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GERICS Klimasignalkarten regional

Um sich an Klimawandel anzupassen, sind belastbare Informationen über die zukünftig zu erwartenden Klimaänderungen erforderlich. Auf Basis von Szenarien und mit Hilfe numerischer Klimamodelle können zukünftige Klimaentwicklungen berechnet werden, je nachdem, welches sozioökonomische Szenario bzw. welche Treibhausgas- und Aerosolkonzentrationen in der Atmosphäre zugrunde gelegt werden.

Klimasignalkarte

Klimamodelle werden auf einem räumlichen Gitter betrieben. Daher müssen Prozesse, deren Skalen unterhalb der vom Modell direkt auflösbaren Skalen liegen, parametrisiert werden. Darüber hinaus sind noch nicht alle für Wetter und Klima relevanten Prozesse in der Atmosphäre vollständig verstanden. Beide Faktoren führen dazu, dass Modelle von der Realität abweichen und es auch Unterschiede zwischen verschiedenen Modellen gibt, was zu abweichenden Simulationsergebnissen für unterschiedliche Modelle führt. Zudem laufen Prozesse in der Atmosphäre oft nicht linear ab. Für die Modellberechnungen wird aber der Anfangszustand einer Modellatmosphäre angesetzt. Bereits geringfügige Änderungen des Anfangszustandes können so Abweichungen der zeitlichen Klimaentwicklung bewirken.

Zur Erfassung verschiedener Entwicklungsmöglichkeiten des zukünftigen Klimas in Klimaprojektionen werden deshalb Ensemblesimulationen mit verschiedenen Modellen für unterschiedliche Szenarien erstellt. Daraus ergibt sich eine Bandbreite möglicher Klimaänderungen. Aus dieser Bandbreite der möglichen Änderungen ist jedoch nicht immer direkt ersichtlich, ob sich eine robuste Information aus den Daten ableiten lässt.

Diese Problem verdeutlichen die beiden folgenden Abbildungen. Sie zeigen die Bandbreite der projizierten Änderungen der Jahresmitteltemperatur (Abb. oben) und des Winterniederschlages (Abb. unten) exemplarisch für das Elbe-Einzugsgebiet.

Klimasignalkarten projizierte Aenderungen

Oben: Projizierte Änderungen der Jahresmitteltemperatur ([K], gleitendes 30-jähriges Mittel relativ zur Periode von 1971 bis 2000) für das Elbe Einzugsgebiet berechnet aus dem EURO CORDEX Ensemble für RCP4.5 (durchgezogene Linien) und RCP8.5 (gestrichelte Linien). Unten: Projizierte Änderungen des Winterniederschlags ([%], gleitendes 30-jähriges Mittel relativ zur Periode von 1971 bis 2000) für das Elbe Einzugsgebiet berechnet aus dem EURO CORDEX Ensemble für RCP4.5 (durchgezogene Linien) und RCP8.5 (gestrichelte Linien). (Grafik: GERICS/HZG)

Die Datengrundlage bildet ein Ensemble regionaler Klimasimulationen auf Basis der Repräsentativen Konzentrationspfade (RCP)* RCP4.5 und RCP8.5.

*Die RCP-Szenarien legen bestimmte Szenarien von Treibhausgaskonzentrationen fest. Dabei bilden unterschiedliche Treibhausgaskonzentration und damit auch ein jeweils unterschiedlicher Strahlungsantrieb den Ausgangspunkt. RCP8.5 steht z.B. für einen Strahlungsantrieb von 8,5 W/m2 im Jahre 2100 gegenüber 1850.

Die Simulationen wurden im Rahmen der internationalen EURO¬CORDEX Initiative gerechnet und bereitgestellt.

Während sich für die zukünftige Entwicklung der Temperatur schon für die nahe Zukunft ein eindeutiger Trend zu höheren Temperaturen ablesen lässt, ist die Entwicklung des Winterniederschlags weniger klar. Erst ab der Mitte des 21. Jahrhunderts und insbesondere für die auf RCP8.5 basierenden Simulationen ist jedoch eine deutliche Zunahme der Winterniederschläge bei den Simulationsergebnissen sichtbar.

Um die Robustheit der projizierten Änderungen eines Ensembles von
Klimaänderungssimulationen nach vorgegebenen Kriterien zu bewerten und die Ergebnisse solcher Bewertungen schnell erfassbar und räumlich sichtbar zu machen, wurde am GERICS die Methode der Klimasignalkarten entwickelt (Pfeifer et al, 2015). Dabei wird "robust" über die Übereinstimmung der Simulationen in der Richtung der projizierten Änderungen sowie über den Anteil der Simulationen, die statistisch signifikante Änderungen projizieren, definiert.

Klimasignalkarten zeigen allerdings nicht alle im Projektions-Ensemble verfügbaren Informationen, sondern kondensieren die Informationen. Dadurch werden sie auch für Nicht-Klimaexperten verständlich.

Klimasignalkarten können auf Gitterpunktbasis der Modelle oder auf durch den Nutzer ausgewählten Regionen dargestellt werden. Zudem wird immer nur eine Richtung der Änderung, also entweder die Zunahme oder die Abnahme betrachtet.

Klimasignalkarten Zunahme Winterniederschlag sechs

Klimasignalkarten für die Zunahme des mittleren Winterniederschlags für 2041–2070, 2051–2080, 2061–2090 jeweils relativ zu 1971–2000. Grün: Zunahmen im Median >10%, Orange: Zunahmen im Median zwischen +10% und +15%. Rot: Zunahmen im Median >15%. Datenbasis sind EUROCORDEX Simulationen basierend auf RCP4.5 (oben) und RCP8.5 (unten). (Grafik: Pfeifer et al., 2015/GERICS/HZG)

Die Abbildung zeigt Klimasignalkarten für die prozentuale Zunahme des Winterniederschlags, basierend auf den EURO-CORDEX-Simulationen für RCP4.5 (oben) und RCP8.5 (unten) für drei verschiedene Zeiträume (2041-2070, 2051-2080, 2061-2090). Als Referenzzeitraum wurden die Jahre 1971 bis 2000 angesetzt. In den grün/orange/rot markierten Gebieten werden robuste Zunahmen projiziert.

Die drei Farbstufen repräsentieren verschiedene Schwellwerte. Sie sind festgelegt anhand der Zunahme des Medians um > 10% / 10% bis 15% / >15%. Für grau markierte Regionen kann aus dem Ensemble keine robuste Zunahme der Winterniederschläge abgeleitet werden. Weiß markierte Regionen, also Gebiete in denen das Simulationsensemble im Median eine Abnahme der Winterniederschläge projizieren würde, ergaben die Berechnungen nicht.

Aus den Karten lässt sich außerdem ablesen, dass die projizierte Winterniederschlagszunahme unter RCP8.5 Bedingungen stärker ausfällt als unter RCP4.5 Bedingungen. RCP8.5 zeigt für die Zeiträume zwischen 2051-2080 und zw. 2061-2090 deutlich mehr Regionen, in denen ein robustes Signal abgeleitet werden kann, während für RCP4.5 in allen drei betrachteten Zeitabschnitten für viele Regionen, insbesondere im Norden und Osten Deutschlands keine robuste Zunahme des Winterniederschlags abgeleitet werden kann.


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Artikel über GERICS Klimasignalkarten: "Identifying climate change hotspots"

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Weiterführende Literatur:

Pfeifer, S.; Bülow, K.; Gobiet, A.; Hänsler, A.; Mudelsee, M.; Otto, J.; Rechid, D.; Teichmann, C.; Jacob, D.: Robustness of Ensemble Climate Projections Analyzed with Climate Signal Maps: Seasonal and Extreme Precipitation for Germany. Atmosphere 2015, 6, 677-698, doi:10.3390/atmos6050677.

Kontakt


Dr. Susanne Pfeifer

Tel: +49 (0) 40 226 338 428

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