Themen/Region im Wandel/Klima

Teilprojekt 2.1 - Regionalisierte Projektion von Klimakenngrößen

Wie wird sich das Klima verändern?

Der Klimawandel findet bereits statt und ist heute schon an globalen und regionalen Klimaveränderungen spürbar. In der REGKLAM-Modellregion Dresden nahm die gemessene mittlere Jahrestemperatur im Zeitraum 1991–2010 gegenüber der Referenzperiode 1961–1990 um 0,6°C zu. Doch wie wird sich das Klima in der Modellregion Dresden in den nächsten Jahren und Jahrzehnten verändern? Dieser Frage geht REGKLAM im Teilprojekt „Regionale Klimakenngrößen“ nach.

Um Strategien zum Umgang mit den regionalen Auswirkungen eines globalen Klimawandels zu entwickeln, sind Aussagen zur zukünftigen Entwicklung des Regionalklimas notwendig. Diese Entwicklung kann mit Klimamodellen simuliert werden. Im Rahmen von REGKLAM werden Daten von verschiedenen regionalen Klimamodellen unter drei verschiedenen Emissionsszenarios (A1B, A2, B1) des Welt-Klimarates IPCC genutzt. Aus diesen Klimaprojektionen lässt sich ein Korridor möglicher Klimaänderungen für das 21. Jahrhundert ableiten.

Aus den Arbeiten des Teilprojektes 2.1 geht hervor, dass in der REGKLAM-Modellregion mit folgenden Klimaveränderungen zu rechnen ist:

Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes.

Ziele

Die Arbeiten im Teilprojekt 2.2 konzentrierten sich auf folgende Ziele:

  • Charakterisierung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Luftqualität durch Abschätzungen der Änderung der Aerosolkonzentrationen im Dresdner Raum auf Grund prognostizierter Klimaänderungen
  • Größenaufgelöste chemische Charakterisierung heutiger Feinstaubpartikel in Dresden unter besonderer Berücksichtigung meteorologischer Parameter
  • Untersuchung des Einflusses des Stadtgebietes durch zeitgleiche Probensammlung an ländlichen Hintergrundstationen
  • Entwicklung und Test einer urbanisierten Version des Chemie-Transport-Modellsystems COSMO-MUSCAT
  • Modellierung der räumlichen und zeitlichen Partikelbelastung der Stadt Dresden für ausgewählte, auch zukünftige Zeiträume

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Forschung

Teilprojekt 2.1. schafft Wissen: Methodik
Das Teilprojekt Regionale Klimakenngrößen erforscht im Zeitraum von September 2008 bis Juni 2013 wie sich das Klima in der Modellregion Dresden ändert.

Die Entwicklung verschiedener Klimakenngrößen (z. B. Temperatur, Niederschlag, Verdunstung) wird in Zeitscheiben für Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ausgewertet. Weiterhin werden abgeleitete Größen wie beispielsweise Dürreindikatoren, Starkniederschläge, klimatische Wasserbilanz, phänologische Parameter oder Ereignistage untersucht.

Übersicht der vier Klimamodelle (per Klick vergrößern)

Die Vielfalt an Klimaprojektionen und deren Unsicherheit bedingen, dass Aussagen über die zukünftige Entwicklung nicht nur auf einem Szenario bzw. Modell basieren sollten. Auch sich widersprechende Klimaszenarien müssen bei der Planung mit berücksichtigt werden. Aussagen zum zukünftigen Klima können nur in Form von Bandbreiten erfolgen. Für REGKLAM werden dafür Projektionen von vier regionalen Klimamodellen genutzt:
•    CLM3 (Konsortialläufe)
•    REMO
•    WEREX IV
•    WETTREG (2006 und 2012)

Diese werden durch Beobachtungsdaten des deutschen und tschechischen Wetterdienstes, der Agrarmeteorologie und der Stadtentwässerung Dresden ergänzt und während des Projektes zeitnah aktualisiert.

Um eine bestmögliche Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Teilprojekte zu erzielen, ist es sinnvoll die Nutzung der Daten auf einige wesentliche Datensätze zu konzentrieren und innerhalb von REGKLAM abzustimmen. Mit den „Nutzervorgaben für die Verwendung von Klimaprojektionsdaten in REGKLAM“ wird ein Überblick über den aktuellen Stand der Datenbereitstellung im Projekt gegeben und konkrete Vorgaben für die Nutzung der Klimaprojektionsdaten im Projekt gemacht.

Da die Ergebnisse von Klimamodellen keine exakten Vorhersagen sind, werden sie statistisch ausgewertet – üblicherweise für Zeiträume von 30 Jahren. In REGKLAM wurden dazu verschiedene Zeitscheiben festgelegt: 2021-2050 und 2071-2100 (mittel- und langfristiger Planungshorizont). Es werden dabei Unterschiede zwischen den verschiedenen Modellen (modellbedingte Variabilität), zwischen den verschiedenen Modell-Läufen eines Modells (klimabedingte Variabilität) sowie zwischen den Emissionsszenarios (emissionsbedingte Bandbreite) berücksichtigt.

Die vier Zeitscheiben im REGKLAM- Projekt (per Klick vergrößern) (Quelle: Technische Universität Dresden, Professur für Meteorologie)

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Ergebnisse

Aus den Arbeiten des Teilprojektes 2.1 geht hervor, dass in REGKLAM-Modellregion mit folgenden Klimaveränderungen zu rechnen ist:

Klimamodellergebnisse sind immer durch ein hohes Maß an Unsicherheit charakterisiert.

Unklar ist auch, ob die Häufung von Extremereignissen mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht werden kann.

Klimakenngrößen der REGKLAM- Modellregion Dresden, Januar 2013
(Quelle: TU Dresden, Professur für Meteorologie, Ch. Bernhofer, M. Heidenreich, K. Riedel in Zusammenarbeit mit der TU Bergakademie Freiberg und dem Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie) (per Klick vergrößern)

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Temperaturanstieg bis zum Jahr 2100

Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird die Jahresmitteltemperatur sehr wahrscheinlich deutlich zunehmen. Die Zunahme schwankt in Abhängigkeit von Emissionsszenario und Klimamodell zwischen 2,0 und 3,5°C für die letzte Dekade des 21. Jahrhunderts. Der Temperaturanstieg ist im Winterhalbjahr stärker als im Sommerhalbjahr. Die regionalen Unterschiede der Temperaturzunahme in der Modellregion sind mit 0,2°C im Verhältnis zur absoluten Temperaturzunahme und den Unterschieden aufgrund der Höhenlage gering. Die Trends in der Temperaturentwicklung sind signifikant und im Rahmen von Planungen und der Entwicklung von Anpassungsstrategien als belastbar einzuschätzen.

Änderung der Jahresmitteltemperatur (per Klick vergrößern)

 

Die Grafik zeigt die Änderung der Jahresmitteltemperatur [°C] im Vergleich zum Referenzmittel von 1961–1990 als 11-jährig gleitende Mittelwerte für die Modellregion Dresden. Es werden Simulationsdaten verschiedener regionaler Klimamodelle unter dem Emissionsszenario A1B (farbige Linien) sowie Beobachtungsdaten des Deutschen Wetterdienstes (schwarze Linie) dargestellt. Die hellgraue Fläche verdeutlicht die modellbedingte Schwankungsbreite (Maximum und Minimum aller Modellläufe pro Jahr).

Quelle: Bernhofer, C., J. Matschullat, A. Bobeth (Hrsg.), 2011: Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden. REGKLAM-Publikationsreihe, Heft 2, Berlin: Rhombos-Verlag.

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Zunahme von Trockentagen

In den Klimaprojektionen nehmen die Trockentage (Niederschlag unter 1 mm) im Sommerhalbjahr v. a. zum Ende des 21. Jahrhunderts hin zu. Die Zunahme der Trockentage erfolgt vor allem für die Monate Mai bis September bzw. Ende des 21. Jahrhunderts auch bis Oktober. Damit nimmt auch das Potential für die Bildung langer Trockenphasen zu. Die Ergebnisse für das Winterhalbjahr sind weniger einheitlich.

Änderung der Häufigkeit von Trockentagen (per Klick vergrößern)

 

Die Grafik zeigt die Änderung der Häufigkeit von Trockentagen [%] im Jahresverlauf für den Zeitraum 2071-2100 im Vergleich zum Referenzmittel von 1961–1990 für die Klimastation Dresden-Klotzsche.  Es werden Simulationsdaten verschiedener regionaler Klimamodelle unter dem Emissionsszenario A1B dargestellt.


Quelle: Bernhofer, C., J. Matschullat, A. Bobeth (Hrsg.), 2011: Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden. REGKLAM-Publikationsreihe, Heft 2, Berlin: Rhombos-Verlag.

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Niederschlagsänderungen bis zum Jahr 2100

Die Änderungssignale beim Niederschlag sind mit hohen Unsicherheiten behaftet und klein im Vergleich zur dekadischen Niederschlagsvariabilität. In globalen Klimamodellen werden für Nordeuropa Zunahmen und für Südeuropa Abnahmen des Jahresniederschlags berechnet. Da Sachsen im Übergangsbereich liegt, sind sowohl ein steigender als auch ein abnehmender Jahresniederschlag prinzipiell möglich. Regionale Klimaprojektionen geben für die Modellregion Dresden gleichbleibende oder leicht steigende Jahressummen für den Niederschlag an. Während der Sommermonate zeigen die regionalen Klimamodelle Niederschlagsabnahmen. Es ist zu vermuten, dass diese sommerliche Niederschlagsabnahme mit längeren Trockenphasen sowie intensiveren Niederschlagsereignisse, die seltener auftreten, verbunden sein wird. Im Winterhalbjahr sind die Ergebnisse uneinheitlich. Niederschläge werden jedoch häufiger als Regen fallen.

Änderung des Niederschlages (per Klick vergrößern)

Die Grafik zeigt die Änderung des Niederschlages für das Sommerhalbjahr [mm] im Vergleich zum Referenzmittel von 1961–1990 als 11-jährig gleitende Mittelwerte für die Modellregion Dresden.  Es werden Simulationsdaten verschiedener regionaler Klimamodelle unter dem Emissionsszenario A1B (farbige Linien) sowie Beobachtungsdaten des Deutschen Wetterdienstes (schwarze Linie) dargestellt. Die hellgraue Fläche verdeutlicht die modellbedingte Schwankungsbreite (Maximum und Minimum aller Modellläufe pro Jahr).

Quelle: Bernhofer, C., J. Matschullat, A. Bobeth (Hrsg.), 2011: Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden. REGKLAM-Publikationsreihe, Heft 2, Berlin: Rhombos-Verlag.

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Abnahme der klimatischen Wasserbilanz

Alle regionalen Klimamodelle zeigen für die Modellregion Dresden am Ende des 21. Jahrhunderts im Sommer eine massive Verringerung der klimatischen Wasserbilanz. Eine solche Änderung hätte negative Auswirkungen auf Ökosysteme und landwirtschaftliche Kulturen zur Folge. Da es sich dabei um einen Mittelwert für die gesamte Modellregion handelt, bedeutet das – bei einer weiterhin positiven klimatischen Wasserbilanz in den Mittelgebirgen – eine stark negative Bilanz im Flachland. Vor allem der Norden der Modellregion wäre von einer großen Wasserknappheit betroffen.

Änderung der klimatischen Wasserbilanz (per Klick vergrößern)

 

Die Grafik zeigt die Änderung der Klimatischen Wasserbilanz [mm] im Jahresverlauf für die Modellregion Dresden.  Es werden Simulationsdaten verschiedener regionaler Klimamodelle unter dem Emissionsszenario A1B für den Zeitraum 2071–2100 dargestellt. Als Referenz wurde der Zeitraum 1961–1990 gewählt.

Quelle: Bernhofer, C., J. Matschullat, A. Bobeth (Hrsg.), 2011: Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden. REGKLAM-Publikationsreihe, Heft 2, Berlin: Rhombos-Verlag.

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Längere Vegetationsperiode

Die Vegetationsperiode wird als die Zeit des Jahres definiert, in der die klimatischen Bedingungen das Wachstum und die Reproduktion von Pflanzen zulassen. Die Dauer der thermischen Vegetationsperiode nimmt bis zum Ende des 21. Jahrhunderts deutlich zu, hervorgerufen durch eine Verfrühung des Vegetationsbeginns und die Verspätung des Vegetationsendes.

Änderung der Vegetationsperiode (per Klick vergrößern)

 

Die Grafik zeigt die Änderung der Dauer der thermischen Vegetationsperiode [d] für die Modellregion Dresden als 11-jährig gleitende Mittel. Als Referenz wurde der Zeitraum 1961–1990 gewählt. Die hellgraue Fläche verdeutlicht die modellbedingte Schwankungsbreite (Maximum und Minimum aller Modellläufe pro Jahr).

Quelle: Bernhofer, C., J. Matschullat, A. Bobeth (Hrsg.), 2011: Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden. REGKLAM-Publikationsreihe, Heft 2, Berlin: Rhombos-Verlag.

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Produkte

Mehr erfahren: Produkte des Teilprojektes 2.1.

REGKLAM-KLIMADATENBANK
Datengrundlage: Der Datenbestand umfasst Beobachtungsdaten des deutschen und tschechischen Wetterdienstes (1951–2010), des agrarmeteorologischen Messnetzes (1994–2008), Niederschlagsdaten von der Stadtentwässerung Dresden (1996–2007), Daten der regionalen Klimamodelle CLM, REMO, WEREX IV, WETTREG 2006 und WETTREG 2010 (1961–2100). Damit werden den Nutzern im Projekt Klimadaten zur Verfügung gestellt, die als Eingangsdaten für Wirkmodelle benötigt werden.

Zum Download von Daten aus der Datenbank wurde die Benutzeroberfläche REGKLAM GUI erstellt und weiterentwickelt. Es handelt sich um eine grafische Benutzeroberfläche (engl. Graphical User Interface), mit welcher die Nutzer Daten aus der REGKLAM-Klimadatenbank exportieren, darstellen und analysieren können.

Im Rahmen des Projektes REGKLAM werden verschiedene regionale Klimaprojektionsdatensätze bereitgestellt. Die Vielfalt existierender Modelle (statistische und dynamische Verfahren) und unterschiedlicher Randbedingungen (Emissionsszenarios) stellt eine Herausforderung bei der Verwendung und Interpretation von Klimamodellergebnissen dar.

Heft 1 der REGKLAM-Publikationsreihe

Das erste Heft der REGKLAM-Publikationsreihe „Das Klima in der REGKLAM-Modellregion Dresden“ erschien 2009. Es handelt sich dabei um eine Gemeinschaftsarbeit der TU Dresden, der TU Bergakademie Freiberg und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Die Publikation beschäftigt sich mit der Gegenüberstellung der Klimanormalperiode 1961-1990, die weitgehend die typischen Verhältnisse des Klimas seit Beginn des 20. Jahrhunderts entspricht, mit dem Zeitraum 1991-2005, der bereits erste deutliche Veränderungen erkennen lässt.

Heft 2 der REGKLAM-Publikationsreihe

Die zweite Ausgabe der Reihe mit dem Titel „Klimaprojektionen für die REGKLAM-Modellregion Dresden“ entstand 2011 ebenfalls durch eine Zusammenarbeit der TU Dresden, der TU Bergakademie Freiberg und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Das Heft beschäftigt sich mit prinzipiellen Grundlagen zum globalen und regionalen Klimawandel, mit der Entwicklung verschiedener Klimakenn- und daraus abgeleiteter Größen sowie Wetterlagen und Wetterextremen in der REGKLAM-Modellregion Dresden.

Leitfaden und nutzerorientierter Ergebniskatalog für die Verwendung und Interpretation von Klimaprojektionsdaten
Erstellt 2010 vom Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie als  Unterauftragnehmer in Zusammenarbeit mit der TU Dresden.

Klimafaktenblätter für die Region Dresden

Das Faktenblatt „Regionaler Klimawandel - Klimafakten zur REGKLAM-Modellregion Dresden“ zeigt grundlegende Veränderungen von Klimakenngrößen und Klimaänderungssignalen (Mittel-wert und Modellspannweite) und für daraus abgeleitete Werte auf. Es gibt kurze Erläuterungen zur regionalen Klimamodellierung, zu Unsicherheiten und zum Auftreten von Extremen.
Im Faktenblatt „Klimawandel Dresden – Signale für die Klimaentwicklung von Dresden“ erfolgt zunächst eine klimatische Einordnung der Stadt Dresden. Es werden Aussagen zu derzeitigen und zukünftigen Klimaänderungen, zur Hitzebelastung unter besonderer Beachtung des Wärmeinseleffektes in einer Großstadt und zum Einfluss der Stadtplanung getroffen.

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Hintergrund

Der Klimawandel findet bereits statt und ist heute schon an globalen und regionalen Klimaveränderungen spürbar. In der REGKLAM-Modellregion Dresden nahm die gemessene mittlere Jahrestemperatur im Zeitraum 1991–2010 gegenüber der Referenzperiode 1961–1990 um 0,6°C zu. Doch wie wird sich das Klima in der Modellregion Dresden in den nächsten Jahren und Jahrzehnten verändern? Dieser Frage geht REGKLAM im Teilprojekt „Regionale Klimakenngrößen“ nach.

Um Strategien zum Umgang mit den regionalen Auswirkungen eines globalen Klimawandels zu entwickeln, sind Aussagen zur zukünftigen Entwicklung des Regionalklimas notwendig. Diese Entwicklung kann mit Klimamodellen simuliert werden. Neben natürlichen (z. B. interne Klimavariabilität, solare Aktivität, Vulkanausbrüche etc.) beeinflussen anthropogene Faktoren (z. B. Treibhausgas- und Aerosolemissionen) das Klima. Deren mögliche Entwicklungen werden in Szenarios des Welt-Klimarates IPCC wiedergegeben. Im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes REGKLAM werden Daten von verschiedenen regionalen Klimamodellen unter drei verschiedenen Emissionsszenarios (A1B, A2, B1) genutzt. Aus diesen Klimaprojektionen lässt sich ein Korridor möglicher Klimaänderungen für das 21. Jahrhundert ableiten, der eine Bewertung der Unsicherheiten notwendig macht.


Partner

Zusammenarbeiten: Partner des Teilprojektes 2.1.

Projektverantwortung:
TU Dresden, Professur Meteorologie
Prof. Dr. Christian Bernhofer
Majana Heidenreich
Kathrin Riedel
Dr. Johannes Franke


Projektpartner:
TU Bergakademie Freiberg, Geochemie/Geoökologie
Prof. Jörg Matschullat
Dr. Stephanie Hänsel
Andreas Hoy

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), Referat Klimaschutz, Klimawandel
Achim Bobeth
Nils Feske
Maria Foltyn

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Verantwortlich:

TU Dresden, Professur Meteorologie
Prof. Dr. Christian Bernhofer
Majana Heidenreich
Kathrin Riedel
Dr. Johannes Franke

Projektpartner:

TU Bergakademie Freiberg, Geochemie/Geoökologie
Prof. Jörg Matschullat
Dr. Stephanie Hänsel
Andreas Hoy

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), Referat Klimaschutz, Klimawandel
Achim Bobeth
Nils Feske
Maria Foltyn

Teilprojekt 2.1
Regionale Klimakenngrößen

Ansprechpartnerin
Majana Heidenreich
majana.heidenreich[...]tu-dresden.de

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