8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Wie gut stimmt der modellierte Niederschlag des COSMO-CLM mit Messungen an Klimastationen des DWD überein?

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1 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Wie gut stimmt der modellierte Niederschlag des COSMO-CLM mit Messungen an Klimastationen des DWD überein? Ralf Lindau Uni Bonn

2 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Für einen 41-Jahres-Zeitraum (1960 – 2000) werden Beobachtungen von Regenmessstationen des DWD mit CLM-Ergebnissen verglichen. Auf jedem 18 km X 18 km Gitterfeld liegen im Durchschnitt 31.000 Beobachtungen des täglichen Niederschlags vor. Das sind etwa 1-5 pro Tag und Gitterfeld. Beobachtungsanzahl

3 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Die Beobachtungen zeigen Niederschläge von mehr als 1000 mm/a in Voralpenland, Schwarzwald und Bergischem Land. Große Teile Ostdeutschlands erhalten dagegen weniger als 600 mm/a. Das Mittel aller Stationen beträgt 785 mm/a Beobachtetes 41-Jahresmittel

4 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Im Model fällt in Mitteleuropa 993 mm/a Niederschlag (links). Bildet man Datenpaare und wertet das Modell nur an Tagen und Gitterpunkten aus, an denen Beobachtungen vorliegen, vermindert sich der Niederschlag auf 974 mm/a (rechts). 41-Jahresmittel im Modell

5 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Das Model überschätzt den Regen im Mittel um 189 mm/a (26%) (links). In Westdeutschland ist die Überschätzung sehr ungleichmäßig verteilt. In Ostdeutschland beträgt sie häufig etwa 50%. (rechts) Differenz Modell minus Beobachtung

6 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Das Modell regnet zu häufig. Jede Regenklassenhäufigkeit wird um 10 0.12, also etwa 30% überschätzt. Kein Regen wird an 44% der Tage beobachtet, im Modell sind es lediglich 29% + Modell 0-9 Obse Häufigkeitsverteilung von Regenklassen

7 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Mit der Methode gleicher Summenhäufigkeit wird die pdf des Modells in die der Beobachtungen überführt. Durch die Transfer-Funktion (links) werden sämtliche Modell-Regenraten vermindert. 99.94 – 100.07 mm/d  82.5 mm/d 2.95 - 3.06 mm/d  2.0 mm/d 0.00 – 0.45 mm/d  0.0 mm/d Nach der Korrektur stimmen die pdfs überein, auch die Häufigkeit regen- freier Tage (rechts). Korrekturfunktion

8 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Lauf_1 korrigiert Lauf_2 Korrektur vermindert den Niederschlag in allen Monaten etwa gleich. Ist eine monatliche Korrekturfunktion (Febr. stark, März schwach) notwendig? Vergleiche Unterschiede zwischen den Monaten eines Laufs mit den Unterschieden zwischen den Läufen. Mittlerer Jahresgang des Modellbias

9 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Der Jahresgang erzeugt eine Standardabweichung von 0.24 mm/d. Die Standardabweichung der Differerenz beider Läufe ist mit 0.26 mm/d vergleichbar. Also ist der Jahresgang nicht signifikant. Mittelwert mm/d Stdabw. mm/d Lauf_10.5370.237 Lauf_20.5380.241 Lauf_1corr0.0060.200 Diff_1-20.0010.264 rms-0.253 Monatliche Korrektur notwendig?

10 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 uncorrectedcorrected Die Korrektur vermindert den Regen auch räumlich recht gleichmäßig. Der Kontrast zwischen Oberrheintal und Schwarzwald bleibt z.B. erhalten. Differenz Modell minus Beobachtung

11 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Regionale Wirkung der Korrektur ist sehr gleichmäßig mit etwa -190 mm/a (links). Nur die sehr feine Differenzierung zeigt, dass die Korrektur zwischen 120 mm/a und 260 mm/a variiert (rechts). Unkorrigiert minus korrigiert

12 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Es bleibt also trotz Korrektur bei großen regionalen Differenzen des Modells verglichen mit den Beobachtungen (links). Die zeitliche Analogie dieser räumlichen Betrachtungsweise war Jahresgang des Biases nach Korrektur (rechts). Mithilfe einer 2. Modell-Realisation wurde der Jahresgang des Biases als zufällig entlarvt. Ist auch die räumliche Streuung zufällig oder tritt ein ähnliches Muster im 2.Lauf auf? Korrektur für jede Gitterbox notwendig?

13 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Lauf_1Lauf_2 Beide Läufe sind nahezu identisch. Obwohl beide Läufe mit derselben Korrektur verändert und mit denselben Beobach- tungen verglichen werden. Hat Herr Lindau sich hier vertan? Korrekturen für zwei Modellläufe

14 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Auch die Original-Läufe sind sehr ähnlich, aber nicht gleich (links). Die Unterschiede zwischen beiden Läufen betragen 20 mm/a verglichen mit 1000 mm/a für die räumlichen Differenzen. (Maß: Stdabw.) Das Muster des Modellfehlers ist also persistent und muss korrigiert werden. Lauf_1 Lauf_2 Differenz Unterschiede zweier Modellläufe

15 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Korrekturfunktion für jede Gitterbox Original Modell-RegenKorrigierter Modell-Regen Bias PDF Korrektur

16 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Lauf_1 minus ObsLauf_2 minus Obs Bias :0.83 mm/a Fehler des Einzelpixels: 2.57 mm/a Bias : 2.96 mm/a Fehler des Einzelpixels: 23.78 mm/a Korrektur basiert auf Lauf_1. Abschätzung des Fehlers der Korrektur durch Anwendung auf Lauf_2. Räumliche Struktur des Fehlers ähnlich der Differenz der Läufe. Lauf_2 - Lauf_1 Fehler der Korrektur

17 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Änderung der Regenmenge A1B (2016 – 2025) gegenüber C20 (1960 – 2000) (links). Der Unterschied zwischen Lauf_1 und Lauf_2 ist in der gleichen Größenordung (unten). Also herrscht 2020 noch keine signifikante Änderung im Niederschlag Zukünftige Regenmengen

18 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Klimaläufe: Die jährliche Regenmenge für Deutschland sinkt im Zeitraum 1960 - 2000 signifikant. (in beiden Läufen, korrigiert oder unkorriert) Lauf_1Lauf_2 Unkorrigiert Korrigiert Negative Regentrends im Modell

19 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 ModellBeobachtung Das Modell erzeugt Trends, die in den Beobachtungen nicht zu finden sind. Keine Regentrends beobachtet

20 8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009 Verglichen mit Beobachtungen regnet es im Zeitraum 1960 bis 2000 im Klimamodell zu häufig und zuviel. Lösung: Die pdf des Modells wird für jeden Gitterpunkt in die der Beobachtungen überführt. Bis 2020 sind die prognostizierten Änderungen im Regen klein gegenüber dem Bias des Modells und vergleichbar mit der Modellunsicherheit. Im Zeitraum 1960 bis 2000 erzeugt das Klimamodell signifikante Trends im Niederschlag, die in den Beobachtungen nicht zu finden sind. Sind prognostizierte Trends des Klimamodells dann noch glaubwürdig? Zusammenfassung