Entwicklung eines Basisdatensatzes regionaler Klimaszenarien

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1 Entwicklung eines Basisdatensatzes regionaler Klimaszenarien Wolfgang Loibl, Hans Züger, Mario Köstl (AIT) unter Mitarbeit von: Herbert Formayer, Irene Schicker (BOKUmet) Andreas Gobiet, Andreas Prein, Martin Schuklitsch (Wegener Center) Wolfgang Schöner. Christoph Matulla, Ivonne Anders (ZAMG) Gefördert aus Mitteln des Klima- und Energiefonds, Austrian Climate Research Programme Wolfgang Loibl, AIT; österreichischer Klimatag - März 2010

2 Die Kooperation 4 Österreichische Partner, 12 WissenschaftlerInnen Austrian Institute of Technology GmbH (AIT) Wolfgang Loibl, Hans Züger, Mario Köstl Universität für Bodenkultur, Institut für Meteorologie (BOKUmet) Herbert Formayer, Irene Schicker, Wegener Center für Klima und Globalen Wandel, Univ. Graz (WegCenter) Andreas Gobiet,, Andreas Prein, Martin Schuklitsch Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik Wien Wolfgang Schöner,. Christoph Matulla, Ivonne Anders Gefördert aus Mitteln des Klima- und Energiefonds der Bundesregierung, Austrian Climate Research Programme ACRP

3 Beweggrund Bisher keine langjährigen österreichischen Klimasimulationen für die Zukunft Hoch aufgelöste Klimasimulationen anderer Modelliergruppen in Europa haben jeweils ihren nationalen Fokus: die zentralen Modellregionen decken Österreich dabei nicht ab. Deren Ergebnisse zeigen an den Modellrändern (wo Österreich liegt) größere Unsicherheiten und gelegentlich geringere Plausibilität (z.b. REMO). Klimasimulationen in mittlerer Auflösung für Europa sind zu grob für kleinräumige Aussagen. Das Vorgängerprojekt reclip:more beschränkte sich auf Szenarien für 2 Dekaden, nutzte z:t: andere Regionalmodelle und basiert auf einem heute weniger aktuellen Treibhausgasanstiegsszenario (IS92a business as usual).

4 Projektziele Erarbeiten von Next Generation Austrian Climate Scenarios : ein für Österreich maßgeschneidertes Ensemble geprüfter Klimaszenarien mit dem Fokus Alpenraum und Österreich in bestmöglicher räumlicher Auflösung begleitende Evaluierungen und Darstellung der Unsicherheitsbandbreiten. Validierte Datensätze mit ausgewählten Inhalten für die Klima- / KlimafolgenforscherInnen - Community bereitzustellen. Andere ForscherInnengruppen bei ihren Arbeiten mit Daten zu unterstützen, um damit künftige CC-Effekte kleinräumig abzuschätzen. Und - durch eigene Modellergebnisse die österreichische Community besser in die Lage zu versetzen, sich an internationalen Projekten zu beteiligen und mehr internationale Forschungsmittel zu akquirieren.

5 Aufgabe Berechnung eines kleinen Ensembles von 4 (5) Klimaszenarien: mit verschiedenen regionalen Klimamodellen: COSMO CLM, MM5 für einen durchgehenden Zeitraum wird erweitert auf 2100 unter Verwendung verschiedener Antriebsdaten: ERA40, ECHAM5, HADCM3 für verschiedene Treibhausgasszenarien: IPCC A1b, B1 - wird erweitert um B2 durchgeführt auf unterschiedlichen Hardwareplattformen der Projektpartner Detaillierte Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen mit einem einheitlichem Set an Vergleichsdaten: HISTALP (ZAMG), CRU (U Norwich), Frei (ETHZ) für ex post Vergleich und ENSEMBLES Modellläufe für ex ante Vergleich Bereitstellung ausgewählter Ergebnisse für Wissenschaft und Öffentlichkeit

6 Ensemble-Struktur ein GHG-Szenario (A1b) mit 3 RCM-GCM Kombinationen / mit 2 RMCs zu rechnen, ein 2. GHG-Szenario (B1) mit einer bekannten RCM-GCM Kombination. Ensembles, Bearbeiterteams Phase 1 Regionalmodell COSMO CLM Antriebsdaten hindcast control run scenario-runs ERA40 Reanalysedaten (ZAMG) A1B B1 ECHAM5 HADCM3 Regionalmodell MM (Wegener Center) (AIT) (Wegener Center) (AIT) Antriebsdaten hindcast control run scenario-runs (ZAMG) ERA40 Reanalysedaten ECHAM (BOKUmet) A1B B (BOKUmet) (BOKUmet) Konzept: AIT, Wegener Center

7 Ensemble-Auswahl: Wahl der Antriebsdaten für die Regionalmodelle Kriterium: simulierter Temperaturanstieg bei gleichem Treibhausgasanstieg (A1B) Temperaturanstieg über Europa nach HADCM3 und ECHAM5 RUN2 (2001 bis 2050) HADLEY CM3 ECHAM5 Run 2 Temperaturverlauf aller CMIP3 Modelle über Europa (2001 bis 2050). :ECHAM5 orange, HADCM3 rot markiert. (Prein A., 2009, Wegener Center) Eingesetzte GCM-Daten: ECHAM5 T63/180km, HADCM3 T42/250km )

8 Domains: zu modellierender Bereich wegen grober GCM Auflösung (T42, T63): 2faches Nesting der Regionalmodelle Setup für COSMO CLM: EU-Domain: von Island / Russland bis Nordafrika mit 104 x 104 Gitterpunkten mit einer Auflösung von 0,44 Grad (~50 km) ALPS- Domain: vom Golf von Lyon bis Budapest, von Korsika bis Südpolen, mit 125 x 110 Gitterpunkten mit einer Auflösung von 0,09 Grad (~10 km) (MM5-ALPS Domain weitgehend ident.) Darstellung: Wegener Center, Graz

9 COSMO Modell-setup option model version time integration scheme value cosmo_090213_4.8_clm6 int2lm_090213_1.9_clm4 Runge-Kutta grid spacing 50km (0.44deg) 10km (0.09deg) domain (grid points) 104 x 104 x x 110 x 32 time step 360 s 80 s convection scheme Kain-Fritsch microphysics turbulence soil 1-moment cloud ice scheme with prognostic cloud water and cloud ice, prognostic rain/snow and transport of rain/snow TKE based turbulence scheme including sub-grid scale effects of condensation/evaporation multi layer soil model TERRA_ML using 9 soil layers

10 Projektablauf: 11/2008 3/2010 Projektende: 10/2010

11 Stand der Bearbeitung transiente Modellläufe Modellruns Herbst Winter März April Mai Juni ZAMG ZAMG BOKUmet BOKUmet Hindcast runs , Domain ERA40 / COSMO, EU ERA40 / COSMO, ALPS ERA40 / MM5 EU ERA40 / MM5 ALPS WegCenter WegCenter BOKUmet BOKUmet AIT AIT WegCenter WegCenter BOKUmet BOKUmet AIT AIT Contro run ECHAM5 / COSMO EU ECHAM5 / COSMO ALPS ECHAM5 / MM5 EU ECHAM5 / MM5 ALPS HADCM3 / COSMO EU HADCM3 / COSMO ALPS Szenario runs A1B ECHAM5 / COSMO, EU ECHAM5 / COSMO, ALPS ECHAM5 / MM5, EU ECHAM5 / MM5, ALPS HADCM3 / COSMO EU HADCM3 / COSMO ALPS ZAMG ZAMG Szenario runs B1 ECHAM5 / COSMO EU ECHAM5 / COSMO ALPS

12 Setup-tests / Evaluierungen Beispiel ERA40 run (1) Mehrere Testläufe für eine 3- Jahres Periode ( ) um geeignetes Setup zu finden. Temperatur CLM : deutlicher cold-bias (Sommer weniger, Winter mehr) Ab CLM Version 4 (Einführung des Runge-Kutta-Schemas) zusätzlich noch abhängig vom internen Zeitschritt Simulation, Mapping by AIT

13 Setup-tests / Evaluierungen Beispiel ERA40 run (2) Saisonaler Niederschlag: Im Winter deutliche Defizite vor allem im Norden, Osten und in den Alpen Im Frühling im Südosten Über-, im Norden Unterschätzung Im Sommer indifferentes Bild Im Herbst Niederschlag generell zu gering außer in Osteuropa Simulation, Mapping by AIT

14 Evaluierung: reclip:century CLM run Temperaturdifferenz ( hindcast versus E-Obs) Simulation by ZAMG, Maps WegCenter

15 Vergleich: ENSEMBLES CLM run : Temperaturdifferenz ( hindcast versus E-Obs) Simulation by ETHZ (in ENSEMBLES)

16 Evaluierung: reclip:century CLM run Niederschlagsdifferenz ( hindcast versus E-Obs) Simulation by ZAMG, Maps WegCenter

17 Vergleich: ENSEMBLES CLM run : Niederschlagsdifferenz ( , hindcast versus E-Obs) Simulation by ETHZürich, Maps WegCenter

18 Reclip:century Evaluierungsergebnisse bisher (4.8_clm 6 reclip:century model runs (European Domain) versus CLM 3 from ENSEMBLES Model runs) ( , Referenz: E-Obs) (Analysen: WegCenter) Kein osteuropäischer sommerlicher dry bias (bei Temp. & Niederschlag) wet bias im Winter vermindert cold bias im Winter größer

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Geplanter Projektabschluss / Datenverfügbarkeit Oktober 2010 reclip:century 2 - Förderung zugesagt: Ensemble Simulationen bis 2100, Erzeugen eines weiteren GHG-Scenarios: B2 Projekt website (auch für Vorprojekt reclip:more): mails:

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