Kapitel S4
|
Klima-variante | Bezeichnung |
Kriterium |
1 | Baseline |
mittlere Jahrestemperatur zw. 2011 und 2035 |
2 | Lang anhaltende Periode warmer Winter zw. 2011 und 20 |
5-jähriges Temperaturmaximum DJF zw. 2011 und 2035 |
3 | Lang anhaltende Periode heißer Sommer zw. 2011 und 203 |
5-jähriges Temperaturmaximum JJA zw. 2011 und 2035 |
4 | Lang anhaltende Trockenperiode zw. 2011 und 20 |
5-jähriges Niederschlagsminimum zw. 2011 und 2035 |
5 | Lang anhaltende Trockenperiode zw. 2036 und 2060 |
5-jähriges Niederschlagsminimum zw. 2036 und 2060 |
6 | Mittlere Trockenperiode zw. 2011 und 2035 |
3-jähriges Niederschlagsminimum zw. 2011 und 2035 |
7 | Mittlere Trockenperiode zw. 2036 und 2060 |
3-jähriges Niederschlagsminimum zw. 2036 und 2060 |
8 | Ein trockenes Jahr zw. 2011 und 2035 |
trockenstes Jahr zw. 2011 und 2035 |
9 | Ein trockenes Jahr zw. 2036 und 2060 |
trockenstes Jahr zw. 2036 und 2060 |
10 | Lang anhaltende Periode heißer Sommer zw. 2036 und 2060 |
5-jähriges Temperaturmaximum JJA zw. 2036 und 2060 |
11 | Mittlere Periode heißer Sommer zw. 2011 und 2035 |
3-jähriges Temperaturmaximum JJA zw. 2011 und 2035 |
12 | Mittlere Periode heißer Sommer zw. 2036 und 2060 |
3-jähriges Temperaturmaximum JJA zw. 2036 und 2 |
13 | Ein heißer Sommer zw. 2011 und 2035 |
Temperaturmaximum JJA zw. 2011 und 2035 |
14 | Ein heißer Sommer zw. 2036 und 2060 |
Temperaturmaximum JJA zw. 2036 und 2060 |
15 | Mittlere Niederschlagssummen zw. 2011 und 2035 |
mittl. Jahresniederschlagssumme zw. 2011 und 2035 |
16 | Mittlere Niederschlagssummen zw. 2036 und 2060 |
mittl. Jahresniederschlagssumme zw. 2036 und 2060 |
17 | Baseline II |
mittlere Jahrestemperatur zw. 2036 und 2060 |
18 | Lang anhaltende Periode warmer Winter zw. 2036 und 2060 |
5-jähriges Temperaturmaximum DJF zw. 2036 und 2060 |
19 | Lang anhaltende Periode trockener Sommer zw. 2011 und 2035 |
5-jähriges Niederschlagsminimum JJA zw. 2011 und 2035 |
20 | Lang anhaltende Periode trockener Sommer zw. 2036 und 2060 |
5-jähriges Niederschlagsminimum JJA zw. 2036 und 2060 |
Tabelle S4.1: Zwischen den Teilprojekten und im Stakeholderprozess vereinbarte und implementierte GLOWA-Danube Klimavarianten (DJF: Dez., Jan., Febr.; JJA: Jun., Jul., Aug.).
Abbildung S4.1: Schematische Darstellung der Erzeugung der Klimavarianten mit dem statistischen Klimaantriebs-Generator.
Dies wird im Folgenden exemplarisch für die Klimavariante 4 „Lang anhaltende Trockenperiode zwischen 2011 und 2035“ erläutert. Zur Ermittlung eines meteorologischen Szenario-Datensatzes, der im Zeitraum zwischen 2011 und 2035 eine lang anhaltende Trockenperiode von 5 Jahren aufweist, wird für diesen Zeitraum ein 5-Jahres-Fenster in Jahresschritten über die erzeugten Niederschlags-Messreihen geschoben und für jede 5-Jahres Periode die mittlere Niederschlagssumme aller meteorologischen Stationen im Datensatz bestimmt. Danach wird die kleinste berechnete Niederschlagssumme in 5 aufeinander folgenden Jahren zusammen mit dem jeweiligen Saatwert für den Zufallsgenerator des statistischen Klimaantriebs-Generators gespeichert. Dieses Vorgehen wird für jeden Klimatrend 5000-mal wiederholt. Die Häufigkeitsverteilung der generierten 5000 minimalen Niederschlagssummen in 5 aufeinander folgenden Jahren ist in Abbildung S4.2 für die Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung zu sehen.
Abbildung S4.2: Vergleich der Häufigkeitsverteilung der 5000 berechneten Realisierungen zur Erstellung von Klimavariante 4 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung
An die Häufigkeitsverteilung der Niederschlagssummen wird nun eine Normalverteilung angepasst. Es ist nicht verwunderlich, dass diese mit einem student-t-Test stets auf hohem Niveau von über 99% als signifikant bestätigt wird, da der Zufallsgenerator, der dem statistischen Klimaantriebs-Generator zugrunde liegt annimmt, dass die Variabilität von Niederschlag und Temperatur normalverteilt ist. Um eine konkrete Realisierung aus den jeweils 5000 Realisierungen auszuwählen, wurde die 5%-Unterschreitungs-Perzentile der Normalverteilung gewählt. Sie gibt diejenige Niederschlagssumme an, die bei der Berechnung der 5000 Realisierungen in 5% der Fälle, also 100 mal, unterschritten wurde. Die 5%-Perzentile wurde in einem GLOWA-Danube-internen Abstimmungsprozess festgelegt. Sie bedeutet, dass der minimale Niederschlagswert in einem von 20 Versuchen auftritt. Dies stellt damit ein Ereignis von ungewöhnlicher aber nicht extremer Seltenheit dar. Es ist bei der Erstellung weiterer Klimavarianten durchaus möglich, diese Grenze und damit den Extremcharakter der Klimavariante zu verändern.
Je nach betrachtetem Klimatrend liegt die 5%-Perzentile für die Klimavariante 4 „Lang anhaltende Trockenperiode zwischen 2011 und 2035“ bei 4632 mm Niederschlag in 5 Jahren bzw. 926 mm Niederschlag pro Jahr (Klimatrend IPCC regional), bei 4450 mm in 5 Jahren bzw. 890 mm pro Jahr (Klimatrend REMO regional), bei 4605 mm in 5 Jahren bzw. 921 mm pro Jahr (Klimatrend MM5 regional) und nur bei 4426 mm Niederschlag in 5 Jahren bzw. 885 mm pro Jahr für den Klimatrend Fortschreibung. Dem steht ein mittlerer Jahresniederschlag von 1040 mm/a mit einer Standardabweichung von 130 mm/a in der Periode 1960 bis 2006 gegenüber.
Abbildung S4.3: Verlauf der jährlichen Niederschlagssummen der ausgewählten Realisierungen von Klimavariante 4 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Abbildung S4.3 zeigt den Verlauf der jährlichen Niederschlagssummen in den ausgewählten Klimavarianten in der Periode von 2011 bis 2060 für die 4 Klimatrends. Die Perioden besonderer Trokkenheit sind mit farbigen Zeitfenstern gekennzeichnet. Die vier unterschiedlichen 5-jährigen Trockenperioden mit ihrem jeweiligen Beginn in den Jahren 2013 (IPCC regional), 2021 (REMO regional), 2029 (MM5 regional) und 2031 (Fortschreibung) sind auch ohne die farbige Markierung deutlich zu erkennen.
Auch für die Erzeugung der anderen Klimavarianten
wurde wie beschrieben vorgegangen. Mit
Hilfe der 5%-Perzentilen wurde aus den Häufigkeitsverteilungen
der jeweils 5000 Realisierungen
der verschiedenen Klimavarianten (analog
zu Abbildung S4.2) die jeweils gültige Klimavariante
ausgewählt.Klimavarianten in GLOWA-Danube
Für die Untersuchung der Auswirkungen von verschiedenen Klimavarianten in den vier gewählten Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung (siehe Kapitel S2) auf den Wasserhaushalt der Oberen Donau wurden aus den 20 in Tabelle S4.1 aufgeführten Klimavarianten in intensiven Diskussionen mit den betroffenen Akteur-Teilprojekten zunächst und mit höchster Priorität die folgenden vier Klimavarianten zur Behandlung in DANUBIA ausgewählt:
Klimavariante 1:
Durchschnittliche Temperaturerhöhung
(kurz: Baseline). Diese Klimavariante repräsentiert die durchschnittliche Temperaturerhöhung
von 2011 bis 2035 und eröffnet damit die
Möglichkeit, einen auf der Basis der gewählten
Klimatrends und der im statistischen Klimaantriebs-Generator gemachten Annahmen sehr
wahrscheinlich auftretenden Witterungsverlauf
zu untersuchen. Für Klimavariante 1 sind die
Häufigkeitsverteilungen der mittleren Jahrestemperaturen
zwischen 2011 und 2035 der 5000 Realisierungen
für die vier verschiedenen Klimatrends
in Abbildung S4.4 gegenüber gestellt. Die
Abbildung zeigt direkt die Auswirkung des gewählten
Klimatrends auf die mittleren Jahrestemperaturen
im Zeitraum von 2011 bis 2035. Sie
befinden sich bei 9.4°C für den Klimatrend IPCC
regional, 9.6°C für den Klimatrend REMO regional,
9.5°C für den Klimatrend MM5 regional und
9.5°C für den Klimatrend Fortschreibung. Dem
steht eine mittlere Jahrestemperatur von 6.2°C in
der Periode 1960 bis 2006 gegenüber.
Abbildung S4.4: Gegenüberstellung der Häufigkeitsverteilung der 5000 Realisierungen zur Erstellung von Klimavariante 1 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Abbildung S4.5 zeigt den Verlauf der jährlichen Mitteltemperaturen im Einzugsgebiet der Oberen Donau für de Periode 2011-2060 für die vier gewählten Realisierungen, die den Mittelwert des zum jeweiligen Klimatrend gehörenden Histogramms darstellen. Aus Abbildung S4.5 ist neben dem generellen Anstieg der Temperatur im Zeitraum 2011 bis 2060 die unterschiedliche Steigung und der unterschiedliche Verlauf des Anstiegs für die vier gewählten Klimavarianten zu erkennen.
Die Karten 1a-1d aus dem Kartenblatt S4 zeigen die Mitteltemperaturen der Klimavariante 1 über den Zeitraum 2011-35 in den vier unterschiedlichen Klimatrends. Alle 4 Karten zeigen sehr ähnliche Werte, welche aber deutlich über den Temperaturen der Vergangenheit liegen (siehe Kapitel 1.6).
Abbildung S4.5: Verlauf der jährlichen Mitteltemperaturen der gewählten Realisierungen von Klimavariante 1 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Klimavariante 2:
Lang anhaltende Periode warmer
Winter zwischen 2011 und 2035 (kurz: 5 warme
Winter). Diese Klimavariante eröffnet die Möglichkeit,
die Auswirkungen aufeinander folgender warmer
Winter, die mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit
von 5% auftreten, z.B. auf die touristische Infrastruktur
oder die Energieversorgung zu untersuchen.
Für Klimavariante 2 sind die Häufigkeitsverteilungen
der maximalen 5-Jahres-Mitteltemperaturen
der Wintermonate Dezember, Januar und
Februar im Zeitraum 2011 bis 2035 der 5000 Realisierungen
für die vier verschiedenen Klimatrends
in Abbildung S4.6 gemeinsam mit den sich aus
den angepassten Normalverteilungen ergebenden
5%-Perzentilen gegenüber gestellt. Abbildung
S4.6 zeigt direkt die Auswirkung des gewählten
Klimatrends auf die Extreme der maximalen 5-Jahres-DJF-Mitteltemperaturen aus der Periode
2011-2035. In Abbildung S4.7 ist der Verlauf der
mittleren Winter-Temperaturen im Einzugsgebiet der Oberen Donau für die vier gewählten Realisierungen,
die das Kriterium für die vier gewählten
Klimatrends auf der 5%-Perzentile erfüllen, dargestellt.
Die Perioden der wärmsten Winter sind
farbig eingezeichnet.
Abbildung S4.6: Gegenüberstellung der Häufigkeitsverteilung der 5000 Realisierungen zur Erstellung von Klimavariante 2 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Die Karten 2a-2d aus dem Kartenblatt S4 zeigen jeweils die mittleren Wintertemperaturen aus den 5 Jahren, in denen die höchsten Temperaturen aufgetreten sind. Vergleicht man diese besonders warmen Winter mit der mittleren Wintertemperatur aus der Vergangenheit (siehe Karte 4 in Kapitel 2.5.2), so ist eine deutliche Erwärmung, insbesondere bei den Klimatrends REMO regional und Fortschreibung zu erkennen.
Abbildung S4.7: Verlauf der jährlichen mittleren Winter-Temperaturen (DJF) der ausgewählten Realisierungen von Klimavariante 2 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Klimavariante 3:
Lang anhaltende Periode heißer
Sommer zwischen 2011 und 2035 (kurz: 5 heiße
Sommer). Diese Klimavariante eröffnet die Möglichkeit,
die Auswirkungen aufeinander folgender
heißer Sommer, die mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit
von 5% auftreten, z.B. auf die Energieerzeugung,
Gletscherentwicklung, Waldbrandgefahr,
Landwirtschaft und Wasserversorgung zu
untersuchen.
Für Klimavariante 3 sind die Häufigkeitsverteilungen der maximalen 5-Jahres-Mitteltemperaturen der Sommermonate Juni, Juli und August zwischen 2011 und 2035 der 5000 Realisierungen für die vier verschiedenen Klimatrends in Abbildung S4.8 gemeinsam mit den sich aus den angepassten Normalverteilungen ergebenden 5%-Perzentilen gegenüber gestellt. Auch hier ist die Auswirkung des gewählten Klimatrends auf die Extreme der maximalen 5-Jahres-JJA-Mitteltemperaturen aus der Periode 2011-2035 deutlich zu erkennen.
|
Klimavariante 1: |
Klimavariante 2: |
Klimavariante 3: |
Klimavariante 4: |
Klimatrend 1: |
9.4°C |
2.2°C |
18.5°C |
4632 mm/ 926 mm |
Klimatrend 2: |
9.6°C |
2.9°C |
18.9°C |
4450 mm/ 890 mm |
Klimatrend 3: |
9.5°C |
2.6°C |
19.0°C |
4605 mm/ 921 mm |
Klimatrend 4: |
9.5°C |
2.4°C |
18.8°C |
4426 mm/ 885 mm |
|
Mittlere Jahrestemperatur |
Mittlere Wintertemperatur |
Mittlere Sommertemperatur |
Mittlerer Jahresniederschlag |
Vergangenheit |
6.2°C |
-2.3°C |
14.5°C |
1040 mm |
Tabelle S4.2: Werte der 5% Perzentilen in den unterschiedlichen Klimavarianten und Klimatrends sowie Zeiträume, in denen die Kriterien, die zu den Klimavarianten führen, auftreten.
In Abbildung S4.9 ist der Verlauf der mittleren Sommertemperaturen im Einzugsgebiet der Oberen Donau für die vier gewählten Realisierungen der vier Klimatrends auf der 5%-Perzentile dargestellt. Die Perioden heißer Sommer liegen mit ihrem jeweiligen Beginn in den Jahren 2031 (Klimatrend IPCC regional), 2026 (Klimatrend REMO regional), 2028 (Klimatrend MM5 regional) und 2029 (Klimatrend Fortschreibung) sehr nahe beieinander.
Abbildung S4.8: Gegenüberstellung der Häufigkeitsverteilung der 5000 Realisierungen zur Erstellung von Klimavariante 3 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Die mittleren Temperaturen aus den 5 wärmsten Sommern zwischen 2011 und 2035 in den verschiedenen Klimatrends sind im Kartenblatt S4 in den Karten 3a-3d dargestellt. Sie unterscheiden sich nur minimal voneinander, zeigen aber im Vergleich zu den mittleren Sommertemperaturen aus der Vergangenheit eine beachtliche Erwärmung (siehe Karte 2 in Kapitel 2.5.2).
Abbildung S4.9: Verlauf der jährlichen mittleren Wintertemperaturen (DJF) der ausgewählten Realisierungen von Klimavariante 3 für die vier Klimatrends IPCC regional, REMO regional, MM5 regional und Fortschreibung.
Klimavariante 4:
Lang anhaltende Trockenperiode zwischen 2011 und 2035. Diese Klimavariante eröffnet
die Möglichkeit, die Auswirkungen langer
Trockenperioden, die mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit
von 5% auftreten, z.B. auf die Energieerzeugung,
Landwirtschaft und Wasserversorgung
zu untersuchen.
Der Vergleich der Häufigkeitsverteilung der 5000 berechneten Realisierungen zur Erstellung von Klimavariante 4 für die vier Klimatrends sowie der Verlauf der jährlichen Niederschlagssummen der ausgewählten Realisierungen von Klimavariante 4 wurden bereits bei der Beschreibung der Erzeugung der Klimavarianten aufgeführt und in den Abbildungen S4.2 und S4.3 dargestellt. Die Karten 4a-4d aus dem Kartenblatt S4 zeigen jeweils die mittleren Jahresniederschläge aus den 5 Jahren, in denen die minimalen Niederschläge aufgetreten sind. Vergleicht man diese besonders trockenen Jahre mit dem mittleren Niederschlag aus der Vergangenheit (siehe Karte 4 in Kapitel 1.5), so ist eine deutliche Reduzierung des Niederschlags über das gesamte Einzugsgebiet zu erkennen.
Tabelle S4.2 fasst die Ergebnisse der Berechnung der vier ausgewählten Klimavarianten zusammen. Hier werden die Werte der 5%-Perzentilen, die Zeiträume, in denen das Kriterium nach Tabelle S4.1 eintritt, das die unterschiedlichen Klimavarianten definiert, sowie vergleichende Mittelwerte aus der Vergangenheit dargestellt.
Die Tabelle zeigt, dass bei der Auswahl der Klimavarianten, die zeitlich begrenzte, extreme Verhältnisse repräsentieren und mit einer Wahrscheinlichkeit von 5% auftreten könnten, innerhalb der nächsten 25 Jahren mit zum Teil beachtlichen Veränderungen gegenüber dem Mittelwert aus der Vergangenheit zu rechnen ist. Dies gilt vor allem für die Klimavariante „5 trockene Jahre“, bei der die mittlere Niederschlagssumme des betrachteten 5-Jahres-Zeitraums gegenüber dem langjährigen Mittel um bis zu 20% reduziert ist.
Es wurde dargestellt, nach welchen Kriterien und auf welche Weise GLOWA-Danube Klimavarianten für die drei gewählten Klimatrends entwickelt und mit dem statistischen Klimaantriebs-Generator in meteorologische Antriebe umgesetzt werden können. Die Klimavarianten, die auf der Grundlage der sowohl projektinternen als auch mit den Stakeholdern intensiv geführten Klimaszenarien-Diskussionen ausgewählt wurden, wurden beschrieben und dokumentiert. Somit stehen derzeit für jeden Klimatrend vier meteorologische Klimavarianten zur Verfügung, die sowohl auf der Grundlage eines großen Ensembles von statistisch äquivalenten meteorlogischen Antrieben eine definierte statistische Eintrittwahrscheinlichkeit besitzen als auch die inhaltlichen Kriterien erfüllen.
Die Darstellungen haben gezeigt, dass im Rahmen der definierten Klimatrends, die die Bandbreite der erwarteten Entwicklung von Temperatur und Niederschlag im Zeitraum von 1990 bis 2100 abdecken sollen, eine große Variabilität von statistisch äquivalenten Witterungsverläufen für die Jahre 2011 bis 2060 besteht. Für jede Klimavariante kann auf der Basis der im Klimaantriebs-Generator gemachten Annahmen eine Aussageüber ihre Eintrittswahrscheinlichkeit gemacht werden. Die Vielfalt der Klimavarianten wird eine Bandbreite von Ergebnissen der hydrologischen Modellierungen und der Akteur-Modellierungen erzeugen, wobei unter der Voraussetzung, dass der jeweilige Klimatrend eintritt, für jedes Ergebnis die Eintrittwahrscheinlichkeit bekannt ist.
Mit den in Tabelle S4.1 aufgeführten Kriterien für
die Klimavarianten sind die Möglichkeiten des
vorgestellten Ansatzes der Klimavarianten bei
weitem noch nicht ausgeschöpft. Fragestellungen,
die mit den vier gewählten Klimavarianten
nicht behandelt werden können, werden andere
Kriterien benötigen, die je nach Komplexität der
Anforderungen unterschiedlich aufwendig realisierbar
sind.
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