Herbert Formayer Gute Praxis in der Übertragung von Ergebnissen von Klimamodellen auf lokale Gebiete

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1 Gute Praxis in der Übertragung von Ergebnissen von Klimamodellen auf lokale Gebiete Universität für Bodenkultur, Wien Institut für Meteorologie (BOKU-Met) & Zentrum für globalen Wandel und Nachhaltigkeit Herbert Formayer IPCC Sonderbericht Wien,

2 Vom Globalen Klimamodell zur lokalen Klimaanalyse Problem räumliche Auflösung Regionalisierung Problem Modellfehler Fehlerkorrektur/Lokalisierung Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen, die nicht aufgelöst werden Problem Selbstverstärkung

3 Problem räumliche Auflösung Nur globale gekoppelte Klimamodelle können für die Quantifizierung der Klimawirkung der Treibhausgase verwendet werden. Typische räumliche Auflösung dieser Modelle - mehrere hundert Kilometer Quelle: Henderson Sellers, 2005

4 Problem räumliche Auflösung Raster eines gekoppelten GCMS

5 Problem räumliche Auflösung Regionalisierung mittels statistischem downscaling: Diese Methode verknüpft großräumige meteorologische Felder mit lokalen Beobachtungsdaten Gut geeignet für die Ableitung von saisonalen bis monatlichen Daten, jedoch eher schlecht bei höherer zeitlich Auflösung

6 Problem räumliche Auflösung Regionalisierung mittels dynamischen downscaling regionale Klimamodellierung

7 Problem räumliche Auflösung Derzeitige regionale Klimamodell haben eine räumliche Auflösung von 10 km (reclip:century) und können dadurch Gebirgseffekte der Alpen wesentlich besser abbilden. Sie liefern zeitlich hoch aufgelöste (1 h), flächendeckende, physikalisch konsistente Information über viele meteorologische Felder. Leider reicht die Qualität der Modelle derzeit nicht aus um die Ergebnisse direkt zu verwenden.

8 Niederschlagsfehler in RCMs Winter (Okt-Mar) Niederschlag (oben ALADIN unten RegCM3) 8

9 Temperaturfehler in RCMs links Winter, rechts Sommer (oben ALADIN unten RegCM3)

10 Herbert Formayer m o m o a x x y F y F y f ) ( ) ( ) ( 1 1 Additiv: Temperatur Multiplicativ: Niederschlag m o m o m x x y F y F y f ) ( ) ( ) ( 1 1 Beispiel Quantile mapping Problem räumliche Auflösung - Fehlerkorrektur Man benötigt hinreichend lange (> 20 a) flächendeckende Zeitreihen auf Tagesbasis, ansonsten nur an Stationen möglich.

11 Niederschlagsfehler in RCMs links fehlerkorrigiert rechts Original (oben ALADIN unten RegCM3)

12 Problem räumliche Auflösung - Lokalisierung Selbst die derzeitige räumliche Auflösung der RCMs reicht nicht aus, um alpine Täler richtig abzubilden (Beispiel links Temperatur bei einer Auflösung mit 25 km)

13 Problem räumliche Auflösung - Lokalisierung Temperaturanalyse mit 1 km Auflösung (INCA- ZAMG). Erst mit dieser Auflösung kommen auch inneralpine Strukturen heraus. (Daten auf Tagesbasis seit 2003)

14 Problem räumliche Auflösung - Lokalisierung Übertragung der Strukturen auf Szenarien: Keine räumlich/zeitlich konstanten Temperaturgradienten Dadurch sowohl Jahreszeitliche als auch topografische Unterschiede der Inversionen reproduziert

15 Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen die nicht aufgelöst werden Nicht alle Extremereignisse können von GCMs/RCMs gleich gut reproduziert werden. Extremereignisse, die direkt von der Temperatur abhängen (Hitze, heiße Nächte etc.) werden von der Modellen gut abgebildet und Aussagen hierzu sind belastbar

16 Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen die nicht aufgelöst werden Auch großflächige Extremereignisse wie lang anhaltende Schönwetterperioden (Dürre) oder Landregen werden gut abgebildet Extremereignisse die indirekt von der Temperatur abhängen sind ebenfalls stärker belastbar. Dazu gehören Phänomene die durch Gletscher- und Permafrostrückgang verursacht werden, aber auch kleinräumige Starkniederschläge

17 Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen die nicht aufgelöst werden

18 Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen die nicht aufgelöst werden Man muss daher davon ausgehen, dass wenn Gewitter auftreten, höhere Niederschlagsintensitäten vorkommen können. Diese sind jedoch in den Modellen nicht richtig abgebildet, und werden auch nicht durch die Fehlerkorrektur und Lokalisierung verbessert. Dieses Phänomen ist in den Szenariendaten nicht enthalten und wird daher bei einer nachgeschalteten hydrologischen Modellierung nicht berücksichtigt.

19 Problem Extremereignisse Umgang mit Prozessen die nicht aufgelöst werden Aussagen zu Extremereignisses von nicht aufgelösten Prozessen müssen daher indirekt untersucht werden. Etwa durch Analyse der vertikalen Schichtung (Gewitterindizes wie CAPE oder Showalter) Dies gilt für Aussagen zu kleinräumigen Stürmen und - Niederschlägen, aber auch zu Phänomenen wie Föhn und Cut-off lows über dem Alpenraum (extreme Mittelmeertiefs)

20 Problem Selbstverstärkung Quelle: Lenton et al., 2008

21 Arktisches Meereis Quelle: The Copenhagen Diagnoses 2009

22 Schlussfolgerungen: Die Klimamodellierung (global und regional) hat in den letzten Jahrzehnten große Fortschritte erzielt. Dennoch sind die Modelle noch nicht so gut, dass die Ergebnisse direkt für lokale Interpretationen oder als Basis für lokale Modellierungen verwendet werden können. Eine statistische Nachbearbeitung (Fehlerkorrektur und Lokalisierung) ist unerlässlich

23 Schlussfolgerungen: Diese Aufbereitung benötigt Wissen über die Fähigkeiten und Probleme der Klimamodelle Zu Aussagen von bestimmten Extremereignissen reicht eine reine statistische Nachbearbeitung nicht aus. Hier muss eine Analyse des meteorologischen Phänomens erfolgen. Bei interdisziplinären Klimafolgenprojekten sollte bereits bei der Projektplanung die Verfügbarkeit und Belastbarkeit der Klimaszenarien mitberücksichtigt werden.

24 Schlussfolgerungen: Auswirkungen von Selbstverstärkungen (Tipping Points) können nur durch dynamische Modelle abgeschätzt werden. Hier muss auf eine Verbesserung hauptsächlich der globalen Modelle hingearbeitet werden. Der derzeit beobachtet Rückgang des arktischen Eises wird von den GCMs erst etwa um die Mitte des Jahrhundert erwartet. Welche konkreten Auswirkungen der rasche Eisrückgang auf die Zirkulation der Nordhemisphäre hat Wien; ist schwer abschätzbar.

25 Es ist durchaus möglich, dass der Klimawandel zumindest auf der Nordhalbkugel deutlich schneller fortschreiten wird, als es die derzeitigen Klimamodelle zeigen. Sollten Kippeffekte zum Tragen kommen, können sich die regionalen Auswirkungen deutlich verändern.

26 Universität für Bodenkultur Wien Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt Institut für Meteorologie & Zentrum für globalen Wandel und Nachhaltigkeit Herbert Formayer Peter Jordan Straße 82, A-1190 Wien Tel.: , Fax: herbert.formayer@boku.ac.at, Danke für Ihre Aufmerksamkeit!