Navigation und Service

Projekt 2.01: Parametrisierung Klimawandelszenarien Küste / See

Dr. Anette Ganske, BSH,
Tel: +49 (0)40 3190-3271, +49 (0)511 3908-9458, anette.ganske@bsh.de

Dr. Sabine Hüttl-Kabus, BSH,

Dr. Nils Schade, BSH,
Tel: +49 (0)40-3190-3270, nils.schade@bsh.de

Dr. Hartmut Heinrich, BSH,
Tel: +49 (0)40/3190-3200, hartmut.heinrich@bsh.de

Dr. Katharina Bülow, BSH

Gudrun Rosenhagen, DWD

Dr. Birgit Klein, BSH

Dr. Holger Klein, BSH

Peter Löwe, BSH

Jens Möller, BSH

Dr. Birger Tinz, DWD


Ziele

Meer und Atmosphäre stehen als Hauptkomponenten des Klimasystems in einer starken Wechselbeziehung. Der Klimawandel bewirkt nicht nur Änderungen der mittleren Zustandsverhältnisse von Atmosphäre und Meer, sondern beeinflusst auch deren Dynamik und Schwankungsbreiten. Dies kann beispielsweise zu Änderungen der atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationsmuster führen. Ferner werden Änderungen bzgl. der Intensität und Häufigkeit von atmosphärischen und ozeanographischen Extremereignissen erwartet.

Ziel dieses Projektes ist es, künftige Veränderungen atmosphärischer und ozeanographischer Verhältnisse zuverlässig abzuschätzen und - soweit möglich - zu quantifizieren. Dabei baut es auf den Ergebnissen des Projekts 1.03 „Referenzdatensätze und Klimaprojektionen für Küste und See“ sowie auch auf qualifizierten Studien externer Forschungsgruppen auf. Für die zu erwartenden Änderungen des Meeresspiegels wurde zudem bei Projektbeginn eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, und für die verschiedenen zum Meeresspiegelanstieg beitragenden Prozesse eine Übersicht der veröffentlichten Werte erstellt.

Die Ergebnisse des Projekts sollen in eine Bewertung der zu erwartenden Änderungen bzgl. ihres Umfangs und ihrer statistischen Belastbarkeit münden. Die Bestimmung der Bandbreite möglicher Änderungen soll durch die Verwendung unterschiedlicher Modellketten erfolgen. Für alle KLIWAS Gruppen war das A1B Szenario verbindlich vorgeschrieben. Der Untersuchungsbereich umfasst hauptsächlich die Nordsee. Für einige Parameter wurden allerdings auch der Nordost-Atlantik und die Ostsee in die Auswertungen einbezogen.

Ausgewählte Ergebisse

  • Eine zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse ist in Form von Bandbreitengraphiken und Tabellen für eine ausgewählte Anzahl von atmosphärischen und ozeanischen Parametern im Bericht dargestellt. Für die Ermittlung der Bandbreiten in der nahen (2021 ‑ 2050) und fernen (2070 ‑ 2099) Zukunft wurden die Ergebnisse über das gesamte Gebiet der Nordsee gemittelt und jeweils für saisonale und jährliche Änderungen dargestellt.
  • Änderungen der Lufttemperatur bleiben im Rahmen der Bandbreiten, die durch die ENSEMBLES Läufe aufgestellt wurden, d.h. 0.8 bis 1.9 K Temperaturerhöhung gegenüber dem Referenzzeitraum (1961 – 1990) für die nahe und 1.4 bis 3.7 K für die ferne Zukunft.
  • Die mittleren Änderungen der Windgeschwindigkeiten liegen zwischen -0.06 und +0.15 m/s (nahe Zukunft) und ± 0.26 m/s (ferne Zukunft) und sind damit deutlich geringer als die starken zwischenjährlichen Schwankungen der Windgeschwindigkeiten. Ein signifikanter Trend ist nicht zu erkennen, wobei die Wintermonate ungefähr die doppelte Bandbreite erwarten lassen.
  • Für die Niederschläge ergeben sich im Jahresmittel Erhöhungen von 0.8 bis 8.3 % (nahe Zukunft) bzw. -1.3 bis 15.4 % (ferne Zukunft). Die Sommermonate weisen die geringsten Zunahmen auf und lassen in der fernen Zukunft teils sogar deutliche Abnahmen erkennen.
  • Im Fall der Wolkenbedeckung erhöhen die gekoppelten Modellsimulationen die Bandbreite in der nahen und fernen Zukunft nach höheren Werten hin, insbesondere im Frühjahr und Sommer (max. 11 % mehr Bedeckung in der fernen Zukunft). Passend dazu steigen die Werte der langwelligen Nettostrahlung an (Wärmeabstrahlung; knapp 15 W/m² im Sommer), während die kurzwellige Nettostrahlung abnimmt (Sonneneinstrahlung; etwa -20 W/m²). Im Mittel ändert sich die Wolkenbedeckung kaum. Allerdings wird die kurzwellige Nettostrahlung wird eher abnehmen, und die langwellige zunehmen.
  • Die Oberflächentemperatur der Nordsee zeigt in allen drei gekoppelten Modellen Erwärmungssignale von 0.6 bis 1.4 K in der nahen und 1.8 bis 2.6 K in der fernen Zukunft, wobei die räumlichen Strukturen im Detail unterschiedlich sind. Eine Erklärung hierfür erfordert weitere Untersuchungen.
  • Im Salzgehalt lassen zwei der Modelle eine moderate Abnahme in der nahen und fernen Zukunft erwarten, ein Modell zeigt dagegen in der nahen Zukunft im Norden sogar leichte Zunahmen und in der fernen Zukunft nur schwache Abnahmen. Die Abnahme des Salzgehaltes lässt sich durch steigende Süßwassereinträge, verstärkte Niederschläge über See und Änderungen im einströmenden Atlantikwasser erklären. Die Zunahme der Oberflächentemperatur stimmt weitestgehend mit dem atmosphärischen Antrieb überein. Die Änderungen im Salzgehalt sind aber von starken multidekadischen Änderungen überlagert und das Signal zu Rauschverhältnis in den Zeitreihen ist niedrig. Alle Modelle zeigen die größten Änderungssignale im Einflussbereich des Ostseeausstroms.
  • Der temperaturbedingte (sterische) und der dynamische Anteil des Meeresspiegelanstiegs in der Nordsee werden in naher Zukunft nur wenige Zentimeter betragen, in der fernen Zukunft 24 bis 28 cm. Der hier analysierte sterische Meeresspiegelanstieg berücksichtigt allerdings noch nicht die Eisverluste Grönlands und der Antarktis, welche bisher nicht zuverlässig abgeschätzt werden können.
  • Alle Modelle zeigen zudem gute Übereinstimmung der simulierten zwischen-jährlichen Variabilität des Meeresspiegels an virtuellen Pegelzeitreihen mit Beobachtungen. Der atmosphärisch induzierte Anstieg (Windschub) des Meeresspiegels ist gering und wird für das stärkste Emissionsszenario A2 auf maximal 5 bis 6 cm abgeschätzt.
  • Die simulierten Windfelder als primärer Antrieb für Strömungen, Seegang und Wasserstand wurden sowohl im zeitlichen Verlauf als auch räumlich analysiert. Für den Seegang und den Wasserstand sind hierbei vor allem die hohen Perzentile von Interesse. Wegen der hohen zeitlichen Variabilität war für die Analysen der Windrichtungsänderungen eine hohe zeitliche Auflösung notwendig (mindestens 3-stündlich), was die Anzahl der zur Verfügung stehenden Modellläufe deutlich einschränkte. Dies gilt ebenfalls für die auf den Windfeldern aufbauenden Untersuchungen zur Änderungen im Sturmflutpotential unter dem A1B Szenario und den Wellenfeldern.
  • Durch die Analyse von Zeitreihen anstatt von Zeitscheiben konnte gezeigt werden, dass die Windgeschwindigkeiten und –richtungen starken dekadischen Schwankungen unterliegen, was in der Abschätzung möglicher Änderungen mit betrachtet werden muss. Untersucht man die zeitliche Änderung von jährlichen Windrichtungshäufigkeiten für alle Windgeschwindigkeiten, lässt sich ein Anstieg der Häufigkeit von westlichen Windrichtungen bis 2100 erkennen, der aber zeitlich nicht monoton verläuft. So muss für den jeweiligen Modelllauf die größte Änderung im Vergleich zum Referenzzeitraum (1961 – 1990) nicht am Ende des 21. Jahrhunderts liegen. Für Windrichtungen, die mit höheren Windgeschwindigkeiten verknüpft sind, ergeben sich für die Mehrheit der Modelle keine statistisch signifikanten Änderungen.
  • Für die Sturmflutuntersuchungen wurde ein Algorithmus entwickelt, der Stürme in den Klimamodellläufen detektieren kann, die aufgrund ihrer Windrichtung und –Stärke zu Sturmfluten in Cuxhaven führen können. Dafür wurden drei Modellläufe des globalen Klimamodells ECHAM5 für den Zeitraum 1900 – 2100 unter den Annahmen des Szenarios A1B analysiert. In den drei untersuchten Zeitreihen der jährlichen Anzahl von sturmflutrelevanten Ereignissen sind die zeitlichen Schwankungen deutlich größer als die linearen Trends. Nur ein Modelllauf von dreien zeigte signifikante, aber geringe Erhöhungen der sturmflutrelevanten Ereignisse zwischen 1900 und 2100.  Die verwendeten Methoden lassen sich auf andere Küstenabschnitte übertragen.
  • In einer Kooperation mit dem HZG wurden potentielle Änderungen im Seegang analysiert. Dazu wurde das Wellenmodell WAM4.3 mit zwei regionalen atmosphärischen Klimamodellläufen unter den Annahmen des A1B Szenarios angetrieben und damit der der Seegang in der Nordsee für den Zeitraum 1961 – 2100 bestimmt. Vergleiche der Periode 2071-2100 mit dem Referenzzeitraum 1961 – 1990 ergaben Zunahmen der mittleren und extremen signifikanten Wellenhöhen in der östlichen Nordsee von 8 bis 10 % und leichte Zunahmen (2 %) bzw. Abnahmen (-10 %) im Westen. Zudem wurde speziell für KLIWAS ein statistisches Wellenmodell entwickelt, das, basierend auf Luftdruckdaten, künftige Änderungen in der Wellenhöhe bestimmen kann. Dies ermöglicht in Zukunft eine schnelle und kostengünstige Abschätzung der Bandbreiten aus atmosphärischen Antriebsdaten. Die Analyse von 6 Globalmodellen mit 30 Realisierungen zeigt für 20 der 30 Realisierungen einen Anstieg der Wellenhöhe zum Ende des Jahrhunderts. Dieser Anstieg ist allerdings nur für 2 der 6 Globalmodelle signifikant.

Weitere Informationen und Ergebnisse zu der Entwicklung gekoppelter regionaler Modelle und Analyse der Klimawandelszenarien für die Nordseeregion finden Sie im Schlussbericht des KLIWAS-Projektes 2.01:

K. BÜLOW, A. GANSKE, S. HÜTTL-KABUS, B. KLEIN, H. KLEIN, P. LÖWE, J. MÖLLER, N. SCHADE, B. TINZ, H. HEINRICH, G. ROSENHAGEN (2014): Entwicklung gekoppelter regionaler Modelle und Analyse von Klimawandelszenarien für die Nordseeregion. Schlussbericht KLIWAS-Projekt 2.01. KLIWAS-31/2014. BSH / BfG, Koblenz. DOI: 10.5675/Kliwas_31/2014_2.01

Diese Seite

© 2009 - 2013 KLIWAS-Koordination