Validierung von Klimamodellniederschlägen

Transkript

1 Validierung von Klimamodellniederschlägen Erkenntnisse für die Interpretation von Klimafolgenabschätzungen in Niedersachsen U. Petry, M. Wallner, J. Dietrich, U. Haberlandt, M. Anhalt, K. Förster - 1 -

2 Gliederung 1) Ansätze zur Bewertung von Klimamodelldaten 2) Validierung von Klimamodellniederschlägen am Beispiel des Aller-Leine Einzugsgebietes in Niedersachsen Motivation Betrachtungsraum und Datengrundlage Vorgehen und Methoden 3) Ergebnisse der Validierung 4) Fazit - 2 -

3 1) Ansätze zur Bewertung von Klimamodelldaten Integrativer Ansatz zur Beurteilung von Klimafolgenabschätzungen (u.a. nach Bronstert et al. 2007, Merz et al. 2012, Rahmstorf 2013): Validierung der Modelldaten mittels Beobachtungsdaten Wiedergabe statistischer Größen (räumlich-zeitliche Variabilität) Modellphysik, d.h. Abbildung vom Prozessverständnis Berücksichtigung physikalischer Zusammenhänge Konsistenz der Szenarien-Ergebnisse, d.h. des zukünftigen Änderungssignals Übereinstimmung von verschiedenen Modellen - 3 -

4 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Motivation: Aufgabe: Simulation der zukünftigen hydrologischen Verhältnisse im Einzugsgebiet von Aller und Leine (Forschungsprojekt KliBiW) Frage: Einschätzung der Sicherheit und Robustheit der Ergebnisse aus der Impaktmodellierung (Eignung für Anpassungsmaßnahmen?) Fokus: Hochwasser, Mittelwasser, (Niedrigwasser) Ziel: Validierung von Klimamodellniederschlägen (wesentliche Eingangsgröße) auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen - 4 -

5 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Betrachtungsraum: Teilgebiet Größe [km²] Aller-Leine Aller Leine Ob. Leine 990 Nette 300 Schunter 290 Böhme 290 Südaue 190 Sieber 130 Niedersachsen Aller-Leine Gebiet mit Teileinzugsgebieten - 5 -

6 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Datengrundlagen: Niederschlagsdaten: Zeitraum Tageswerte Referenzdatensatz: 770 Stationszeitreihen des DWD für Nds (ca. 250 Stationen im ALO-Gebiet) Klimamodelldatensätze: REMO (UBA), ECHAM5 Lauf 1, A1B (10km Raster) REMO (BfG), ECHAM5 Lauf 2, A1B (10km Raster) WETTREG 2006, ECHAM5 Lauf 1, A1B (243 Stationen, ca. 74 im ALO-Gebiet) - 6 -

7 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Datenaufbereitung (am Beispiel von WETTREG): Stationszeitreihen (74) Richter-Korrektur Beobachtung WETTREG2006 Keine Bias- Korrektur der Modelldaten Geostatistische Interpolation Rasterzeitreihen (628) Gebietsmittelbildung Teilgebietszeitreihen (9) - 7 -

8 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Klima-Indizes Gütekriterien Kenngröße Niederschlag Langjährige saisonale Mittel Jährliche Serie Mittel Langjährige saisonale Maxima Jährliche Serie Maxima Langjährige saisonale Anzahl Trockentage Jährliche Serie max. Dauer Trockenphasen Wasserhaushalt Mittelwasser Mittelwasser Hochwasser Hochwasser Niedrigwasser Niedrigwasser Nash-Sutcliffe [-] NSC (ln) Relativer (Volumen)Fehler [%] - 8 -

9 2) Validierung am Beispiel des Aller-Leine Gebietes Charakterisierung der Modelldaten durch die Gütekriterien (Bsp.): NSC: UBA 0,58 BfG 0,04 W06 0,71 NSC (ln): UBA 0,51 BfG 0,00 W06 0,76 VEr: UBA 10,2 BfG 16,6 W06-7,6-9 -

10 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Jahresmittelwerte, N > 0mm/d): NSC ΔNSC VEr

11 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Jahresmittelwerte, N > 0mm/d): NSC ΔNSC VEr

12 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Jahreshöchstwerte, Tagesbasis): NSC ΔNSC VEr

13 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Jahreshöchstwerte, Tagesbasis): NSC ΔNSC VEr

14 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Trockenphasen, N < 1mm/d): NSC ΔNSC VEr

15 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag (Trockenphasen, N < 1mm/d): NSC ΔNSC VEr

16 3) Ergebnisse der Validierung Niederschlag Zusammenfassung: Wie machen sich die Abweichungen bei den Modellniederschlägen in der Impaktmodellierung bemerkbar?

17 3) Ergebnisse der Validierung Vergleich Modellgüte Niederschlag Abfluss (NSC): Mittlerer Niederschlag 1-Tag Maximalwerte Dauer Trockenphasen Jahres MQ Jahres HQ MN7Q Niederschlag Abfluss

18 4) Fazit Differenzierte Einschätzung der Modellaussagen bei Extremen (Maxima bzw. Trockentage) extremen Ausprägungen einer Kenngröße (trockene Jahre, große Maxima, lange Trockenphasen) Sommerniederschlägen kleinen Teilgebieten (Stations- / Rasterdichte) Spezifische Unterschiede: REMO-UBA meist zu extrem (Maxima, Trockenphasen) REMO-BfG meist zu nass (Mittelwerte, Trockenphasen) WETTREG2006 meist zu homogen (Maxima, Trockenphasen)

19 4) Fazit Konsequenzen für die Klimafolgenabschätzung: Modellunsicherheiten ermöglichen keine exakten Klimavorhersagen Einschätzung anhand Tendenzen und Robustheit von Signalen Grenzen von Klimamodelle berücksichtigen (Raum- / Zeitskala) Wichtige Hinweise: Ergebnisse aus Validierung nicht direkt auf Zukunft übertragbar Vergrößerung des Modell-Ensembles für robuste Aussagen notwendig

20 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Uwe Petry Hochwasservorhersagezentrale In Kooperation mit Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau Leichtweiß-Institut für Wasserbau, Abt. Hydrologie, Wasserwirtschaft und Gewässerschutz