Regionale Klimaszenarien für Hessen unter besonderer Beachtung der Simulation von Extremen W. Enke, F. Schneider, A.Spekat Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH
Frank Kreienkamp Geschäftsführer Wolfgang Enke F.-W. Gerstengarbe Werner Lahmer Peter Werner Arne Spekat Manfred Stock
Motivation
0275 Überschwemmung in Dresden bei der Jahrhundertflut 2002
0669 Düsseldorf am Rhein im Sommer 2003
Statistik der Naturkatastrophen Dekade 1950-59 Dekade 1960-69 Dekade 1970-79 Dekade 1980-89 Dekade 1990-99 letzte 10 Jahre Anzahl 20 27 47 63 91 60 Volkswirtschaftliche Schäden 42.7 76.7 140.6 217.3 670.4 514.5 Versicherte Schäden - 6.2 13.1 27.4 126.0 83.6 Schäden in Milliarden US$ (in Werten von 2003) nach: Münchener Rück, TOPICSgeo 2004
Länge der arktischen Schmelzsaison bei Meereis 80 Anzahl der Schmelztage 70 60 50 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 Quelle: D. M. Smith 1998
Einschränkungen auf dem Weg zu einer regionalen Klimaprognose
Anstieg der CO 2 Emissionen für die unterschiedlichen Szenarien (IPCC 2001)
Erwartete Änderungen der globalen Mitteltemperatur bis 2100 für 7 Szenarien
Quelle: Deutscher Wetterdienst
WETTREG Methodik Herleitung der objektiven Wetterlagen auf der Basis der NCEP/NCAR Reanalysen und des ECHAM4-OPYC3 Klima-Simulationslaufes
Ausschnitt und geographische Lage der äquidistanten Gitterpunkte zur Ableitung der objektiven Wetterlagen
Präsentation der Strömungsmuster der Wetterlagen geordnet von kalt nach warm für den Sommer (siehe Film 1) und den Winter (siehe Film 2)
[%] 1965 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 [%] 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Szenario A2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 kalt Wetterlage warm Häufigkeitsverteilung der auf das Temperaturregime optimierten Wetterlagen Szenario B2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 kalt Wetterlage warm Häufigkeit der Temperatur Wetterlagen von 1960 bis 2100 (1960-2000 NCEP/NCAR Analysen; 2001-2100 ECHAM4-OPYC3 GCM-Läufe) SOMMER
[%] 1965 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095 [%] 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Szenario A2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 kalt Wetterlage warm Szenario B2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 kalt Wetterlage warm Meteo-Research Häufigkeit der Temperatur Wetterlagen von 1960 bis 2100 (1960-2000 NCEP/NCAR Analysen; 2001-2100 ECHAM4-OPYC3 GCM-Läufe) Winter
Start des Zufallsgenerators : 361 452 1 Räumlich gemittelte Temperatur Wetterlage 4 6 9 10 4 2 1 1 3 4 5 5 3 3 4 9 8 4 2 2 4 51 Zerlegung der Zeitreihe in übernormal warme und unternormal kalte Intervalle 2 33 51 6 4 46 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2 3 Bedingungen: 1. Maximale Annäherung an vorgegebene Häufigkeitsverteilung der Wetterlagen relative Häufigkeit [%] 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.Übergangswahrscheinlichkeit zwischen den Wetterlagen >10% 5 6
Simulation der Klimaszenarien für 14 Boxen
Zusammenfassung der Methode 1. Die Häufigkeitsverteilung von Wetterlagen für das Ist-Klima und ein beliebiges Szenario bilden die Grundlage der Regionalisierungsmethode. 2. Mit Hilfe einer Führungsgröße (Jahresgang bereinigtes Gebietsmittel der Temperatur) werden Witterungsabschnitte gebildet. 3. Die Witterungsabschnitte werden mittels Zufallsgenerator neu kombiniert, so dass die resultierende Wetterlagenverteilung an eine vorgegebene Wetterlagenverteilung optimal angepasst wird. 4. Eine wetterlagenspezifische multiple Regressionsanalyse erlaubt die Berechnung von Extremwerten in den Zeitreihen. 5. Es erfolgt eine Anpassung der Niederschlagsverteilung mit Hilfe der auf das Feuchteregime optimierten Wetteragen. 6. Die Boxenszenarien werden zu einem deutschlandweit einheitlichen Szenario zusammengefasst
Ergebnisse
Modellbewertung
Simulierte Tagesmitteltemperaturen ERA40 - Kontrolllauf 1971/2000 Simulierte Tagesmitteltemperaturen ERA40 - Kontrolllauf 1971/1980 Simulierte Tagesmitteltemperaturen ERA40 - Kontrolllauf 1981/1990 Simulierte Tagesmitteltemperaturen ERA40 - Kontrolllauf 1991/2000
Änderung der Tagesmaximumtemperatur für Hessen
Vergleich der Szenarien A2 und B1 des globalen Klimamodells ECHAM5/MPI-OM T63L1 mit Szenario B2 des globalen Klimamodells ECHAM4-OPYC3
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Änderung der Tagesmitteltemperatur [K], Winter 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Die Szenarien B2 und A2 sind sehr ähnlich (Erwärmung ca. 4 K), B1 ist mit ca. 3.2 K etwas moderater
Präsentation der Temperaturentwicklung in Hessen von 1961 bis 2100 ECHAM5, Szenario A2, Winter (siehe Film 3)
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Änderung der Tagesmitteltemperatur [K], Sommer 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Die ECHAM5 A2 Simulationen sind ca.1 K kühler als ECHAM4 B2, B1 ist ca. 1 K kühler als A2
Präsentation der Temperaturentwicklung in Hessen von 1961 bis 2100 ECHAM5, Szenario A2, Sommer (siehe Film 4)
Überschreitung der mittleren Tagesmaximumtemperatur von mehr als 23 C, 1961 bis 2100 ECHAM5, Szenario A2, Sommer (siehe Film 5)
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Frühling 2011/2040 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Frühling 2041/2070 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Frühling 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Die ECHAM5 Simulationen zeigen keine nennenswerten Niederschlagsänderungen, ECHAM4 B2 ist trockener
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Sommer 2011/2040 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Sommer 2041/2070 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Sommer 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Bei allen drei Simulationen wird es bis 2100 um ca. 15 bis 25% trockener
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Herbst 2011/2040 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Herbst 2041/2070 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Herbst 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Der Herbst zeigt bei allen Simulationen keine wesentliche Niederschlagsänderung
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Winter 2011/2040 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Winter 2041/2070 gegenüber 1971/2000
ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2 Niederschlagsänderung [%], Winter 2071/2100 gegenüber 1971/2000 Die ECHAM5 Simulationen B1 und A2 zeigen eine deutliche Niederschlagszunahme im Winter (ca. 40 %) ECHAM4-B2 zeigt nur geringere Zunahme der Winterniederschläge
Präsentation der Niederschlagsentwicklung in Hessen von 1961 bis 2100 ECHAM5, Szenario A2, Winter (siehe Film 6)
Entwicklung der Extremereignisse in Hessen
Zahl der Ereignistage für Wiesbaden 2001/2010 (rot) und 2091/2100 (blau)
Zahl der Ereignistage für Feldberg 2001/2010 (rot) und 2091/2100 (blau)
Zahl der Ereignistage für Kassel 2001/2010 (rot) und 2091/2100 (blau) Der Vergleich der Ereignistage zeigt eine deutlich Verschiebung des Klimas in Richtung Erwärmung
Überschreitungswahrscheinlichkeit der Tagesmaximumtemperatur für Wiesbaden für die Zeiträume 2001/2050 und 2051/2100 Tagesmaxima von 39 C sind gegen Ende dieses Jahrhunderts für Wiesbaden nicht mehr ausgeschlossen
Überschreitungswahrscheinlichkeit der 24 std. Niederschlagssumme für Wiesbaden für die Zeiträume 2001/2050 und 2051/2100 Extreme Niederschläge werden sich nicht nur in den Wintermonaten häufen.
Tagesmaximumtemperatur für Aachen zwischen 1961 und 2100.
Zusammenfassung - Die Szenarien B2 und A2 sind im Winter sehr ähnlich (Erwärmung ca. 4 K) B1 ist mit ca. 3.2 K etwas moderater - Die ECHAM5 A2 Simulationen im Sommer sind ca.1 K kühler als ECHAM4 B2, B1 ist ca. 1 K kühler als A2 - Die ECHAM5 Simulationen zeigen keine nennenswerten Niederschlagsänderungen, im Frühling, ECHAM4 B2 ist etwas trockener - Bei allen drei Simulationen wird es im Sommer bis 2100 um ca. 15 bis 25 % trockener - Der Herbst zeigt bei allen Simulationen keine wesentliche Niederschlagsänderung - Die ECHAM5 Simulationen B1 und A2 zeigen eine deutliche Niederschlagszunahme im Winter (ca. 40 %) ECHAM4-B2 zeigt nur geringere Zunahme der Winterniederschläge - Der Vergleich der Ereignistage zeigt eine deutlich Verschiebung des Klimas in Richtung Erwärmung - Tagesmaxima von 39 C sind gegen Ende dieses Jahrhunderts für Wiesbaden nicht mehr ausgeschlossen - Extreme Niederschläge werden sich nicht nur in den Wintermonaten häufen.
Danke für Ihre Aufmerksamkeit Endgültiger Beweis der schon eingetretenen Klimaerwärmung