Klimawandel und Extremereignisse im mediterranen Großraum - Probabilistische Abschätzung regionaler Klimaänderungen im Mittelmeerraum
Final Report Abstract
Im Forschungsprojekt KLIWEX-MED wurden die regionalen Ausprägungen des Klimawandels anhand diverser Klimaparameter im mediterranen Großraum detailliert untersucht und die Unsicherheiten der prognostizierten Änderungen in einem probabilistischen Sinne quantifiziert. Dazu wurden sowohl globale als auch regionale Klimamodellsimulationen analysiert und verschiedene statistische Downscaling-Ansätze herangezogen und weiterentwickelt. Ein Hauptaugenmerk lag auf den Extremereignissen, insbesondere den Starkniederschlägen, wobei verschiedene Wege beschritten und im räumlichen und saisonalen Kontext verglichen wurden: (1) direkt aus globalen und regionalen Klimamodellsimulationen; (2) indirekt über statistische Ansätze, die zum einen Transferfunktionen zwischen großskaligen Prädiktoren und regionalen oder lokalen Prädiktanden ableiten, zum anderen auf der Verbindung zu großskaligen Zirkulationsmustern und Wetterlagen basieren; (3) indirekt über einen Wettergenerator, der auf der Grundlage physikalischer und statistischer Gesetzmäßigkeiten aus den Klimamodellen lokale Extremereignisse ableitet. Im Hinblick auf die beobachteten und projizierten Veränderungen saisonaler Mittelwerte ließ sich im Mittelmeerraum eine generelle Tendenz zu höheren Temperaturen und weniger Jahresniederschlag feststellen. Verschiedene Klimamodelle differieren zum Teil erheblich in den Amplituden und regionalen Mustern des Klimawandels. Unterschiedliche Parametrisierungen und Auflösungen in den Klimamodellen tragen zur Unsicherheit mehr bei als die unbekannten Anfangsbedingungen der einzelnen Simulationen. Das regionale Klimamodell REMO zeigt bei fast allen untersuchten Aspekten Verbesserungen gegenüber dem antreibenden Globalmodell. Dies bezieht sich vor allem auf die höheren räumlichen Details in den Temperatur- und Niederschlagsklimatologien – ein gewichtiges Argument im heterogen gegliederten Mittelmeerraum – und die Repräsentation von Extremereignissen, wobei ein eigens entwickelter Wettergenerator hier noch weitere Verbesserungen hervorgebracht hat. Ein überraschendes Moment bestand in dem Resultat, dass die beobachteten ausgeprägten Temperatur- und Niederschlagstrends in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts von Klimamodellen nicht reproduziert werden konnten. Deswegen wurde über den Arbeitsplan im Projektantrag hinaus eine Studie zum Einfluss der großräumigen Zirkulationsmodi auf die regionalen Klimatrends in der Mittelmeerregion durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Anfangsbedingungen im gekoppelten Klimamodell selbst auf die interdekadische Variabilität der Zirkulationsmodi auswirken, so dass sich die Außerphasenbeziehung zwischen beobachteten und simulierten 30-jährigen Trends nicht als Modelldefizit, sondern als Ausdruck interner Variabilität darstellt. Die statistischen Modellansätze wurden im synoptischen Bereich in Gestalt einer Kombination von Analogmethode und Anpassung von Extremwertverteilungen an die Extreme der herunterskalierten täglichen Temperatur- und Niederschlagszeitreihen ausgeführt, im Bereich der Transferfunktionen sind folgende, über das ursprüngliche Arbeitsprogramm hinausführende Weiterentwicklungen erzielt worden: i) Implementierung von Methoden, die nicht-normalverteilte Prädiktanden und deren Transformation erlauben; ii) die zusätzliche Berücksichtigung von thermodynamischen Prädiktoren, die die kleiner-skalige Konvektion beeinflussen und teils andersartige Klimaänderungssignale ergeben; iii) der zusätzliche Einbezug von Trockenperioden anhand eines geeigneten Indikators. Bezüglich der Klimaänderungssignale in der Häufigkeit und Intensität von Niederschlagsextremen zeichnete sich ein räumlich und saisonal sehr differenziertes Bild ab. Während die betrachteten globalen und regionalen Klimamodellsimulationen vor allem im nördlichen Mittelmeergebiet eine Tendenz zu intensiveren Starkregenereignissen bei gleichzeitig zurückgehenden Jahresniederschlägen simulieren, tritt dieses Phänomen beim statistischen Downscaling nur regional begrenzt auf. Es lässt sich aber eine generelle Tendenz zu einer Verschiebung der gesamten Niederschlagsverteilung hin zu sowohl höheren als auch niedrigeren Werten feststellen. Insgesamt ist die Umsetzung des Forschungsprojektes KLIWEX-MED gerade auch in der Zusammenarbeit zwischen den Arbeitsgruppen in Würzburg und Augsburg von allen Beteiligten als sehr erfolgreich angesehen worden. Die gewonnenen Forschungsergebnisse haben ein vertieftes Verständnis des regionalen Klimawandels und der für Extremereignisse relevanten (überregionalen) Prozesse ermöglicht. Besonders hervorzuheben ist schließlich, dass sich aus den Ergebnissen des Projektes ein klarer weiterer Forschungsbedarf ergeben hat, der bereits zu einem konkreten Konzept für eine weiterführende gemeinsame Forschungsaktivität der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geführt hat.
Publications
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(2010): Temperature extremes in the Mediterranean area: Trends in the past and assessments for the future. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 10, 2039-2050
Hertig, E., Seubert, S., Jacobeit, J.
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(2012): Changes of total versus extreme precipitation and dry periods until the end of the 21st century: statistical assessments for the Mediterranean area. Theor. Appl. Climatol.
Hertig, E., Seubert, S., Paxian, A., Vogt, G., Paeth, H., Jacobeit, J.
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(2012): Statistical and dynamical downscaling assessments of precipitation extremes in the Mediterranean area. Meteorol. Z. 21
Hertig, E., A. Paxian, G. Vogt, S. Seubert, H. Paeth, J. Jacobeit
