Kapitel S2
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Temperaturtrend ECHAM5 1990-2100 [°C] |
Rel. Niederschlagstrend ECHAM5 1990-2100 [%] |
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DJF |
+6.4 |
+12.8 |
MAM |
+3.7 |
+9.1 |
JJA |
+5.5 |
-34.1 |
SON |
+5.0 |
-1.1 |
Jahresmittel |
+5.5 |
-3.6 |
Tabelle S2.1: regionaler Klimatrend über 25 Gitterboxen um das Einzugsgebiet der Oberen Donau aus Ergebnissen desglobalen Klimamodells ECHAM5 für den Zeitraum 1990-2100.
Abbildung S2.5 zeigt die Unsicherheiten der projizierten
Niederschlagsänderungen, die aus den
globalen Modellen ermittelt wurden. Es macht
deutlich, dass der für GLOWA-Danube ermittelte
Klimatrend IPCC regional nur als erste grobe Abschätzung
angesehen werden darf. Insbesondere
wird das regionale Klima im Bereich der Oberen
Donau von der Nähe zu den Alpen beeinflusst,
was in den gröber aufgelösten globalen
Modellen nicht adäquat berücksichtigt wird. Aus
diesem Grund müssen genauere Berechnungen
zur regionalen Klimaänderung verwendet werden.
Dazu wurde zunächst eine Analyse der Ergebnisse
der regionalen Klimasimulationen, die
das Umweltbundesamt (UBA) beim Max-Planck-
Institut für Meteorologie für Deutschland in Auftrag
gab und die 2008 veröffentlicht wurden (Jacob
et. al, 2008), durchgeführt. In der Studie wurden
unter anderem die Annahmen des IPCCSRES-
A1B Emissionsszenarios und das regionale
Klimamodell REMO (Jacob, 2001) genutzt,
um die Klimaentwicklung in Mitteleuropa in einer
Auflösung von ~10 km zu simulieren. Die sich im
Rahmen dieser Studie für das Einzugsgebiet der
Oberen Donau ergebenden Trends für Temperatur
und Niederschlag sind in Tabelle S2.2 für den
Zeitraum 1990 bis 2100 zusammengefasst.
Ähnliche Klimasimulationen wie für das UBA wurden
von der Gruppe Meteorologie innerhalb von
GLOWA-Danube durchgeführt. Dabei wurde darauf geachtet, die der regionalen Klimamodellierung
zugrunde liegenden Rahmenbedingungen ähnlich zu gestalten wie in der UBA Studie, und
denselben ECHAM5-Antrieb mit demselben
IPCC-A1B Emissionsszenario zu verwenden. Im
Gegensatz zu den Studien des Max-Planck-Institutes
in Hamburg wurde in GLOWA-Danube das
regionale Klimamodell MM5 verwendet. Die entsprechenden
Ergebnisse der MM5-Simulationen
sind für den Zeitraum 1990 bis 2100 in Tabelle
S2.3 dargestellt. Es zeigt sich dabei, dass beide
Modelle hinsichtlich der Temperaturänderung im
Einzugsgebiet zu ähnlichen Ergebnissen kommen,
auch wenn das Jahresmittel der Erwärmung
berechnet mit dem regionalen Klimamodell
MM5 etwa 0.5°C geringer ausfällt. Unterschiede
gibt es allerdings in den maximalen saisonalen
Trends: ECHAM5 und REMO berechnen die
stärkste saisonale Erwärmung für die Wintermonate
(DJF), während mit MM5 die stärkste Erwärmung
für den Sommer (JJA) projiziert wird.
Temperaturtrend REMO 1990-2100 [°C] |
Rel. Niederschlagstrend REMO 1990-2100 [%] |
|
DJF |
+6.8 |
-4.9 |
MAM |
+3.7 |
+9.1 |
JJA |
+5.3 |
-31.4 |
SON |
+5.1 |
-14.5 |
Jahresmittel |
+5.2 |
-12.6 |
Größere Unterschiede zu REMO zeigen sich in
der simulierten Niederschlagsänderung. Im Vergleich
der Modellergebnisse zeigt das Modell MM5 eine höhere saisonale Niederschlagszunahme
im Frühling (MAM) und geringere Niederschlagsabnahmen
im Sommer und Herbst (JJA
und SON), was zu einer geringeren Niederschlagsabnahme
im Jahresmittel führt. Für die
Wintermonate (DJF) berechnen die Modelle
leicht unterschiedliche Trends. Die geringere Erwärmung
im Winter in MM5 ist mit einer leichten
Niederschlagszunahme verbunden.
Temperaturtrend MM5 1990-2100 [°C] |
Rel. Niederschlagstrend MM5 1990-2100 [%] |
|
DJF |
+5.2 |
+7.7 |
MAM |
+3.2 |
+13.1 |
JJA |
+5.8 |
-28.7 |
SON |
+4.8 |
-1.0 |
Jahresmittel |
+4.7 |
-3.5 |
In Abbildung S2.7 ist als Vergleich zwischen den
beiden Modellergebnissen die Veränderung der
Klimaelemente Temperatur und Niederschlag für
den Zeitraum 1971 bis 2100 für das Einzugsgebiet
der Oberen Donau dargestellt. Hieraus wurden
die Trends für die Zeiträume 1990-2100 berechnet,
die in den Tabellen S2.2 und S2.3 gelistet sind. Beide Modelle zeigen sehr ähnliche Ergebnisse
beim Verlauf des Anstiegs der Temperatur.
Auch die Entwicklungen des Niederschlages
weisen, vor allem in der Form des 10-jährigen
gleitenden Mittels für beide Modelle große Ähnlichkeiten
auf. Es zeigt sich bis zum Jahr 2050 ein
leichter Anstieg des Niederschlags im Untersuchungsgebiet,
während ab 2050 der Niederschlag
deutlich zurückgeht. Das hohe Maß an Übereinstimmung in den zeitlichen Verläufen der
Jahresmittel der beiden Klimaelemente ist auf
den gemeinsamen globalen Antrieb zurückzuführen
(ECHAM5, Member 1) der als Druck-, Wind-,
Temperatur- und Feuchtefeld an den Rändern
der Modellgebiete in die Berechnungen der regionalen
Klimamodelle eingeht und die regionale Klimaentwicklung
somit beeinflusst.
Abbildung S2.6: Entwicklung des Klimaänderungssignals von Temperatur und Niederschlag über die Jahre 1971 bis 2100 nach Berechnungen des gekoppelten Atmosphären-Ozean-Zirkulationsmodells ECHAM5-MPIOM (Member 1, 5 x 5 Pixel mit Zentrum im Einzugsgebiet der Oberen Donau).
Abbildung S2.7: Abweichungen der jährlichen Mittel von Temperatur und Niederschlag zum langjährigen Mittel der Periode 1971-2000 über die Jahre 1971 bis 2100 nach Berechnungen der regionalen Klimamodelle MM5 und REMO.
Es ist bei der Interpretation der Ergebnisse zu
berücksichtigen, dass die Ergebnisse der Klimamodelle
stets mit Modellungenauigkeiten behaftet
sind, die z.B. für die Niederschlagsänderungen
durchaus bei +/-5% oder mehr liegen. Bei der
Betrachtung des Trends der relativen Änderung
des Niederschlags zum langjährigen Mittel der
Periode 1971-2000 ist eine Abweichung der Modelle
zueinander von ungefähr 10% dadurch begründet,
dass die Modelle zwar eine ähnliche
Entwicklungstendenz berechnen, sie sich aber in
den Ausprägungen der Extrema unterscheiden,
was auch der Abbildung S2.7 zu entnehmen ist.
Da die Entwicklung für die Wintersaison insgesamt
nahe der Nulllinie verläuft und kaum eine Änderung aufweist, passiert es aber, dass die
Modelle kleine Tendenzen mit unterschiedlichem
Vorzeichen projizieren.
Um die Berechnungen der regionalen Klimamodelle
MM5 und REMO im Rahmen des Klimaantriebs-
Generators umsetzen zu können, wurde
der in den Tabellen S2.2 und S2.3 gezeigte Klimatrend
als Eingabe für den statistischen Klimaantriebs-Generator benutzt. Die Klimatrends beschreiben
eine lineare Näherung der Entwicklung
der Temperatur bzw. der relativen Niederschlagsänderung über die Zeit. Damit wird ein spezifischer
Verlauf der Temperatur- bzw. Niederschlagsänderung
innerhalb des untersuchten
Zeitraums aus der Betrachtung ausgeschlossen.
Um den Klimaantriebs-Generator mit den Klimatrends
aus Tabelle S2.2 und S2.3 nutzen zu können,
wird ein jährlicher Verlauf der Veränderung
zwischen 1990 und 2100 benötigt. Für diesen
Verlauf des mittleren Temperaturanstiegs und der
mittleren Niederschlagsveränderung wurde angenommen,
dass er sich entsprechend dem Verlauf
des SRES-A1B Szenarios des IPCC (siehe
Abbildung S2.2 unten) verhält.
Als weitere wichtige Quelle für die Einschätzung
der möglichen zukünftigen regionalen Klimaänderung
im Einzugsgebiet der Oberen Donau wurde die Analyse der Trends der historischen Klimamessdaten
von DWD und der ZAMG im Einzugsgebiet
der Oberen Donau aus den Jahren 1960-2006 herangezogen. Diese sind in Kapitel 1.9
dargestellt. Sie zeigen eine eindeutige und ausgeprägte
Erwärmung. Die Niederschlagstrends,
die in den Modellergebnissen des IPCC und
REMO berechnet wurden, sind in der Tendenz
auch schon in den Beobachtungen aus der Vergangenheit
auszumachen. Die Wintermonate
wurden im Untersuchungszeitraum feuchter, die
Sommermonate zeigten eine Tendenz zu mehr
Trockenheit. Allerdings sind die Niederschlagstrends
bei den historischen Daten weniger eindeutig
als die Temperaturtrends. Die kontinuierliche
Erhöhung der mittleren jährlichen bodennahen
Lufttemperatur ist in Abbildung S2.8 zu sehen.
Sie stieg im Zeitraum 1960-2006 im Durchschnitt
um 0.0328°C pro Jahr an und kann durch
einen linearen Trend angenähert werden. In dieser
Zeit stieg auch der CO2 -Gehalt in der Atmosphäre weniger stark an, als für das IPCC-SRESA1B
Szenario für 1990 bis 2100 angenommen
wird.
In Abbildung S2.8 ist neben dem historisch gemessenen
mittleren Temperaturanstieg der unter
der Bezeichnung IPCC regional angenommene
zeitliche Verlauf des Temperaturanstiegs von
1990 bis 2100 dargestellt. Letzterer wurde aus
Abbildung S2.3 für das Einzugsgebiet der Oberen
Donau ermittelt. Dabei wurde in einer ersten
groben Näherung angenommen, dass sich der
globale und regionale Temperaturanstieg bis zum
Ende des Jahrhunderts in ihrem Betrag zwar unterscheiden,
in ihrem zeitlichen Verlauf aber ähnlich
sind. Der gezeigte Verlauf ergibt sich, indem
zunächst die regionale Temperaturzunahme
(3.3°C) zur mittleren globalen Temperaturzunahme
des A1B-Szenarios von 2.93°C (siehe Abbildung
S2.2 unten) ins Verhältnis gesetzt wird. Mit
dem resultierenden Faktor von 1.13 wird der in
Abbildung S2.2 unten für das A1B-Szenario gezeigte
globale mittlere Verlauf des Temperaturanstiegs
multipliziert. Der Wert des ermittelten Faktors
(1.13) bringt zum Ausdruck, dass der aus Abbildung
S2.3 ermittelte regionale Temperaturanstieg
um 13% größer ausfällt, als der mittlere globale
Anstieg des IPCC-SRES-A1B Szenarios.
Die angenommene Kurve setzt entsprechend
den Temperaturverlauf ab der beobachteten
Temperatur des Jahres 1990 fort.
Als zweite Kurve ist in Abbildung S2.8 mit der Bezeichnung
Fortschreibung der auf der Grundlage
des IPCC-SRES-A1B Szenario aus historisch
gemessenen Daten extrapolierte Temperaturanstieg
von 1990 bis 2100 dargestellt. Die Extrapolation
ergibt sich aus dem Vergleich der nach
IPCC-A1B Szenario berechneten mittleren jährlichen
Temperaturzunahme für den Zeitraum 1990
bis 2020 von 0,018°C pro Jahr mit dem tatsächlich
in den letzten 47 Jahren gemessenen Temperaturanstieg
von 0.0328°C pro Jahr. Das Zeitintervall
von 1990 bis 2020 wurde für den Vergleich
deshalb gewählt, weil in diesem Zeitraum die
Temperaturanstiege noch ähnlich zu den in der
Vergangenheit gemessenen verlaufen. Erst ab
2020 setzt beim gewählten IPCC-A1B-Szenario
ein starker Temperaturanstieg ein. Aus dem Verhältnis
der beiden Anstiege sowie dem generellen
Verlauf des A1B-Temperaturanstiegs aus Abbildung
S2.2 unten wurde die gezeigte Fortschreibung des historisch gemessenen Trends
wie im oben beschriebenen Fall der Kurve IPCC
regional ermittelt. Daraus ergibt sich, wie Abbildung
S2.8 zu entnehmen ist, für das Untersuchungsgebiet
aus der Fortschreibung eine
regionale Erhöhung der jährlichen Mitteltemperatur
von 5.2°C im Zeitraum zwischen 1990 und
2100. Diese Fortschreibung des aus den Messungen
der Vergangenheit abgeleiteten Erwärmungstrends
ist beinahe identisch mit den Ergebnissen
der oben angeführten UBA-Studie, die zu
einer Erhöhung der mittleren Jahrestemperatur
im Untersuchungsgebiet um ca. 5.2°C zwischen
1990 und 2100 kommt. Sie liegt auch sehr nahe
am Temperaturtrend der MM5-Ergebnisse, aus
denen sich eine Temperaturzunahme von 4.7°C
im Untersuchungsgebiet ergibt (siehe Tabellen
S2.2 und S2.3).
Die Abbildung S2.8 sowie die Ergebnisse der regionalen Klimamodelle, die auf der gemeinsamen globalen Randbedingung von ECHAM5 (Member 1) beruhen, eröffnen auf der Grundlage des globalen IPCC-SRES-A1B Emissionsszenarios vier regionale Klimatrends für den Temperaturanstieg und die Veränderung der Niederschläge an der Oberen Donau. Sie sind in Tabelle S2.4 dargestellt.
A1B-Klimatrend |
Temperaturtrend |
Rel. Niederschlagstrend 1990-2100 |
Jährlicher Niederschlagstrend |
1. IPCC regional |
+3.3°C Winter, |
+1.7% Winter, |
-4.4% |
2. REMO regional |
+6.8°C Winter, |
-4.9% Winter, |
-12.6% |
3. MM5 regional |
+5.2°C Winter, |
+7.7% Winter, |
-3.5% |
4. Fortschreibung |
+5.2°C Winter, |
+47% Winter, |
-16.4% |
Die Zusammenschau der vier ausgearbeiteten GLOWA-Danube Klimatrends stellt sich wie folgt dar:
IPCC (2000):
Special Report on Emissions Scenarios [Nakicenovic, N. and Swart R. (eds.)]. Cambridge University
Press, Cambridge, United Kingdom.
IPCC (2001):
Climate Change 2001: The Scientific Basis.
Contribution of Working Group I to the Third Assessment
Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change
[Houghton, J.T.,Y. Ding, D.J. Griggs, M. Noguer, P.J. van der
Linden, X. Dai, K. Maskell, and C.A. Johnson (eds.)].
Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom
and New York, NY, USA, 881pp.
IPCC (2007):
Climate Change 2007: The Physical Science
Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth
Assessment Report of the Intergovernmental Panel on
Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen,
M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)].
Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom
and New York, NY, USA, 996 pp.
Jacob, D. (2001):
A note to the simulation of the annual and
inter-annual variability of the water budget over the Baltic Sea
drainage basin. Meteorol. and Atmosph. Phys., 77, S. 61-73.
Jacob, D., Göttel, H., Kotlarski, S.,Lorenz, P., Sieck, K.
(2008):
Klimaauswirkungen und Anpassung in Deutschland -
Phase 1: Erstellung regionaler Klimaszenarien für Deutschland.
In: Umweltbundesamt (Hrsg.) (2008): Climate Change
11/08.
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