Natürliche Unsicherheiten und. systematische Abweichungen regionaler Klimaprojektionen. BTU Cottbus, Lehrstuhl Umweltmeteorologie

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Holger Winter
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1 DACH Bonn Natürliche Unsicherheiten und systematische Abweichungen regionaler Klimaprojektionen K.S. Radtke, K. Keuler BTU Cottbus, Lehrstuhl Umweltmeteorologie

2 Einige Aspekte zu Unsicherheiten in Klimasimulationen 1. Teil: Unsicherheit von Klimasimulationen, natürliche Variabilität Abweichung der Simulation von Beobachtungen 2. Teil: Problem der Bias-Korrektur

3 1. Teil: Unsicherheit von Klimasimulationen natürliche Variabilität Abweichung der Simulation von Beobachtungen

4 Unsicherheit der Simulationsergebnisse 2m- Temperatur Wovon hängen Simulationsergebnisse ab? Region, hier: Deutschland Mittlungsperiode, hier zunächst: 30 Jahre Mittlungszeitraum: und a-Klimaänderungssignal Modell: Globales Modell: ECHAM5/MPIOM RCM: CLM, Remo Szenario, hier: A1B Genauigkeit der Modells: Modellfehler Natürliche Variabilität

5 C20, 2m-Temperatur, Beobachtungen CRU005 ECAD03 PIK001 ERA Temperatur in K Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

6 C20, 2m-Temperatur, Abweichung der Modelle von Beobachtungen, A1B, Realisierung ECHAM5 CRU005 ECAD03 PIK001 ERA Temperatur in K Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

7 C20, 2m-Temperatur, Abweichung der Modelle von Beobachtungen, A1B, Realisierung CLM Remo ECHAM5 CRU005 ECAD03 PIK001 ERA040 Temperatur in K Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

8 C20, 2m-Temperatur, Abweichung der Modelle von Beobachtungen, A1B, Realisierung 1 und 2 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 CLM_C20_1 Remo_C20_1 ECHAM5_C20_1 CLM_C20_2 Remo_C20_2 ECHAM5_2 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Mittlere monatliche Abweichung Δ M = A m B m = m 1-1,0-1,5-2,0-2,5 CLM: 0,78K / 0,93K Remo: 0,81K / 0,48K Jahresmittelwert ECHAM5: 0,83K / 0,79K CLM: -0,59K / -0,85K Remo: +0,74K / +0,31K ECHAM5: -0,12K / -0,41K Temperaturdifferenz in K

9 C20, 2m-Temperatur, Unschärfe im simulierten C20-Klima, Natürliche Variabilität, CLM und Remo CLM_C20_1 CLM_C20_2 CLM_C20_3 Remo_C20_1 Remo_C20_ Temperatur in K Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez CLM: Remo: ECHAM5: ΔM : 0,34K 0,46K 0,55K 0,44K Jahresmittelwert: 0,06K 0,32K 0,43K 0,29K

10 Klimaänderungssignal für verschiedene Modelle, A1B, 70a 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 A1B, 70a, Realisierung 1 3,5 CLM Remo 3,0 ECHAM5 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 A1B, 70a, Realisierung 2 CLM Remo ECHA M5 0,0 0,0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Temperaturänderung in K Temperaturänderung in K Unterschied des Klimaänderungssignals CLM vs. Remo 3,5 3,0 2,5 CLM_A1B Remo_A1B ΔM : 0,13K 0,29K Jahresmittelwert: 0,03K 0,14K 2,0 1,5 1,0 0,5 Temperaturänderung in K 0,0-0,5 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez -1,0

11 Zusammenfassung: Unsicherheiten ΔM Abweichung des simulierten C20-Klimas CLM: 0,78K / 0,93K von den Beobachtungen Remo: 0,81K / 0,48K ECHAM5: 0,83K / 0,79K Unsicherheit des simulierten C20-Klimas CLM: 0,34K / 0,46K Remo: 0,55K ECHAM5: 0,44K Unterschied der Klimaänderungssignale CLM vs. Remo (gleicher Realisierung) 0,13K 0,29K

12 2.Teil: Problem der Bias-Korrektur

13 Motivation: BIAS-Korrektur: Impact-Modelle Auswirkung des Klimawandels auf den Ertrag von Winterweizen Ertrag in t/ha A1B A1Bcor C20 C20cor OBS 0 Franz Badeck, PIK

14 Motivation: Berechnung einer BIAS-Korrektur 2m-Temperatur, Trend, CLM B1_1 A1B_1 B1_2 A1B_2 C20_3 Temperatur in K cor = OBS - Modell Wert = Modell + cor

15 C20, 2m-Temperatur, Modellfehler abhängig vom Mittlungszeitraum (30a- Mittel) 282,4 282,2 282,0 281,8 281,6 281,4 281,2 281,0 CRU005 ECHAM_1 ECHAM_2 ECHAM_3 30a-Mitteltemperatur in K 280,8 280,

16 C20, 2m-Temperatur, Modellfehler abhängig vom Mittlungszeitraum (30a- Mittel) 282,4 282,2 282,0 281,8 281,6 281,4 281,2 281,0 CRU005 ECHAM_1 ECHAM_2 ECHAM_3 30a-Mitteltemperatur in K 280,8 280, ,65K +0,21K +0,54K +0,29

17 C20, 2m-Temperatur, Modellfehler abhängig vom Mittlungsperiode 283,5 283,0 282,5 282,0 281,5 281,0 3,0 2,0 1,0 0,0 ECHAM_1 Min ECHAM_1 Max ECHAM_2_Min ECHAM_2 Max ECHAM_3 Min ECHAM_3 Max ,5 280,0 279,5 Beobachtungsdaten ,0-2,0-3,0 Abweichung der Simulationen von Beobachtungsdaten 2,0 1,5 1,0 ECHAM_Mittel Min ECHAM_Mittel Max 4,0 3,5 3,0 Abweichung von Beobachtungsdaten (max-min) ECHAM_Mittel 0,5 2,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2, Abweichung des Ensemblemittels 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Unsicherheitsbereich des Ensemblemittels

18 Korrektur des Jahresganges: Abweichung ECHAM5 Beobachtungen, 30a-Mittel, C20 2,5 2,0 1,5 ECHAM_1 ECHAM_2 ECHAM_3 1,0 0,5 0,0-0,5 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez -1,0-1,5-2,0

19 Zusammenfassung C20: Abweichung des simulierten Klimas von den Beobachtungen ist größer als natürliche Unsicherheit Unsicherheit des simulierten Klimaänderungssignals ist klein gegen Unsicherheit der Klimamittel selbst: die Änderungssignale sind stabiler wenn möglich Verwendung von Klimaänderungssignalen (sicherer) der Verwendung des Originaloutputs vorzuziehen 30a-Mittel als Basis einer Bias-Korrektur unterliegt immer noch einer interdekadische Variabilität bei Verwendung von nur einer Realisierung sind noch Unsicherheiten von bis zu 0,65K in der Korrektur möglich bei Verwendung des Ensemblemittels: 0,45K möglichst lange Zeiträume und viele Realisierungen nutzen Verbesserung des Jahresganges möglich

20 Vielen Dank!

21 Zusatz

22 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0 B1, 70a, Realisierung 1 CLM Remo ECHAM5 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 B1, 70a, Realisierung 2 CLM ECHAM5 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Temperaturänderung in K Temperaturänderung in K

23 Niederschlag A1B, 100a Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez CLM Remo ECHAM A1B, 70a Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez CLM Remo ECHAM5 Niederschlagsänderung in mm Niederschlagsänderung in mm CLM Remo ECHAM5 CRU005 ECAD03 PIK001 GPC005 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

24 Modellfehler abhängig vom Mittlungszeitraum (trendbereinigt) 1,0 0,9 0,8 0,7 ECHAM_1 ECHAM_2 ECHAM_3 ECHAM_Mittel 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,

25 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8 Differenz ECC20-CRU005 (original vs. terndber.) ECC201 ECC202 ECC203 ECC201 ECC202 ECC203

26 Modellfehler abhängig vom Mittlungszeitraum 282,4 282,2 282,0 281,8 CRU005 ECHAM_1 ECHAM_2 ECHAM_3 281,6 281,4 281,2 281,0 280,8 280, ,65K +0,19K +0,36K +0,49 30a-Mitteltemperatur in K

27 Modellfehler abhängig vom Mittlungszeitraum 282,0 30-Jahresmittelwerte (trendbereinigt) 281,8 281,6 CRU005 ECC201 ECC202 ECC ,4 281,2 281,0 280,8 280, ,65K +0,21K +0,54K +0,29

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