MQ Malente 210909 - Hamburg...Saisonaler Niederschlag in den Alpen Malente 21. September 2009 Markus Quante 0 10 60 Winter Frühling Sommer Herbst Anzahl der Ereignisse Oberhlb des

Malente 21. September 2009 Markus Quante

CCLM 2.4.11 CRU (Europa, hochaufgelöst)

20-Jahresmittel der 2m-Jahresmitteltemperatur 1979-98

Validierung

Böhm (PIK), DWD


CCLM 2.4.11 – CRU (Europa hochaufgelöst)

Bias der 2m-Jahresmitteltemperatur 1979-98

Validierung

Böhm (PIK), DWD


Bias des Flächengemittelten Mittleren Jahresganges der2m-Temperatur 1979-98, NEL-Region

Validierung

Böhm (PIK), DWD


20-Jahresmittel der Jahres-Niederschlagssumme 1979-98

CCLM 2.4.11 CRU (Europa, hochaufgelöst)

Validierung

Böhm (PIK), DWD


STAR ist ein statistisch basiertes regionales Klimamodell. Mit Clusterverfahren wird ein Zusammenhang zwischen großräumigen Klimainformationen und den langjährigen Messreihen an den Klimastationen des DWD hergestellt.Dabei ist die Temperatur die Leitgröße, aus der sich alle anderen meteorologischen Größen berechnen. Aus dem übergeordneten GCM wird nur der Temperaturtrend übernommen. Der Vorteil ist, dass systematische Fehler aus dem globalen Modell auf ein Minimum reduziert werden.

STAR (PIK)


Entwicklung von Szenarien im Statistischen Regionalisierungsmodell STAR

STAR (PIK)


WETTREG (wetterlagenbasierte Regionalisierungsmethode) fällt in die Klasse der statistisch empirischen Verfahren.

In WETTREG werden 40 Klima- und 32 Niederschlagsklassen eingesetzt. Für jede Jahreszeit werden zehn Wetterlagen für das Temperatur- und acht für das Niederschlagsregime unterschieden.

Aus den Wetterbeobachtungen kann die Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Wetterlagen berechnet werden.

Die über einen Zufallsgenerator erzeugte Aneinanderreihung von Wetterlagen wird, zusätzlich zu den Häufigkeiten, durch Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wetterlagen gesteuert.

Zur Prognose der zukünftigen Wetterlagen werden die geänderten Auftretenswahrscheinlichkeiten anhand der GCM-Prognosen ermittelt und dann als Basis für die Prognose übernommen.

WETTREG (CEC)


Modellentwicklung und Validierung- „Perfect Boundary Condition”-Experimente

- über 20 RCMs weltweit im Einsatz- viele unterschiedliche Gebietsgrößen und Auflösungen (10-100 km)

Prozessstudien- Land-Atmosphäre Wechselwirkungen, topographische Effekte - Zyklogenese, - tropische Stürme, Hurrikane- regionale Hydrologie und Energiebilanzen

Studien zum Klimawandel- Regionale Signale, Variabilität und Extrema

Paleoklima-StudienRegionale Klimakomponentenkopplung

- Chemie/Aerosol – Atmosphäre (Aerosoleffekt im Klimasystem)- Ozean/Meer Eis-Atmosphäre- Biosphäre Atmosphäre

JahreszeitenvorhersageImpaktstudien

RCMs - Anwendungen


Differenz der Jahressummen des Niederschlags (2046-2055) – (1951-2000)

A1B Szenario, ECHAM5

Statistisches Regionalmodell STAR

Werner und Gerstengarbe (2007)

20 bis 30% geringereSommerniederschläge bis 2100

Christensen und Christensen (2003)

Niederschlagsverteilung in Deutschland

sehr unsicher !

Veränderung bis 2050rot: weniger


Änderung (2071-2100) / (1961-1990) in %

Niederschlagsprognosen für Deutschland

zum Jahrhundertende

Sommer Winter

von D. Jacob MPI ECHAM/REMOA1B Szenario

Muster sehr

unsicher


Becker, DWD

Modellvergleich: Anzahl der Sommertage


7

8

9

10

11

12

13

Tem

pera

tur [

°C]

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100Jahr

Jahresmitteltemperaturen für die Region Lüneburg 2001 bis 2100

Modell (CLM) A1BModell (CLM) B1

geglättet, "Cold bias"-korrigiert

Temperaturprognosen für das 21. Jh

Globalmodell: ECHAM5 (Max-Planck-Institut, HH)

Regionalmodell: CosmoCLM (GKSS)

zwei Szenarien: A1B (gemäßigt, ökonomisch orientiert) B1 (umweltorientiert, „grün“)


Differenz in % zwischen 2071-2100 und 1961-1990(HIRHAM RCM; A-2 Szenario)

Christensen and C

hristensen, Nature, 2003

Sommerniederschlag Extremer täglicher Niederschlag

-40 -30 -20 -10 0 +10 +20 +30 +40% Veränerung

Sommerniederschlag


2071 - 2100; prozentuale Änderung zum Mittel 1961 - 1990 Grafik: J. Bhend

global:HadAM

regional:RCAO

global:ECHAM5

regional:RCAO

A2

A2

B2

B2

Sommerniederschläge Europa - Zukunft


Grafik: J. Bhend

A2

A2

B2

B2

global:HadAM

regional:RCAO

global:ECHAM5

regional:RCAO

Winterniederschläge Europa - Zukunft

2071 - 2100; prozentuale Änderung zum Mittel 1961 - 1990


A2 minus Referenz

Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts

Diffenbaugh et al. GRL (2007)

Abdus Salam ICTP Regionalmodell RegCM3, 14 km in 50 km in HadAM3H

Ein Blick auf den Mittelmeerraum …


B2 minus A2


Abdus Salam ICTP Regionalmodell RegCM3, 14 km in 50 km in HadAM3H

Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts

Ein Blick auf den Mittelmeerraum …


Anzahl der Tage die als gefährlich oder extrem gefährlich eingestuft werden (Wärmeindex größer als 105)

Änderung mit Klimawandel Szenario A2

F. Giorgi - Diffenbaugh et al. GRL (2007)

Wärmebelastung(Hitze plus Feuchte)

Wärmestress im Mittelmeerraum …

heute


Simulierte Temperaturen für die Jahre 2071-2099Mindesttemperatur an den 18 heißesten Tagen im Jahr (in °C)

Opt. Szenario Pess. Szenario Gemessene Werte*

Paris 33,7 35,0 26,9 Prag 32,2 34,1 27,7 Zürich 30,1 31,9 26,9 Bukarest 41,1 42,8 31,3 Rom 41,3 42,8 31,3 Valencia 39,4 40,2 29,9 Athen 42,8 44,9 32,9 Isparta 38,1 39,9 31,8 Tel Aviv 41,5 42,7 30,1 Algier 45,1 46,4 32,8

*gemessene Werte 1961-1989


Stadtklima …


Schneehöhe (in m Wasseräquivalent) für das A1B Szenario

Gleitendes 30-Jähriges Mittel Ski und Rodeln schlecht


Martin Beniston, Genf (2007)

Saisonaler Niederschlag in den Alpen


0

10

60

Winter Frühling Sommer Herbst

Anz

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s 99

% Q

uant

ils

1961-1990 2071-2100 (A2)2071-2100 (B2)

40

20

30

50

70108 Ereignisse

127 Ereignisse

141 Ereignisse

Beniston, 2006, G

eophys. Res. Letters

HIRHAM RCM

Extreme Niederschläge in den Alpen


RCAO

Antrieb A2 - CTL: Windgeschwindigkeit aus Regionalmodellen6-stündlich, DJF; Westwind

Projektion für 2085

Woth, persönliche Mitteilung

HIRHAM

bis zu 80 cm höher + Wellenhöhe

Beispiel: Sturmfluten



Niederschlagnasse Depositionvon C, S, NTemperaturStrahlung

EnergieWasser

primäreorganische Aerosol -

emissionen

Spurengas-emissionen

Wolken

Existierende Aerosole und Gase

Aerosolbildung und -wachstum

Wolken-kondensations-

kerne

Ökosysteme und Wasser


Emissionen

eigenes PAH Modul

GasphasenchemieAerosolchemie

WolkenchemieTransport

CTM-CMAQ

Eigenes Modul

spezielles Modul -Schiffsemissionen

Meteorologie

MM5 → COSMO-CLM

baut auf “offene”Quellen auf

(Modifiziertes “Smoke”)

Beispiel: Chemietransportmodellierung


Modelgebiet

• 30 vertikale Schichten 100 hPa


Ergebnisse – am Aerosol

Jahresmittel 2000 (54 km Gitter)

Summe für 2000 (18 km Gitter)

Beispiel: Benzo(a)pyren über Europa

Nasse DepositionKonzentration am Boden

1990, 1995, 2000, 2001, 2003 (2007, 2008)


24.02.2003 bis 11.03.2003

1x10-3

1x10-2

1x10-1

1x100

1x101

1x102

1x103

1x104

S(f) U

U

PBL profilerEURADFUBGKSS_MM5GKSS_CosmoCLMIFTMeteoSwiss_aUH_WRF

1000 100 10 1Periode [Std.]

Windgeschwindigkeit, Lindenberg, 518 m, M80


Plankton - DMSPDMS

N, S -Deposition

Schwefel - Aerosol

DMSg

CCN

Albedoerhöhung ?

NO2SO2.:..:. .:..:.

.:..:. .:..:..:. .:..:. .:.

direkter Effekt

Aerosole aus Schiffsemissionen

Schiffsemissionen, Nährstoffe und Klima – die Zukunft ?


Zusammenfassung

RCMs sind wichtige Werkzeuge für Klimaprozessstudien und Klimawandelstudien auf der regionalen Skala

RCMs werden besser - bessere Modelle und bessere Antriebe(hochaufgelöste Beobachtungsdaten werden zur Validierung benötigt)

Topographisch angetriebene räumliche Klimasignale werden gut wiedergegeben (Klimasignale zeigen oft durch topografische und andere Oberflächeneinflüsse bedingte kleinskalige Struktur)

RCMs simulieren gut die jahreszeitliche Variabilität in LBC-Studien mit GCMs

aber “garbage in → garbage out”RCMs verbessern Simulationen zu Extremereignissen(hier ist noch einiges zu tun)

RCM Simulationen lassen sich gut für Impaktstudien verwenden.

Ensembles !


Ranger

Perspektive - Computing

Rechner werden schneller !

Speicherkapazität erhöht sich !

GCM-Auflösung wird feiner (Investition auch in Erdsystemaspekte)

RCM-Auflösung wird feiner (< 10 km angestrebt, Konvektion!)

Längere Läufe, EnsemblesKopplung mit Ozean, Hydrologie, Eisdynamik, BiosphäreGasphasen- und AerosolchemieTwo-way nesting !regionale Erdsystemmodelle

IPCC AR5: mehr RCMs


Vielen Dank für Ihr Interesse !

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