Klimasignalkarten

Regionen in Deutschland in denen sich Klimaänderungen künftig bemerkbar machen, können anhand von Klimasignalkarten schnell ausgemacht werden.

Für die Anpassung an den Klimawandel werden belastbare Informationen über
zukünftig zu erwartende Klimaänderungen benötigt. Basierend auf Szenarien und mit Hilfe numerischer Klimamodelle können mögliche Entwicklungen des zukünftigen Klimas berechnet werden. Diese Entwicklungen unterscheiden sich, je nachdem welches sozioökonomische Szenario bzw. welche Konzentration von Treibhausgasen und Aerosolen in der Atmosphäre den Rechnungen zu Grunde liegen.

Klimamodelle werden auf einem räumlichen Gitter betrieben. Deshalb müssen Prozesse auf Skalen unterhalb der vom Modell direkt auflösbaren Skalen parametrisiert werden. Zudem sind noch nicht alle in der Atmosphäre und für Wetter und Klima relevanten Prozesse vollständig verstanden. Beides führt dazu, dass Modelle von der Realität abweichen und dass auch zwischen den Modellen Unterschiede bestehen. Dies führt wiederum zu unterschiedlichen Simulationsergebnissen für die verschiedenen Modelle. Zudem laufen Prozesse in der Atmosphäre oftmals nicht linear ab. Für die Modellberechnungen wird aber der Anfangszustand einer Modellatmosphäre angesetzt. So können bereits geringfügige Änderungen des Anfangszustandes zu Abweichungen der zeitlichen Klimaentwicklung führen.
Um die verschiedenen Entwicklungsmöglichkeiten des zukünftigen Klimas in
Klimaprojektionen zu erfassen, werden deshalb Ensemblesimulationen mit verschiedenen Modellen für verschiedene Szenarien erstellt. Diese spannen eine Bandbreite möglicher Klimaänderungen auf. Nicht immer ist jedoch aus der Bandbreite der möglichen Änderungen direkt ersichtlich, ob eine robuste Information aus den Daten abgeleitet werden kann.

Die beiden folgenden Abbildungen verdeutlichen dieses Problem. Sie zeigen die Bandbreite der projizierten Änderungen der Jahresmitteltemperatur (Abb. oben) und des Winterniederschlags (Abb. unten) exemplarisch für das Einzugsgebiet der Elbe. Die Datenbasis bildet ein Ensemble regionaler Klimaänderungssimulationen basierend auf den Repräsentativen Konzentrationspfaden (RCP)* RCP4.5 und RCP8.5.
Die Simulationen wurden im Rahmen der internationalen EURO­-CORDEX Initiative gerechnet und bereitgestellt.

*Die RCP-Szenarien legen bestimmte Szenarien von Treibhausgaskonzentrationen fest. Dabei bilden unterschiedliche Treibhausgaskonzentration und damit auch ein jeweils unterschiedlicher Strahlungsantrieb den Ausgangspunkt. RCP8.5 steht z.B. für einen Strahlungsantrieb von 8,5 W/m2 im Jahre 2100 gegenüber 1850.

Während sich für die zukünftige Entwicklung der Temperatur schon für die nahe Zukunft ein eindeutiger Trend zu höheren Temperaturen ablesen lässt, ist die Entwicklung des Winterniederschlags weniger klar. Erst ab der Mitte des 21. Jahrhunderts und insbesondere für die auf RCP8.5 basierenden Simulationen ist jedoch eine deutliche Zunahme der Winterniederschläge bei den Simulationsergebnissen sichtbar.

Um die Robustheit der projizierten Änderungen eines Ensembles von
Klimaänderungssimulationen nach vorgegebenen Kriterien zu bewerten und die Ergebnisse solcher Bewertungen schnell erfassbar und räumlich sichtbar zu machen, wurde am Climate Service Center Germany (GERICS/HZG) die Methode der Klimasignalkarten entwickelt (Pfeifer et al, 2015). Dabei wird "robust" über die Übereinstimmung der Simulationen in der Richtung der projizierten Änderungen sowie über den Anteil der Simulationen, die statistisch signifikante Änderungen projizieren, definiert. Klimasignalkarten zeigen allerdings nicht alle im Projektions-Ensemble verfügbaren Informationen, sondern kondensieren die Informationen. Dadurch werden sie auch für Nicht-Klimaexperten verständlich.
Klimasignalkarten können auf Gitterpunktbasis der Modelle oder auf durch den Nutzer ausgewählten Regionen dargestellt werden. Zudem wird immer nur eine Richtung der Änderung, also entweder die Zunahme oder die Abnahme betrachtet.

Die Abbildung zeigt Klimasignalkarten für die prozentuale Zunahme des Winterniederschlags, basierend auf den EURO-CORDEX-Simulationen für RCP4.5 (oben) und RCP8.5 (unten) für drei verschiedene Zeiträume (2041-2070, 2051-2080, 2061-2090). Als Referenzzeitraum wurden die Jahre 1971 bis 2000 angesetzt. In den grün/orange/rot markierten Gebieten werden robuste Zunahmen projiziert. Die drei Farbstufen repräsentieren verschiedene Schwellwerte. Sie sind festgelegt anhand der Zunahme des Medians um > 10% / 10% bis 15% / >15%. Für grau markierte Regionen kann aus dem Ensemble keine robuste Zunahme der Winterniederschläge abgeleitet werden. Weiß markierte Regionen, also Gebiete in denen das Simulationsensemble im Median eine Abnahme der Winterniederschläge projizieren würde, ergaben die Berechnungen nicht. Aus den Karten lässt sich außerdem ablesen, dass die projizierte Winterniederschlagszunahme unter RCP8.5 Bedingungen stärker ausfällt als unter RCP4.5 Bedingungen. RCP8.5 zeigt für die Zeiträume zwischen 2051-2080 und zw. 2061-2090 deutlich mehr Regionen, in denen ein robustes Signal abgeleitet werden kann, während für RCP4.5 in allen drei betrachteten Zeitabschnitten für viele Regionen, insbesondere im Norden und Osten Deutschlands keine robuste Zunahme des Winterniederschlags abgeleitet werden kann.

Weiterführende Literatur:
Pfeifer, S.; Bülow, K.; Gobiet, A.; Hänsler, A.; Mudelsee, M.; Otto, J.; Rechid, D.;
Teichmann, C.; Jacob, D. Robustness of Ensemble Climate Projections Analyzed with Climate Signal Maps: Seasonal and Extreme Precipitation for Germany. Atmosphere 2015, 6, 677-698, doi:10.3390/atmos6050677.

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eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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