Regionale Klimaprojektionen und ihre Unsicherheiten

Transkript

1 Das Klima der Alpen im 21. Jahrhundert Regionale Klimaprojektionen und ihre Unsicherheiten Sven Kotlarski 1 Andreas Gobiet 2 Prisco Frei 1,3 Jan Rajczak 3 1 Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie, MeteoSchweiz 2 Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik ZAMG, Graz 3 Eidgenössische Technische Hochschule ETH, Zürich Dank an Iris Feigenwinter Ana Casanueva Moritz Pickl

2 Übersicht Zusammenfassung & Ausblick Klimaimpakts auf lokaler Skala Nachbearbeitung Klimaprojektionen Alpenraum Ausgewählte Ergebnisse Regionale Klimaprojektionen Grundlagen

3 Übersicht Regionale Klimaprojektionen Grundlagen

4 Temperaturentwicklung Schweiz Jährliche Anomalien [ C] gegenüber der 20 wärmsten Jahre

5 Temperaturentwicklung Schweiz Jährliche Anomalien [ C] gegenüber ca C Signifikante Änderungen in weiteren Grössen und Indikatoren Zukunft: Physikalisch basierte Klimamodelle Was wäre wenn?????

6 grundlegende Prozesse: global

7 Modellorographie MPI-ESM-LR, Grobe räumliche Auflösung (Rechenzeit!) Klima im alpinen Raum? Extreme?

8 Regionale Klimamodelle als «Lupe» Globale Klimamodelle als Randantrieb (Nestung): Regionale Klimaprojektionen räumliche Auflösung km

9 Projektions-Unsicherheiten Unsicherheiten durch Modellwahl, Modellsetup Treibhausgasszenario, interne Klimavariabilität etc. Beschreibung durch grosse koordinierte Modellensemble Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment EURO-CORDEX: Europäischer Ableger >100 regionale Klimaszenarien für Europa auf 12 und 50 km Auflösung Drei Treibhausgaszenarien: RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5 Frei verfügbar (ESGF) Grundlage ÖKS15, CH2018 Grundlage dieses Vortrags

10 Alpenorographie EURO-CORDEX 12 km

11 Übersicht Klimaprojektionen Alpenraum Ausgewählte Ergebnisse Regionale Klimaprojektionen Grundlagen

12 Temperaturänderung Alpen Nord-Ost Gegenüber Modellunsicherheit und interne Variabilität Szenariounsicherheit

13 Temperaturänderung gegenüber , Ensemble-Mittelwert RCP 2.6 RCP 4.5 RCP 8.5 Starke Erwärmung in mittleren bis grossen Höhen Regionale Schnee-Albedo Rückkoppelung?

14 Temperaturänderung gegenüber , RCP8.5 Ensemble Minimum Ensemble Maximum Modellunsicherheit ist zwingend zu berücksichtigen!

15 Niederschlagsänderung gegenüber , RCP8.5 Ensemble Mittelwert Ensemble Minimum Ensemble Maximum «Neu»: Sommerliche Niederschlagszunahmen möglich Zunahme von Niederschlagsextremen auch im Sommer (Rajczak et al., JGR, 2017) Deutliche Reduktion des Schneefalls. Leichte Zunahme in grossen Höhen im Zentralwinter möglich (Frei et al., The Cryosphere, 2018) Ähnliche Muster aber kleinere Signale für RCP2.6 und RCP4.5

16 Szenarien Schneebedeckung RCP8.5, mittleres SWE Sep-Mai, gegenüber

17 Szenarien Schneebedeckung RCP8.5, mittleres SWE Sep-Mai, gegenüber

18 Übersicht Klimaimpakts auf lokaler Skala Nachbearbeitung Sind Klimamodelldaten direkt nutzbar? Klimaprojektionen Alpenraum Ausgewählte Ergebnisse Regionale Klimaprojektionen Grundlagen

19 Verbleibender Skalensprung -> statistisches Downscaling Systematische Modellfehler auch auf aufgelöster Skala -> Bias-Korrektur Neue Schweizer Klimaszenarien CH2018 Quantile Mapping Abbildung: S. Gruber, Univ. Zurich / Carleton University

20 Hitzestress Anzahl Tropennächte (T min > 20 C) pro Jahr, RCP8.5, Ensemble median

21 Temperatur- und Niederschlagsjahresgang Zürich Heute ( ) und Zukunft ( ) Niederschlag [mm/tag] Temperatur [ C] heutiges Klima

22 Temperatur- und Niederschlagsjahresgang Zürich Heute ( ) und Zukunft ( ) Temperatur [ C] Klimaanaloge Wohin geht die Reise? z.b. Dahinden et al, ERL, 2017 Kriterium: Maximale Ähnlichkeit der vier saisonalen Mittelwerte von Temperatur und Niederschlag (Ensemble Median) Niederschlag [mm/tag] heutiges Klima

23 2600 mögliche Analoge

24 Klimaanaloge Alpenraum RCP8.5, Ende 21. Jahrhundert, Kriterien: Temperatur und Niederschlag Gipfelregionen: Analoge finden sich oft im Alpenraum selbst, jedoch in tieferen Lagen

25 Verschiebung Nullgradgrenze Mittlere winterliche Nullgradgrenze, RCP8.5 Höhe Nullgradgrenze [m] Ensemble Median Ensemble Spannweite (5-95 Perzentil) ca m

26 Übersicht Zusammenfassung & Ausblick Klimaimpakts auf lokaler Skala Nachbearbeitung Klimaprojektionen Alpenraum Ausgewählte Ergebnisse Regionale Klimaprojektionen Grundlagen

27 Regionale Klimamodelle als Werkzeuge zu Klima- und Klimafolgenforschung im Alpenraum Temperaturänderung bis 2099 [ C] Modellensemble quantifizieren Projektionsunsicherheiten Alpen Nord-Ost Niederschlagsänderung bis 2099 [%] Nachbearbeitung (Downscaling, Fehlerkorrektur) Klima der (Vor-)Alpen wandert südwärts Gipfellagen «nach unten»

28 Regionale Klimamodelle als Werkzeuge zu Klima- und Klimafolgenforschung im Alpenraum Temperaturänderung bis 2099 [ C] Modellensemble quantifizieren Projektionsunsicherheiten Alpen Nord-Ost Niederschlagsänderung bis 2099 [%] Konvektionsauflösende Szenarien (Vor-)Alpen wandert auf der km-skala Statistische Nachbearbeitung, südwärts inklusive Ensemblereduktion Gipfellagen «nach unten» Nachbearbeitung Nutzerschnittstellen (Downscaling, Fehlerkorrektur) Ausblick Klima der Koordinierte Szenarien für den Alpenraum (DACH etc.)

29 RCP8.5 Eine fehlerkorrigierte EURO-CORDEX Modellsimulation Vielen Dank!