim Heidelberg Mannheim Heidelberg Heilbronn Heilbronn Karlsruhe Karlsruhe Pforzheim Ludwigsburg Pforzheim Ludwigsburg Stuttgart Esslingen Stuttgart Esslingen Tuebingen Reutlingen Ulm Tuebingen Reutlingen Ulm Simulation CLM 7 km (IMK) Freiburg Freiburg Konstanz Konstanz mm 2 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

13 Modellevaluation Anzahl der Tage pro Sommerhalbjahr mit gegebener Niederschlagsmenge in Baden-Württemberg Precipitation Days Sum mer Half Year Observation CLM-CR REMO-UBA m m 5-10 m m m m m m m m m m m m m m > 50 m m [% ] G. Schädler Statusseminar Herausforderung

14 Ensemble -Projektion der Änderung des Sommerniederschlags 4 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

15 iederkehrwerte (RVs): Gumbel-Diagramm Wiederkehrwert, mm / Tag Verallgemeinerte Pareto Verteilung Kappa Verteilung beobachtete Niederschlagsereignisse Wiederkehrperiode (T), Jahre 24h Niederschlag Beobachtungen JJA Stuttgart G. Schädler Statusseminar Herausforderung

16 Modellevaluation Vergleich der 10-jährlichen Wiederkehrwerte (RV10) Beobachtung / REMO / CLM Sommer (JJA) a) KD - OBS10 - JJA b) KD - REMO-UBA - JJA b) KD - CLM-CR - JJA mm mm mm Beobachtungen REMO-UBA CLM-CR 6 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

17 Relative Änderung von RV10 zwischen und REMO-UBA Änderung in % CLM-CR 7 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

18 Ensemble -Projektion der Änderung von RV10 im Sommerhalbjahr 18 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

19 Episoden: Niederschlagsereignis Rheintal :30 17:00 17: Latitude (deg N) 49.5 Latitude (deg N) 49.5 Latitude (deg N) Longitude (deg E) Longitude (deg E) Longitude (deg E) Maximum ca. 21 mm/d 9 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

20 Was wird an Daten vorliegen? Atmosphäre: Wind, Temperatur, Niederschlag, Feuchte, Strahlung Energiebilanzterme: Wärmeflüsse, Verdunstung, Boden: Wassergehalt, Temperatur für jeweils 30 a Gegenwart und Zukunft flächendeckend für Baden-Württemberg räumliche Auflösung 7 km zeitliche Auflösung ab 1 h 0 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

21 Zusammenfassung verbesserte Modellversion COSMO-CLM gibt realistischere Niederschlagsverteilung komplexe Orographie erfordert hohe Auflösung Ensembles erlauben Abschätzung der Verläßlichkeit der Aussagen hohe räumliche Variabilität von Niederschlagssummen und Starkniederschlag, Zu- und Abnahme dicht beieinander geringe Änderung im Flächenmittel, aber hohe räumliche Variabilität 1 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

22 Als Nächstes weitere Verbesserung an Methodik und Modell Ensemble: weitere Simulationen mit anderen Antriebsdaten (HadCM, CCM) und Realisierungen statistische Auswertung der Ergebnisse Aufbereitung der Ergebnisse für Datenbank und Impaktstudien (Regionales Klimabüro) 2 G. Schädler Statusseminar Herausforderung

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