Anwendung von ESCIMO für Thüringen Daniel Hertel Projekte und Forschung zum Klimawandel in Thüringen 04. November 2014 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 1
Inhalt 1. Einführung des Themas 1.1 Hydrologischer Zyklus 1.2 Messstationen 2.1 Kurze Darstellung des theoretischen Hintergrunds 2.2 Modellperformance 2.3 Ergebnisse 3. Ausblick Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 2
1. Einführung des Themas Karte von Thüringen mit Messstationseintragungen (rot) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 3
ESCIMO = Energy balance Snow Cover Integrated MOdel 1 Schicht Prozessmodell Q + H + E + M + A + B = Q l + Q l + Q s + Q s + H + E + M + A + B = 0 Q = Strahlung = langwellige Strahlungsbilanz + kurzwellige Strahlungsbilanz H= sensibler Wärmefluss E= latenter Wärmefluss M= potenziell verfügbare Schmelzenergie A= advektive Energie B= Bodenwärmefluss Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 4
Q + H + E + M + A + B = Q l + Q l + Q s + Q s + H + E + M + A + B = 0 Model Input: Lufttemperatur [K] Relative Feuchte [%] Windgeschwindigkeit [m/s] Niederschlagsrate [mm/d] Globalstrahlung [W/m²] Einfallende langwellige Strahlung [W/m²] Stationsluftdruck [hpa] Dampfdruck [hpa] Breitengrad der Station [ ] : SWE (Snow Water Equivalent): Das SWE einer Schneedecke stellt die Höhe einer gedachten Wassersäule über einer horizontalen Fläche an einem Ort zu einem bestimmten Beobachtungszeitraum dar (DIN 4049). SWE i mm = Schneehöhe h i cm 10 Schneedichte ρ i [g cm 3 ] (Plattner, 2004) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 5
2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 6
2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 7
2. ESCIMO.spread (Strasser,2010) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 8
Modell Performance (aus: Strasser, 2010) Bestimmtheitsmaß aus Regression Index of Agreement Nash-Sutcliffe model efficiency Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 9
Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Snow water equivalent 250 Observed Modelled 125 0 Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 10
Predicted SWE (mm) 140.00 Observed SWE (mm) Wasserkuppe 120.00 100.00 Nash-Suttclife model efficiency: NSME = 0.87 80.00 60.00 Coefficient of determination: R2 = 0.87 Index of agreement: IA = 0.97 40.00 20.00 Observed SWE (mm) Datum 0.00 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 11
Quelle: IMPAKT Publikation (2013) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 12
Emissionsszenarien (Thüringen) A1B Temperatur: Sommer: +4 C Winter: +3.7 C Niederschlag: Sommer: -12.5% Winter: +17% B1 Temperatur: Sommer: +1.7 C Winter: +3.2 C Niederschlag: Sommer: -15% Winter: +15% aus: IMPAKT Publikation; Stand: 2013 aus: Publikationen des Umweltbundesamtes; Stand: 2007 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 13
Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Szenario A1B Snow water equivalent 125 Modelled 0 Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 14
Snow water equivalent (mm) Wasserkuppe Szenario B1 Snow water equivalent 125 Modelled 0 Datum Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 15
Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent 125 Observed Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 16
Predicted SWE (mm) 60.00 Observed SWE (mm) Flughafen Erfurt-Weimar 50.00 40.00 Nash-Suttclife model efficiency: NSME = 0.88 30.00 Coefficient of determination: R2 = 0.88 Index of agreement: IA = 0.97 20.00 10.00 Observed SWE (mm) 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 17
Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent Szenario A1B 125 Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 18
Snow water equivalent (mm) Flughafen Erfurt-Weimar Snow water equivalent Szenario B1 125 Modelled 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 19
Snow water equivalent (mm) Neuhaus Snow water equivalent 250 Observed Modelled 125 0 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 20
Predicted SWE (mm) 250.00 Observed SWE (mm) Neuhaus 200.00 150.00 Nash-Suttclife model efficiency: NSME = 0.73 100.00 Coefficient of determination: R2 = 0.76 Index of agreement: IA = 0.93 50.00 0.00 Observed SWE (mm) -50.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 21
3. Ausblick Anwendungsmöglichkeiten Visualisierungstool für Tourismus Schnelle Visualisierung von Auswirkungen des Klimawandels auf die Schneebedeckung Einfache Anwendung im Feldversuch per Notebook etc. Untersuchung von Akkumulations und Ablationsprozessen während einer Wintersaison Zu behebende Probleme: Besorgung von Stundenwerten Anpassung Tagesmittelwerte (Tagesgang Temperatur etc.) Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen (Abschattung durch Vegetation, Höhenkorrektur Strahlung usw.) Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 22
3. Quellenverzeichnis DIN 4049-3: Hydrologie - Begriffe zur quantitativen Hydrologie IMPAKT Publikation (2013): Integriertes Maßnahmenprogramm zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels im Freistaat Thüringen. Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz Plattner, C. (2004): Ableitung des Winterniederschlags in den Jahren 2002-2004 am Vernagtferner aus Geländemessungen sowie flächendifferenzierte Betrachtung der Schneeverteilung unter Verwendung und Erstellung von GIS Anwendungen. Diplomarbeit an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Publikationen des Umweltbundesamtes(2007): Neuentwicklung von regional hochaufgelösten Wetterlagen für Deutschland und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit dem Regionalisierungsmodell WETTREG auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit ECHAM 5/MPI-OM T63L31 2010 bis 2100 für die SRES Szenarios B1, A1B und A2. Strasser, U, T. Marke: ESCIMO.spread a spreadsheet based point snow surface energy balance model to calculate hourly snow water equivalent and melt rates for historical and changing climate conditions. Geosci. Model Dev., 3, 643-652, 2010 www.geosci-model-dev.net/3/643/2010/doi: 10.5194/gmd-3-643-2010 Daniel Daniel Hertel Hertel Meteorologisches TLUG Klima Seminar Workshop WS 2014 2011/12 23