Szenarien mit WettReg (Wetterlagen-basierte Regionalisierungsmethode)

Methodik

Wetterlagen: Als erster Verfahrensschritt erfolgt eine objektive Wetterlagenklassifikation normierter Feldtypen. Es werden 10 Klassen (Wetterlagen) für das Temperaturregime und 8 Klassen (Wetterlagen) für das Feuchteregime der Jahreszeiten Frühling, Sommer, Herbst und Winter unterschieden, die eine gute Übereinstimmung mit subjektiven (empirischen) Klassen (Niederschlagsklassen: sehr trocken - sehr starker Niederschlag, bzw. Temperaturklassen: sehr extrem kalt – extrem warm) aufweisen.

Wettergenerator: Die Zeitreihen der Messdaten werden anhand der Leitgröße Temperatur (d.h. jahrgangsbereinigte zeitlich geglättete Tagesmitteltemperatur [über alle betrachteten Stationen gemittelt]) in übernormal warme bzw. unternormal kalte Abschnitte unterteilt. Per Zufallsgenerator wird eine Neukombination der Witterungsabschnitte zu einer simulierten Zeitreihe unter der Prämisse einer bestmöglichen Annäherung an die vorgegebene Häufigkeitsverteilung der Wetterlagen des Temperaturregimes (aus GCM/CLM abgeleitet) durchgeführt. Aufeinanderfolgende Wetterlagen (neu aneinander kombinierte Tage) müssen eine Übergangswahrscheinlichkeit von mehr als 10% aufweisen. Jeder Tag dieser simulierten Zeitreihe enthält eine Zuordnung zu Wetterlagen des Temperatur- und Feuchteregimes und den originalen Datumsbezug. Der Jahresgang der meteorologischen Größen, der als Abweichung vom stationsspezifischen Jahresgang vorliegt, wird anschließend auf die simulierte Zeitreihe aufgeprägt. Die simulierten Werte liegen auf dieser Verarbeitungsstufe im Wertebereich der Messwerte, können jedoch eine andere Häufigkeitsverteilung annehmen.

Zusatz-Auswertung des GCM: Der Wettergenerator bewerkstelligt eine Rekombination von gemessenen Zeitreihenabschnitten, wobei die sich in der Zukunft ändernde Häufigkeit der Wetterlagen der primäre steuernde Faktor ist. Das bedeutet aber auch, dass der Ereignisraum des gegenwärtigen Klimas, etwa im Sinne von neuen Extremwerten, nicht verlassen wird. Eine Modulation der vom Wettergenerator erzeugten Zeitreihen ist notwendig, um dies zu ermöglichen. Dazu wird für alle meteorologischen Größen bis auf den Niederschlag eine wetterlagenspezifische Änderung auf die simulierte Zeitreihe aufgeprägt. Sie bestimmt sich an einem repräsentativen Gitterpunkt des GCM als Änderung der großräumigen Felder der entsprechenden Dekade in Relation zur Dekade 2001 - 2010 mittels Regressionsbeziehung.

Für den Niederschlag erfolgt eine Anpassung der mittleren Verteilung der Niederschlagsklassen an die Häufigkeitsverteilung des Feuchteregimes (Anpassung für jede Dekade und jeden Simulationslauf separat) für das gesamte Untersuchungsgebiet (Mittel über alle Stationen). Für jede Niederschlagsklasse erfolgt beginnend mit der trockensten Klasse die Zufallsauswahl eines Tages, eine Niederschlagserhöhung um 10% an allen Stationen und eine erneute Bestimmung der Häufigkeitsverteilung. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die vorgegebene Häufigkeitsverteilung des Feuchteregimes erreicht ist (einzelne Tage können auch mehrfach selektiert werden).

Leistungsparameter

Das Verfahren wurde für eine Reihe von regionalen Klimastudien (KLIWA, GLOWA/Elbe, Sachsen, Thüringen, Sachsen-Anhalt, Hessen, Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz, Bayern, PArK-Projekt, Umweltbundesamt) erfolgreich eingesetzt. Es liefert Zeitreihen täglicher Werte meteorologischer Elemente bis hin zu Einzelstationen. Das Verfahren ist auch in der Lage eine Projektion der Änderung extremer Wettererscheinungen in einem Klimaszenario zu simulieren.

Explorative Datenanalyse mit IDP

Im Jahre 2006 gaben die Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LfU-BW), das Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU-BY), das Hessische Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG), das Landesamt für Umweltschutz, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht Rheinland-Pfalz (LUGW), das Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie (LfUG) und die Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG) gemeinsam bei der Firma CEC Potsdam eine Software in Auftrag, mit der Resultate von Klimarechnungen visualisiert werden können. Die Notwendigkeit war entstanden, nachdem regionalisierte Szenarios vorlagen und es galt, diese zu interpretieren und die zur Verfügung stehenden Zeitreihen atmosphärischer Parameter explorativ weiter zu analysieren. Dabei steht die Visualisierung von geografischen Verteilungen in Kartenform und die Erzeugung einer Vielzahl von Linien-, Balken- und anderen Grafiken im Vordergrund. Im Jahre 2008 erfolgte im Auftrag des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) Nordrhein-Westfalen eine umfangreicher Auftrag zur substanziellen Erweiterung der Funktionalität und Repräsentativität der mit IDP erzeugbaren Auswertungen.