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Projekt 1.01: Flussgebietsbezogene hydrometeorologische Referenzdaten

Claudia Frick, DWD
claudia.frick@dwd.de

Alex Mazurkiewicz, DWD
alex.mazurkiewicz@dwd.de

Ulf Riediger, DWD
ulf.riediger@dwd.de

Dr. Annegret Gratzki, DWD
Tel. 069/8062-2989, annegret.gratzki@dwd.de


Ziele

Belastbare Aussagen über das Ausmaß der zu erwartenden Klimaveränderungen und die erforderlichen Vulnerabilitätsanalysen sind nur vor dem Hintergrund klar definierter Referenzzustände möglich. Zu ihrer Beschreibung sind weit zurückreichende Aufzeichnungen von Messzeitreihen der relevanten Klimaelemente notwendig.

Ziel dieses Projektes war es, hydroklimatologische Rasterdaten zur Modellvalidierung sowie für klimatologische Langzeituntersuchungen der hydrometeorologischen Bedingungen (Hoch- und Niedrigwasser) zu erzeugen.

Ein weiteres Ziel war die Bewertung globaler und regionaler Klimamodelle hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Witterungsabläufe realistisch zu simulieren sowie das Klimasignal bzgl. der Veränderungen in der Häufigkeit bestimmter Wetterlagen herauszufiltern. Im letzteren Fall wurden nur jene Wetterlagen betrachtet, die mit Extremereignissen wie z. B. Feucht- und Trockenperioden oder Starkniederschlägen zusammenhängen.


Ausgewählte Ergebnisse

Da bisher noch keine entsprechend zeitlich und räumlich aufgelösten Rasterdaten für das KLIWAS-Gebiet (Deutschland einschließlich angrenzender Flusseinzugsgebiete) vorlagen, wurden Tagesdaten mit einer Auflösung von 5x5 km2 für Niederschlag, Temperatur, Luftfeuchte und Globalstrahlung erstellt. Dabei wurden im Deutschen Wetterdienst verwendete Verfahren zur Regionalisierung angepasst und verbessert. Im Vorfeld erfolgte eine ausführliche Qualitätskontrolle der Eingangsdaten. Für die regionalisierten Daten wurden ausführliche Fehlerbetrachtungen durchgeführt, um eine Bewertung der Rasterdaten zu ermöglichen (Rauthe et al. 2013, Frick et al. 2014). Im Anschluss folgte eine statistisch-klimatologische Auswertung, bei der für den Beobachtungszeitraum (1951-2006) aus den HYRAS-Daten folgende Kernaussagen gewonnen werden konnten:

  • Die mittleren Winterniederschläge zeigen generell Zunahmen von +20 % bis zu +30 % im Nordwesten, im Süden und Osten +5 % bis +25 %. Die Trends im Sommer sind nur schwach ausgeprägt, im Osten Deutschlands zeigen sich Abnahmen bis -12 %.
  • Die Trends in den maximalen Gebietsniederschlägen auf Flusseinzugsgebieten zeigen ein ähnliches saisonales Verhalten in den Trends wie die mittleren Niederschläge.
  • Das Jahresmittel der Lufttemperatur als Mittel des KLIWAS Auswertegebietes (Deutschland und angrenzende Flusseinzugsgebiete) ist in der Beobachtungsperiode 1951 bis 2006 um +1,1 bis +1,4 °C angestiegen.
  • Der Kennwert „Heiße Tage“ stellt z. B. mit einer Auszählung der jährlichen Tage mit Maximumtemperatur von mindestens 30 °C eine Maßzahl für ein „extremes Wetter“ dar. Die Anzahl heißer Tage ist im Zeitraum 1951 bis 2006 um 4 bis 5 Tage gestiegen. Ein weiterer Kennwert ist die Anzahl der jährlichen Eistage. Dies sind Tage, an denen die Tagesmaximumtemperatur unter 0 °C liegt. Die Anzahl der Eistage nahm von 1951 bis 2006 um ca. 5 Tage ab.

Neben der Analyse des vergangenen Klimas wurden die HYRAS Daten in KLIWAS zur Bias-Korrektur der regionalisierten Klimaprojektionsdaten verwendet, und als Eingangsdaten für die hydrologische Modellierung genutzt.

Ein Ensemble von globalen Klimaprojektionen des Szenarios A1B wurde für die ferne Zukunft (2071-2100) im Hinblick auf die Veränderung von Wetterlagen mit einer objektiven Wetterlagenklassifikation (OWLK), die beim Deutschen Wetterdienst entwickelt wurde, analysiert (Riediger und Gratzki, 2014). Es ergeben sich folgende Ergebnissse.

Winter (Dezember, Januar, Februar): Für alle Flusseinzugsgebiete Deutschlands zeigen die Ergebnisse mehr Wetterlagen, die zu nasseren Verhältnisse beitragen. Dies ist durch die Zunahme von Westwetterlagen verursacht, die meist mit höheren Niederschlägen einhergehen. Dies ist bedingt durch einen erhöhten Feuchtigkeitstransport durch maritim geprägte Westströmungen. Gleichzeitig nehmen die trockenen Ostwetterlagen (Hochdrucklagen) leicht ab. Auch Südwestwetterlagen, die mit sehr hohen Gebietsniederschlägen verbunden sind, werden häufiger auftreten. Mehr Südwestwetterlagen werden gleichzeitig zu meist sehr milden Temperaturen führen. Ferner erwarten wir erhöhte Advektion von Warmluft aus südlichen Teilen Europas, die ebenfalls mildere Wintertemperaturen bewirken wird.

Sommer (Juni, Juli, August): Auch im Sommer werden sich die Wetterlagen und damit klimatische Parameter verändern: Erwartet wird eine Zunahme von antizyklonalen Westwetterlagen (Hochdruckeinfluss), die meist mit geringen oder gar keinen Niederschlägen verbunden sind. Gleichzeitig nehmen die mit höheren Niederschlägen verbundenen zyklonalen Wetterlagen (Tiefdruckeinfluss) ab. Veränderte Wetterlagen werden zu wärmeren bzw. heißeren Witterungsbedingungen beitragen. Dies wird einerseits durch warme oder heiße Südströmungen bedingt. Andererseits werden Kaltlufteinbrüche (z. B. durch Tröge mit nördlicher, kalter Strömung) im Mittel weniger kräftig ausfallen, aber weiterhin in ähnlicher Zahl wie heute vorkommen.

Zusätzlich wurden weitere Auswertungen der unkorrigierten und korrigierten Klimaprojektionen mit Hilfe der Wetterlagenklassifikation vorgenommen, um zu untersuchen, inwieweit die Klimamodelle in der Lage sind Witterungsabläufe realistisch zu simulieren. Dabei hat sich herausgestellt, dass für einen Großteil der untersuchten Kenngrößen die Korrektur der Klimaprojektionsdaten sichtbare Verbesserungen bringt. Des Weiteren ermöglichten die Auswertungen eine bessere Einschätzung der Modellqualität für anschließende Nutzer der Modelldaten.

Weitere Informationen und Ergebnisse zu der Erstellung von flussgebietsbezogenen Referenzdaten finden Sie im Schlussbericht des KLIWAS-Projektes 1.01:

FRICK, C., RIEDIGER, U., MAZURKIEWICZ, A., STEINER, H., RAUTHE, M., GRATZKI, A. (2014): Erstellung von flussgebietsbezogenen Referenzdaten. Schlussbericht KLIWAS-Projekt 1.01. KLIWAS-28/2014. DWD / BfG, Koblenz. DOI: 10.5675/Kliwas_28/2014_1.01


Publikationen

U. Riediger, Steiner, H., Rauthe, M., Gratzki, A.(2012): Niederschlagsanalyse objektiver Wetterlagen in Klimasimulationen. Tag der Hydrologie (Freiburg), Vortrag und Beitrag im Tagungsband.

Rauthe, M., Riediger, U., Mazurkiewicz, A., Steiner, H., Gratzki, A.(2012): Hydrologisch relevante Rasterdatensätze (HYRAS) für das Bundesgebiet und die internationalen Flussgebietsanteile von Rhein, Donau und Elbe. Tag der Hydrologie (Freiburg), Vortrag und Beitrag im Tagungsband.

Rauthe, M., Riediger, U., Steiner, H., Imbery, F., Plagemann, S., Gratzki, A., Namyslo, J. (2011): KLIWAS – Impacts of climate change on waterways and navigation. 4th symposium at the 25th conference of the Danubian Countries (Budapest), Presentation.

Riediger, U., Steiner, H., Gratzki, A., Krahé, P., Nilson, E.(2011): Detecting circulation bias in reanalysis and global climate simulations with objective weather types to apply bias correction methods for the RCM precipitation. EMS Annual Meeting (Berlin), EMS (2011)-319, Presentation.

Riediger, U., Steiner, H., Gratzki, A., Plagemann, S., Krahé, P., Nilson, E.(2011): Objective weather types as a tool to quantify the proportion of RCM precipitation bias due to GCM circulation bias. European Geoscience Union General Assembly, EGU (2011)-10456, Presentation.

Steiner, H., Riediger, U., Gratzki, A.(2011): The HYRAS data set – A high resolution gridded reference data set covering Germany and neighbouring river basins. EMS Annual Meeting (Berlin), EMS (2011)-589, Poster.

Steiner, H., Riediger, U., Gratzki, A.(2011): Development of gridded reference datasets covering Germany and bordering river basins. European Geoscience Union General Assembly, EGU (2011) -10587, Poster.

Walter, A., Imbery, F., Steiner, H., Riediger, U.(2011): The E-OBS and HYRAS precipitation data sets – a comparison. European Geoscience Union General Assembly, EGU (2011) -10896, Poster.

Riediger, U., Gratzki, A., Steiner, H., Krahé, P., Nilson, E.(2010): Klimatologische Analyse objektiver Wetterlagen auf Basis von Reanalyse und Klimaprojektionen. Meteorologentagung DACH (Bonn), DACH (2010) -77, Presentation.

Steiner, H., Riediger, U., Gratzki, A.(2010): Erstellung von hydrologisch relevanten Rasterdatensätzen für das Bundesgebiet und die internationalen Flussgebietsanteile von Rhein, Donau und Elbe. Meteorologentagung DACH (Bonn), DACH (2010) -58,

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