Regionale Klimaszenarien für Hessenunter besonderer Beachtung der

Simulation von ExtremenW. Enke, F. Schneider, A.Spekat

Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH

Wolfgang Enke F.-W. GerstengarbeFrank Kreienkamp

Werner Lahmer Peter Werner Arne Spekat Manfred Stock

Geschäftsführer

Motivation

0275

Überschwemmung in Dresden bei der „Jahrhundertflut“ 2002

0669

Düsseldorf am Rhein im Sommer 2003

Statistik der Naturkatastrophen

Schäden in Milliarden US$ (in Werten von 2003)

nach: Münchener Rück, TOPICSgeo 2004

Dekade1950-59

Dekade1960-69

Dekade1970-79

Dekade1980-89

Dekade1990-99

Anzahl 20 27 47 63 91

670.4

126.0

Volkswirtschaftliche Schäden 42.7 76.7 140.6 217.3

Versicherte Schäden - 6.2 13.1 27.4

letzte 10 Jahre

60

514.5

83.6

Länge der arktischen Schmelzsaison bei Meereis

Quelle: D. M. Smith 1998

1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 200050

60

70

80

Anz

ahl d

er S

chm

elzt

age

Einschränkungenauf dem Weg zu einer regionalen

Klimaprognose

Anstieg der CO2 Emissionen für die unterschiedlichen Szenarien(IPCC – 2001)

Erwartete Änderungen der globalen Mitteltemperatur bis 2100 für 7 Szenarien

Quelle: Deutscher Wetterdienst

WETTREGMethodik

Herleitung der objektiven Wetterlagen auf der Basis der NCEP/NCAR Reanalysen

und des ECHAM4-OPYC3Klima-Simulationslaufes

Ausschnitt und geographische Lage der äquidistanten Gitterpunktezur Ableitung der objektiven Wetterlagen

Präsentation der Strömungsmuster der Wetterlagengeordnet von „kalt“ nach „warm“

für den Sommer (siehe Film 1)und den Winter (siehe Film 2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10kalt Wetterlage warm

05

1015202530354045505560

[%]

Häufigkeitsverteilung der auf das Temperaturregime optimierten Wetterlagen

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10kalt Wetterlage warm

05

1015202530354045505560

[%]

19651975198519952005201520252035204520552065207520852095

Szenario A2

Szenario B2

Häufigkeit der Temperatur Wetterlagen von 1960 bis 2100(1960-2000 NCEP/NCAR Analysen; 2001-2100 ECHAM4-OPYC3 GCM-Läufe)

SOMMER

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10kalt Wetterlage warm

05

1015202530354045505560

[%]

19651975198519952005201520252035204520552065207520852095

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10kalt Wetterlage warm

05

1015202530354045505560

[%]

Szenario B2

Szenario A2

Häufigkeit der Temperatur Wetterlagen von 1960 bis 2100(1960-2000 NCEP/NCAR Analysen; 2001-2100 ECHAM4-OPYC3 GCM-Läufe)

WinterMeteo-Research

1

2

34

5

6

1

2

3

4 4

5

6

5Start des Zufallsgenerators : 2

Bedingungen: 1. Maximale Annäherung an vorgegebeneHäufigkeitsverteilung der Wetterlagen

3

3

61

1

4

4

4 6 9 10 4 2 1 1 3 4 5 5 3 3 4 9 8 4 2 2 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Räu

mlic

h ge

mitt

elte

Tem

pera

tur

Wetterlage

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1005

1015202530

rela

tive

Häu

figke

it [%

]

2.Übergangswahrscheinlichkeit zwischen den Wetterlagen >10%

2

1

Zerlegung der Zeitreihe in übernormal warmeund unternormal kalte Intervalle

6

5

2

1

Simulation der Klimaszenarien für 14 Boxen

Zusammenfassung der Methode

1. Die Häufigkeitsverteilung von Wetterlagen für das Ist-Klima und ein beliebigesSzenario 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 dassdie resultierende Wetterlagenverteilung an eine vorgegebene Wetterlagenverteilung optimal angepasst wird.

4. Eine wetterlagenspezifische multiple Regressionsanalyse erlaubt die Berechnung vonExtremwerten in den Zeitreihen.

5. Es erfolgt eine Anpassung der Niederschlagsverteilung mit Hilfe der auf dasFeuchteregime optimierten Wetteragen.

6. Die Boxenszenarien werden zu einem deutschlandweit einheitlichen Szenario zusammengefasst

Ergebnisse

Modellbewertung

Simulierte TagesmitteltemperaturenERA40 - Kontrolllauf 1971/2000

Simulierte TagesmitteltemperaturenERA40 - Kontrolllauf 1971/1980

Simulierte TagesmitteltemperaturenERA40 - Kontrolllauf 1981/1990

Simulierte TagesmitteltemperaturenERA40 - Kontrolllauf 1991/2000

Änderung der Tagesmaximumtemperatur für Hessen

Vergleich der Szenarien A2 und B1 des globalen Klimamodells ECHAM5/MPI-OM T63L1

mit Szenario B2des globalen Klimamodells ECHAM4-OPYC3

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Änderung der Tagesmitteltemperatur [K], Winter2071/2100 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], Sommer2071/2100 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 Tagesmaximumtemperaturvon mehr als 23°C, 1961 bis 2100ECHAM5, Szenario A2, Sommer

(siehe Film 5)

ECHAM4 B2

Niederschlagsänderung [%], Frühling2011/2040 gegenüber 1971/2000

ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Frühling2041/2070 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Frühling2071/2100 gegenüber 1971/2000

Die ECHAM5 Simulationen zeigen keine nennenswerten Niederschlagsänderungen, ECHAM4 B2 ist trockener

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Sommer2011/2040 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Sommer2041/2070 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Sommer2071/2100 gegenüber 1971/2000

Bei allen drei Simulationen wird es bis 2100 um ca. 15 bis 25% trockener

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Herbst2011/2040 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Herbst2041/2070 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Herbst2071/2100 gegenüber 1971/2000

Der Herbst zeigt bei allen Simulationen keine wesentliche Niederschlagsänderung

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Winter2011/2040 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Winter2041/2070 gegenüber 1971/2000

ECHAM4 B2 ECHAM5 B1 ECHAM5 A2

Niederschlagsänderung [%], Winter2071/2100 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 Extremereignissein 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 Tagesmaximumtemperaturfür 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. Niederschlagssummefür Wiesbaden für die Zeiträume 2001/2050 und 2051/2100

Extreme Niederschläge werden sich nicht nur in den Wintermonaten häufen.

Tagesmaximumtemperatur für Aachen zwischen1961 und 2100.

- 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 RichtungErwärmung

- Tagesmaxima von 39°C sind gegen Ende dieses Jahrhunderts für Wiesbaden nicht mehrausgeschlossen

- Extreme Niederschläge werden sich nicht nur in den Wintermonaten häufen.

Zusammenfassung

Endgültiger Beweis der schon eingetretenen Klimaerwärmung

Danke für Ihre Aufmerksamkeit