ReCliS:NG Next Generation Regional Climate Scenarios for the Greater Alpine Region (Eine neue Generation regionaler Klimaszenarien für den erweiterten Alpenraum) M. Suklitsch, A. Gobiet, M. Themeßl, H. Truhetz Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel Forschungsgruppe Regionale und Lokale Klimamodellierung und -analyse (ReLoClim)

Inhalt Motivation und Hintergrund-Informationen Vorläufer-Projekte Das Projekt „ReCliS:NG“

Motivation

Motivation / Hintergrund-Information Erstellen von neuen Klimaszenarien für den Alpenraum Hintergrund: „2°C-Ziel“ der EU (Thema der 3. ACRP-Ausschreibung), d.h. eine Temperaturerhöhung (global) von nicht mehr als 2°C gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter bis 2100. Bisher: Treibhausgas-Emissionsszenarien ohne Anpassungs-Strategien, lediglich potentielle zukünftige Entwicklungen hinsichtlich Erdbevölkerung, ob eher ökologisch oder ökonomisch, eher regionalisiert oder globalisiert (Stichworte: SRES  A1, A1FI, A1T, A1B, A2, B1, B2)

Motivation / Hintergrund-Information IPCC AR5 (~2014): „representative concentration pathway“ scenarios (RCPs)  umgekehrter Weg: ausgehend von einer angenommenen Erwärmung bis 2100  potentielle Verläufe für Treibhausgas-Emissionen/Konzentrationen unter Berücksichtigung von Anpassungs-Strategien 4 RCPs ausgewählt: RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5

Representative Concentration Pathways Abbildung: Globale Emissionen und Konzentration von Treibhaus-gasen in der Atmosphäre in den 4 RCP-Szenarien (Quelle: Goose et al., 2011; http://climate.be/textbook)

Konzept: Regionale Klimamodellierung Auflösung ca. 250km Auflösung ca. 50km Auflösung ca. 10km

Vorgeschichte

Was bisher geschah: reclip:more reclip:century / 2 2 regionale Klimamodelle 1 globales Klimamodell 1 Emissions-Szenario Simulations-Zeitraum: 2 10-Jahres-Zeitscheiben (1981 – 1990, 2041 – 2050) 2 regionale Klimamodelle 2 globale Klimamodelle 2 Emissions-Szenarien Simulations-Zeitraum: 96/146 Jahre kontinuierlich (1955 – 2050/2100)

Was bisher geschah: Abbildung: Jahreszeitliche Temperatur-Änderung aus reclip:century Basis: 1961 – 1990 Vergleich mit: 2021 – 2050 RCM: COSMO-CLM, GCM: ECHAM5 A1B DJF MAM JJA SON

Was bisher geschah: Abbildung: Jahreszeitliche Niederschlags-Änderung aus reclip:century Basis: 1961 – 1990 Vergleich mit: 2021 – 2050 RCM: COSMO-CLM, GCM: ECHAM5 A1B DJF MAM JJA SON

Reclis:ng

Neues in ReCliS:NG ReCliS:NG reclip:century 2 regionale Klimamodelle (COSMO-CLM und MM5) 2 globale Klimamodelle (ECHAM5 und HadCM3) 2 Emissions-Szenarien (SRES A1B und B1) Simulations-Zeitraum: 146 Jahre kontinuierlich (von 1955 bis 2100) 1 regionales Klimamodell (COSMO-CLM) 1 globales Klimamodell (HadGEM2-ES) 2 Szenarien (RCP2.6, RCP4.5) Simulations-Zeitraum: 152 Jahre kontinuierlich (von 1949 bis 2100)

ReCliS:NG – potentielle Fragen Warum COSMO-CLM? Jahrelange Erfahrung bzgl. Fehlereigenschaften Warum RCP2.6/4.5? RCP4.5: „Brückenschlag“ zu reclip:century SRES A1B RCP2.6: Erreicht 2°C-Ziel (globale Erwärmung ca. 1.8°C) Warum die geänderte Simulationsperiode? Kompatibilität zu CORDEX

Exkurs: CORDEX „COordinated Regional Downscaling EXperiment“ Internationale Initiative zum koordinierten Erstellen von regionalen Klimaszenarien in definierten Gebieten der Erde (Fokusregion: Afrika) u.a. für IPCC AR5. ReCliS:NG-Simulationen sollen CORDEX-konform sein, um Teil dieser weltweiten Anstrengung zu werden nähere Informationen (in englischer Sprache): http://wcrp.ipsl.jussieu.fr/RCD_Projects/CORDEX/CORDEX_giorgi_WMO.pdf

ReCliS:NG – Projekt-Abwicklung Kopieren großer Mengen an Antriebsdaten (ca. 2 Terrabyte, ~4 Mio. DIN A4-Seiten) Aufbereitung der Antriebsdaten Interpolieren der Antriebsdaten schließlich: vergangenes und zukünftiges Klima simulieren (ca. 9 Monate bis 1 simuliertes Jahr pro Kalendertag) Erwartete Datenmenge aller Simulationen: ca. 150 Terrabyte (rund 30km hoher A4-Papierstapel) Evaluierung der Modell-Ergebnisse

ReCliS:NG - Modellevaluierung Erfolgt mit WICE Wegener Center Integrated Climate Model Evaluation System Werkzeug zur Modellevaluierung sowie Berechnung der Klimawandelsignale (und ein bisschen mehr…) Am Wegener Zentrum / in ReLoClim entwickelt verschiedene Möglichkeiten, am bekanntesten: Bias („Modellfehler“), Varianz des Fehlers, (räumliche und zeitliche) Korrelationen http://www.wegcenter.at/ReLoClim/tools

ReCliS:NG – Modellfehler Alle Modell-Ergebnisse haben Fehler (Ursachen unterschiedlich) Machen eine direkte Anwendung der Modellergebnisse in z.B. Klimafolgenforschung unmöglich. Diese Fehler kann man teilweise korrigieren Fehlerkorrektur-Methoden, z.B. Quantile Mapping – in WICE) Benötigt: Beobachtungsdaten, Modell-Ergebnisse, gewisse Annahmen

ReCliS:NG – Fehlerkorrektur Abbildung: Schematische Darstellung des Quantile Mapping Verfahrens (Quelle: Themeßl und Gobiet, 2010) 1. Entnahme des Modellwert an einem gewissen Punkt/zu einer gewissen Zeit 2. Überprüfen der Häufigkeit dieses Werts im Kalibrierungs-Zeitraum 3. Suche des Werts mit der gleichen Häufigkeit in der Beobachtungs-Zeitreihe 4. Übertragen dieses Wertes als korrigiertes Modellergebnis

ReCliS:NG – Beispiel Fehlerkorrektur Abbildung: Links: originale Modellergebnisse, Rechts: fehlerkorrigierte Modellergebnisse Oben: Temperature Unten: Niederschlag Quelle: Themeßl et al, 2010

Stichwort: Interfacing Fehlerkorrektur eine Art des „Interfacings“ zwischen Klimamodellierung und Klimafolgenforschung Generell: Daten aus Klimamodellen für die Anwendung in anderen Forschungsbereichen aufbereiten (inkl. Beschreibungen) Erfahrung in WegCenter Forschungsgruppe ReLoClim aufgebaut (erstmals in EU-Projekt „CLAVIER“) begehrte Erfahrung, siehe Adapt.at, adapt2to4, CC-Snow

ReCliS:NG – Erwartete Ergebnisse Werkzeug zum Konvertieren der Antriebsdaten in das notwendige Format Neuere und aktuellere Klimaszenarien für den Alpenraum/Österreich Information über Auswirkungen des „2°C-Ziels“ auf den Alpenraum (Temperatur-Zunahme, Niederschlags-Verteilung, Häufigkeit von Extremereignissen) Ad 2.: 2°C T-Zunahme global muss nicht unbedingt 2°C T-Zunahme im Alpenraum bedeuten (Alpenraum zeigt schon jetzt eine fast doppelt so hohe T-Zunahme wie globales Mittel)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mehr Informationen zur Arbeit in ReLoClim auf http://wegcenter.at/ReLoClim Bildnachweis: Falls nicht anders angegeben: aus eigener Arbeit entstanden Goosse H., P.Y. Barriat, W. Lefebvre, M.F. Loutre and V. Zunz (2011). “Introduction to climate dynamics and climate modeling”, Online textbook verfügbar unter http://www.climate.be/textbook. Themeßl, M., A. Gobiet (2010), “Error Correction of Daily Temperature and Precipitation from Regional Climate Simulations in Europe and the Effects on Climate Change Signals”, Abstract EGU2010-9664 , präsentiert bei der EGU 2010, Wien, 2. – 7. Mai Themeßl, M., A. Gobiet, G. Heinrich (2010), “Error Correction of Daily Temperature and Precipitation from Regional Climate Simulations in Europe and the Effects on Climate Change Signals”, Abstract GC51A-0732, präsentiert beim 2010 Fall Meeting, AGU, San Francisco, Calif., 13. – 17. Dez.

Klima- und Energiefonds http://www.klimafonds.gv.at/