1 Einleitung. 2 Ziel und Methode

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1 COSREM ZwB. N 21 Betrifft: Temperatur-Extrapolation entlang von Mur und Ybbs (für das Fische-Projekt ) Datum: 11. Mai 2005 Von: Patrick Haas Seiten: 7 1 Einleitung Hier wird die Extrapolation von Temperatur-Monatsmitteln entlang der Flüsse Mur und Ybbs beschrieben, wie sie im Rahmen des Projektes Beurteilung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna anhand ausgewählter Fließgewässer durchgeführt wurde. Die Ergebnisse dieser Extrapolation werden in weiterer Folge noch verwendet, um kleinräumige Temperatur Szenarien für die Zukunft zu erzeugen. 2 Ziel und Methode Es sollen für bestimmte Stationen an den Flüssen Mur und Ybbs Temperatur-Szenarien bis zum Jahr 2050 erstellt werden. Die Stationen sind aus dem Projekt Beurteilung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna anhand ausgewählter Fließgewässer (Schmutz et al. 2004) gegeben. Für die Stationen Graz-Universität, welche an der Mur liegt, und Waidhofen an der Ybbs liegen bereits Temperatur-Szenarien bis 2050 vor, die mittels CCA aus GCM Daten erstellt wurden (siehe dazu Matulla und Haas 2003). Da für keine weitere Station unmittelbar entlang der Flüsse Szenarien vorliegen, werden die Temperatur-Szenarien von Graz-Universität und Waidhofen an der Ybbs als Referenz verwendet. Von diesen Referenzstationen aus werden dann mittels Höhenregression Szenarien für weitere Stationen errechnet. Die Regressionskoeffizienten werden mit Beobachtungsdaten der Vergangenheit diverser Stationen ermittelt. Tabelle 1) listet die verwendeten Stationen getrennt nach Mur und Ybbs auf. Bei der Mur wird weiters noch in Unterlauf und Oberlauf unterschieden, da es sich gezeigt hat, dass die Höhenregressionskoeffizenten für diese Teile recht unterschiedlich ausfallen können und daher eine Verbesserung der Extrapolation damit erzielt wird. Zur Erstellung der Extrapolation werden die Temperaturdifferenzen der entsprechenden Stationen zu der jeweiligen Referenzstation bestimmt und damit Regressionskoeffizienten errechnet. Aufgrund von jahreszeitlichen Schwankungen wird für jeden Monat ein eigener Koeffizient verwendet. Mit diesem Satz Koeffizienten ist es dann möglich von einer gegebenen Reihe der Referenzstation zu einer beliebigen Station bzw. eigentlich zu einer beliebigen Höhe zu extrapolieren. Stationen am Oberlauf der Mur werden mittels zweier Teilstücke bestimmt, da es für Oberlauf und Unterlauf verschiedene Koeffizienten gibt. 1

2 Mur Stationsname Höhe (m) Tamsweg 1012 Zeltweg 669 St. Michael 580 Bruck 489 Graz 366 Bad Radkersburg 208 Ybbs Lunz 612 Waidhofen 365 Amstetten 265 Tabelle 1: Stationen, die zur Generierung der Regressionkoeffizienten verwendet werden. Die Stationen von Tamsweg bis Bruck werden in weiterer Folge als Oberlauf und jene von Bruck bis Bad Radkersburg als Unterlauf bezeichnet. 3 Daten Die Monatsmittel der Beobachtungen sind dem Datensatz der ZAMG entnommen. Der betrachtete Zeitraum ist Die Stationen der Wassertemperatur sind hier nicht von Bedeutung, da nur die Methode der Extrapolation der Lufttemperatur behandelt wird. Details dazu können aber in Matulla et al. (2004) oder Schmutz et al. (2004) nachgelesen werden. Die Szenario-Daten wurden mittels CCA erzeugt (siehe Matulla und Haas 2003) ) und liegen entlang der betrachteten Flüsse nur für Graz-Universität und Waidhofen an der Ybbs vor. 4 Programme Die fertigen Programme liegen in /home/patrick/matlab/interpolation/fische und heissen: intp mur.m: erzeugt Regressionkoeffizienten und Szenarien für die Mur intp ybbs.m: erzeugt Regressionkoeffizienten und Szenarien für die Ybbs intp mur hist.m: Extrapoliert von Graz aus unter Verwendung der errechneten Regressionskoeffizienten entlang der Mur für den Zeitraum zu den Stationen, wo Wassertemperaturen vorliegen. Dies wurde zur Erstellung der Transferefunktionen (siehe Matulla et al. 2004) benötigt intp ybbs hist.m: analog zu intp mur hist.m für die Ybbs 5 Ergebnisse und Fehler Die errechneten Koeffizienten für die Regression der Mur sind in Tabelle 2 aufgelistet. Zu sehen sind die deutlichen Unterschiede zwischen Ober- und Unterlauf und die Schwankungen 2

3 Oberlauf Unterlauf Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Tabelle 2: Regressionskoeffizienten der Mur. Angegeben ist eine Umrechnung auf C pro 100m. von Monat zu Monat. In Tabelle 3) findet sich eine Auflistung der Fehler, die durch die Extrapolation entstehen. Zu sehen ist der RMS Fehler für jeden Monat von der Differenz von Beobachtungswert minus dem Wert, den die Extrapolation liefert. Neben den Stationen, die für die Extrapolation verwendet wurden sind auch jeweils eine Station für Oberlauf und Unterlauf gezeigt, die nicht in der Regressionsberechnung enthalten sind. Dies sind Murau (Oberlauf) und Leibnitz (Unterlauf). Tabelle 4) zeigt Differenzen zwischen Beobachtung und Extrapolation an den Stationen der Mur für das Jahr Das Jahr 2003 wurde ja nicht zur Koeffizientenberechnung verwendet. Zur Extrapolation wurden die beobachteten Monatsmittel von Graz verwendet und die Monatswerte der jeweiligen anderen Stationen bestimmt. Die Zahlen hier sind also immer nur ein Monatswert und nicht gemittelte Werte über mehrere Jahre. Analog zeigen Tabelle 5) und 6) die RMS Fehler und den Fehler für 2003 an den Stationen der Ybbs. Der Fehler der Station Amstetten aus Tabelle 5) erscheint zwar konstant, schwankt aber stets geringfügig um 0.5 herum. Die NaN Werte in Tabelle 6) kommen daher, dass für diese Monate kein Wert der Referenzstation Waidhofen vorliegt. Neben allen Fehlern zeigt Abbildung 1) noch ein Beispiel für ein Resultat dieser Arbeit. Zu sehen ist die mittlere Monatstemperatur für den Zeitraum im Vergleich zu für die Station Bruck. 3

4 Tamsw. Zeltweg St. Mich. Bruck Bad Radk. Murau Leibnitz Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Tabelle 3: RMS Fehler (in C) der Extrapolation für jeden Monat Tamsw. Zeltweg St. Mich. Bruck Bad Radk. Murau Leibnitz Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November NaN Dezember NaN Tabelle 4: Differenzen (in C) der Extrapolation und der Beobachtungen im Jahr Mur 4

5 Lunz Amstetten Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Tabelle 5: RMS Fehler (in C) der Extrapolation der Stationen der Ybbs für Lunz Amstetten Jänner Februar NaN NaN März NaN NaN April NaN NaN Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Tabelle 6: Differenzen (in C) der Extrapolation und der Beobachtungen im Jahr Ybbs 5

6 25 bruck bruck Temperatur [Grad C] J F M A M J J A S O N D Monat Abbildung 1: Monatsmittel der Temperatur in C für Bruck gemittelt über und

7 Literatur Matulla, C., T. Gerersdorfer, P. Haas, A. Melcher, and S. Schmutz, 2004: Fisch+CC. COS- REM 20. Internal Report, available from the Institute of Meteorology, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna. Matulla, C., and P. Haas, 2003: Predictor-optimized downscaling combined with weather generators: seasonal and daily climate change scenarios for topographically complex regions (German). GKSS report 24, GKSS research center, Max-Planck-Strasse 1,D Geesthacht, Germany. Schmutz, S., C. Matulla, A. Melcher, T. Geresdorfer, P. Haas, and H. Formayer, 2004: Beurteilung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna anhand ausgewählter Fließgewässer. Endbericht GZ /163-V/4/03 Im Auftrag vom Bundesministerium für Land- und Forstwirschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, 47 pp. 7