Regionale Klimamodelle

Einbettung von dynamischen regionalen Klimamodellen in globale Modelle

Globale und regionale Klimamodelle

Globale Klimamodelle haben immer noch eine zu grobe Auflösung, um Klimaentwicklungen in einer Region angemessen darzustellen. Im letzten Bericht des Weltklimarates IPCC lag die Auflösung der verwendeten globalen Klimamodelle bei ca. 200x200 km Gitterabstand. Eine höhere Auflösung hätte die vorhandenen Rechnerkapazitäten überstiegen, wird aber für den nächsten Bericht, der 2013 erscheinen soll, entwickelt. Für Berechnungen des regionalen Klimas und seine künftige Entwicklung, für die ein hoher gesellschaftlicher Bedarf besteht, werden daher regionale Klimamodelle verwendet, die ihre Rechnungen auf eine bestimmte Region - z.B. Europa, Deutschland oder Norddeutschland - begrenzen und daher eine deutlich geringere Auflösung von 20x20 oder 10x10 km rechnen können.

Regionale Modelle sind dabei nicht unabhängig von globalen Modellen. Sie verwenden in der Regel wesentliche Ergebnisse der globalen Modelle als Eingangsgrößen. So werden etwa die Ergebnisse eines globalen Modells über die künftige Entwicklung der Temperatur, des Niederschlags, des Schneefalls etc. in Europa als Randbedingungen benutzt, wenn ein Regionalmodell die Werte dieser Parameter nur für Deutschland berechnet. Unverzichtbar sind globale Modelle, wenn es um die voraussichtlichen Veränderungen der Häufigkeiten und Dauer der charakteristischen Großwetterlagen geht, von denen das regionale Wetter vielfach abhängt. Da sie regionale Klimaparameter berechnen, sind regionale Modelle in Gesellschaft und Politik sehr gefragt.

Dynamische und statistische Regionalmodelle

Grundsätzlich gibt es zwei Grundtypen regionaler Klimamodelle:

1. Dynamische Regionalmodelle

   Dynamische Regionalmodelle arbeiten ähnlich wie globale Modelle und simulieren die Dynamik der physikalischen und chemischen Prozesse in der Atmosphäre. Sie beziehen sich aber auf einen begrenzten Ausschnitt der Erdoberfläche und können daher bei gegenwärtigen Rechnerkapazitäten eine höhere Auflösung rechnen, die aktuell (2010) in Deutschland bei 10 bis 20 km liegt. Dabei übernehmen sie an den Rändern des Gebietes die Ergebnisse von globalen Modellen. Die zeitliche Auflösung geht bis auf Stunden zurück, so dass sich Tagesgänge, Tagesmittel und Monatsmittel berechnen lassen.

2. Statistische Regionalmodelle

   Statistische Regionalmodelle nutzen die statistischen Zusammenhänge zwischen den beobachteten großräumigen Zirkulationsmustern und dem lokalen und regionalen Wettergeschehen. Die gegenwärtigen Zusammenhänge werden von Messdaten übernommen. Die künftigen Änderungen der großräumigen Strukturen stammen aus globalen Klimamodellen, wobei die heutigen statistischen Beziehungen auf die künftigen Verhältnisse übertragen und daraus die regionalen Änderungen abgeleitet werden.

Dynamische Regionalmodelle haben den Vorteil, dass sie auch grundsätzlich neue klimatische Verhältnisse abbilden können. Sie sind jedoch sehr rechenaufwendig. Statistische Modelle sind stark von den zugrunde liegenden Messdaten abhängig und für neue klimatische Verhältnisse wenig geeignet. Wegen der geringeren Rechenzeit eignen sie sich jedoch bei hoher Auflösung für kurz- und mittelfristige Projektionen in kleinen Räumen.

Deutsche Regionalmodelle

Für Deutschland gibt es gegenwärtig vier relevante regionale Klimamodelle:

1. Das dynamische Regionalmodell REMO vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M). Es bildet Deutschland, Österrecih und die Schweiz in einer Auflösung von 10x10 km ab. Die Randbedingungen werden von dem ebenfalls am MPI-M entwickelten globalen Klimamodell ECHAM 5/MP-IOM vorgegeben. In einer Studie für das Umweltbundesamt (UBA) wurden entsprechend den Emissionsszenarien A1B, A2 und B1 regionale Klimaszenarien für Deutschland mit einer horizontalen Auflösung von 10 x 10 km für den Zeitraum 1950-2100 simuliert.
2. Das ebenfalls dynamische regionale Klimamodell COSMO-CLM (früher CLM = Climate Local Model). Dieses Modell ist eine Gemeinschaftsentwicklung von etwa 25 verschiedenen Institutionen. Es bildet Europa in einer Auflösung von 18x18 km ab. Auch hier werden die Randbedingungen des globalen Klimamodells ECHAM 5/MPI-OM verwendet. Bisher sind Simulationen nach den Szenarien A1B und B1 für den Zeitraum 1960 bis 2100 erfolgt.
3. Das statistische regionale Klimamodell WETTREG von der Firma Climate & Environment Consulting in Potsdam (CEC). Die Randbedingungen werden auch in diesem Fall von dem globalen Klimamodells ECHAM 5/MPI-OM vorgegeben. Den Berechnungen von WETTREG liegen typische Großwetterlagen zugrunde. Für das Umwelt Bundesamt UBA wurden Klimaszenarien nach A1B, A2 und B1 für Deutschland für 1950-2100 erstellt.
4. Das statistische Regionalmodell STAR vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Bei STAR liefert das globale Klimamodell ECHAM4, ebenfalls vom MPI-M, die Randbedingungen. Für eine Temperaturzunahme von 1,4 °C zwischen 2001 und 2055 wurde entsprechend dem Emissionsszenario A1B ein Klimaszenario für Deutschland entwickelt.

Literatur

• Jacob, D., C. Kottmeier, J. Petersen, D. Rechid, C. Teichmann (2017): Regionale Klimamodellierung, in: Brasseur, G.P., D. Jacob, S. Schuck-Zöller (Hrsg.; 2017): Klimawandel in Deutschland, Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven, Berlin Heidelberg, S. 183-192

Weblinks

• O. Walkenhorst & M. Stock: Regionale Klimaszenarien für Deutschland. Eine Leseanleitung - über regionale Szenarien und Modelle
• REMO: Regionale Klimasimulationen für Deutschland, Österreich und die Schweiz
• CLM: Klima: Modell CLM
• WETTREG: Klima: Modell WettReg
• STAR: Klima: Modell STAR

Lizenzhinweis

Kontakt: Dieter Kasang