Gebietsmittel der Mittleren Windrichtungen in 10 m Höhe

Zur Berechnung der Gebietsmittel der Mittleren Windrichtungen werden in den sieben Nord- und Ostsee-gebieten aus Abbildung 1 zu jedem Zeitschritt die räumlichen Mittelwerte über alle Gitterpunkte auf See bestimmt. Aus den Gebietsmitteln werden sowohl für ein Jahr als auch für 30 Jahre zeitliche Mittelwerte bestimmt und damit die Mittleren Windrichtungen berechnet. Daraus werden Zeitreihen der jährlichen Mit-telwerte für 1961 – 2100 und der 30-jährigen MitMit-telwerte für 1975 -2084 gebildet.

Abbildung 18 zeigt beispielhaft die Zeitreihen der Mittleren Windrichtungen, die aus den Ergebnissen der drei Läufe von MPI-OM/REMO für das Nordsee-Gebiet SO unter den Annahmen des RCP8.5 berechnet wurden. Dabei schwanken die Mittleren Windrichtungen um 250° (Süd-West bis West). Wie bei den Wind-geschwindigkeiten zeigen auch die jährlichen Mittleren Windrichtungen eine hohe Variabilität von Jahr zu Jahr und die 30-jährigen Mittelwerte leichte langzeitliche Schwankungen. Dies gilt auch für die Zeitreihen in den anderen Gebieten.

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Abbildung 17: Wie obige Abbildung, nur für den Zeitraum 2071-2100 minus den Werten für 1971-2000.

30 Windfeldergebnisse auf See und an der Küste

Vergleicht man Abbildung 19 für einen Lauf von MPI-OM/REMO unter den Annahmen des RCP8.5 die Zeitreihen der 30-jährigen Mittleren Windrichtungen in allen sieben Gebieten, so weisen alle Zeitreihen eine dekadische Variabilität auf, die in allen Gebieten ähnlich verläuft. Diese wird in allen Gebieten von einem zusätzlichen Trend überlagert. Dabei ist die Richtung des Trends in einem Gebiet nicht bei allen Läufen gleich. So haben z.B. die Kurven der mittleren Windrichtung im Ostsee-Gebiet MB im ersten und dritten Lauf einen ansteigenden, im zweiten Lauf jedoch einen abfallenden Trend. Ein gleichartiges Verhalten mit ähnlichen Trends kann man in allen Gebieten auch bei den im Anhang Windrichtung in Abbildung 49 gezeigten Zeitreihen erkennen, die unter den Annahmen des RCP4.5 berechnet wurden.

Abbildung 18: Mittlere Windrichtung im Nordsee-Gebiet SO von 1961-2100, berechnet mit drei Läufen von MPI-OM/REMO unter den Annahmen des RCP8.5.

Abbildung 19: Zeitreihen der 30-jährige Mittelwerte der räumlich gemittelten Windrichtung von 1975 - 2084, jeweils bestimmt mit einem Lauf von MPI-OM/REMO unter den Annahmen des RCP8.5 für jedes der sieben Nord- und Ostseegebiete.

Dünne Linien: Zeitreihen der jährlich und räumlich gemittelten Windrichtung. Dicke Linien: Zeitreihe der 30-jährigen Mittleren Windrichtung.

Windfeldergebnisse auf See und an der Küste 31 Abbildung 20 zeigt beispielhaft den Vergleich der Zeitreihen der jährlichen und 30-jährigen Mittleren Wind-richtungen, die mit NEMO/RCA4 und den Randantrieben aus fünf verschiedenen GCMs unter Annahme des RCP8.5 für das Nordsee-Gebiet SO gemacht wurden. Auch hier zeigen die Zeitreihen der jährlichen Mittelwerte in allen Gebieten und für alle Simulationen eine hohe Variabilität von Jahr zu Jahr. Die Zeitrei-hen der 30-jährigen Mittelwerte, die mit den Simulationen mit den Randwerten aus fünf GCMs bestimmt wurden, weichen im Gebiet SO stärker voneinander ab als bei den drei Läufen von MPI-OM/REMO und liegen in einem Bereich von ungefähr 210° - 250°. Die Vergleiche der Zeitreihen der 30-jährigen Mittelwerte aus jeweils einer Modellsimulation in allen sieben Gebieten sind in Abbildung 21 gezeigt. In allen Kurven erkennt man langzeitliche Schwankungen. Allerdings wird bei den Simulationen mit den Antrieben aus den verschiedenen GCMs deutlich, wie stark das jeweilige GCM einerseits die Mittlere Windrichtung in einem Gebiet und andererseits den langzeitlichen Trend bestimmt. Zudem ist zu erkennen, dass bei den mit dem GCM GDFL-ESM2M angetriebenen Läufen die mittleren Windrichtungen in allen Gebieten zeitlich stärker variieren und deutlich südlicher sind als bei den mit den anderen GCMs angetriebenen Läufen. Die im Anhang Windrichtung in Abbildung 50 gezeigten Zeitreihen, die unter den Annahmen des RCP4.5 mit NEMO/RCA4 und den 5 verschiedenen GCM bestimmt wurden, ähneln denen, die unter den Annahmen des RCP8.5 gemacht wurden, so dass hier kein Einfluss des RCP auf die Ergebnisse gefunden werden kann.

Allerdings schwächen sich die Trends bei den im Anhang Windrichtung in Abbildung 51 gezeigten Ergeb-nissen für das RCP2.6 im ab, so dass hier bei den meisten Modellen in fast allen Gebieten nur die natürliche Variabilität zu sehen ist.

Abbildung 20: Mittlere Windrichtung im Gebiet SO von 1961-2100, berechnet mit NEMO/RCA4, ange-trieben mit fünf verschiedenen GCMs, unter den Annahmen des RCP8.5.

Dünne Linien: Zeitreihen der jährlich und räumlich gemittelten Windrichtung. Dicke Linien: Zeitreihen der 30-jährigen Mittleren Windrichtungen.

32 Windfeldergebnisse auf See und an der Küste

Vergleiche von Zeitscheiben

Auch bei den Gebietsmitteln der Mittleren Windrichtungen werden Zeitscheibenvergleiche für die nahe und ferne Zukunft im Vergleich zur Referenzperiode gemacht. Da bei einigen Simulationen das Jahr 2100 nicht vollständig ist oder fehlt, wird der Zeitraum 2070-2099 für die ferne Zukunft verwendet. Für die Zeitschei-benvergleiche werden die zeitlichen Differenzen der 30-jährigen Mittleren Windrichtungen in den einzelnen Nord- und Ostsee-Gebieten verglichen, die mit den insgesamt acht Simulationen der zwei gekoppelten Mo-delle unter den Annahmen des RCP8.5 berechnet wurden, siehe Abbildung 22. Ergebnisse des Watson-Williams-Tests ergeben, dass bei allen Vergleichen für alle Gebiete sich die Windrichtungsverteilungen der nahen und fernen Zukunft signifikant von denen der Referenzperiode unterscheiden.

In allen vier Nordsee-Gebieten gibt es für die nahe Zukunft im Vergleich zur Referenzperiode sechs Zu- und zwei Abnahmen der mittleren Windrichtungen um bis zu 20°. Für die ferne Zukunft hingegen gibt es in allen Gebieten nur Zunahmen der Windrichtungen um maximal 20°, was einer Drehung der mittleren Windrichtung nach West entspricht. Vergleicht man mit den Zeitreihen der 30-jährigen Mittelwerte, so er-kennt man, dass die kleineren Änderungen der Mittleren Windrichtungen durch die dekadische Variabilität der Windrichtungen bedingt sind. Berücksichtigt man dies bei den Änderungen der Mittleren Windrichtun-gen in Abbildung 52 und Abbildung 53 (im Anhang Windrichtung), die unter den Annahmen der RCP4.5 und 2.6 bestimmt wurden, so sind die Änderungen in der südlichen Nordsee durch die dekadische Variabi-lität hervorgerufen. Allerdings findet man auch unter den Annahmen des RCP4.5 in der nördlichen Nordsee einzelne positive Trends, die zusätzlich zur dekadischen Variabilität eine Drehung des mittleren Windes nach West in der fernen Zukunft im Vergleich zur Referenzperiode bedeuten. Diese Trends in der nördli-chen Nordsee sind allerdings bei RCP2.6 so schwach, so dass man hier davon ausgehen muss, dass sich mittleren Windrichtungen nicht stärker als die natürlichen Schwankungen ändern.

Abbildung 21: Zeitreihen der 30-jährigen Mittelwerte der Mittleren Windrichtung von 1975 - 2084, jeweils bestimmt mit einer Simulation von NEMO/RCA4 unter den Annahmen des RCP8.5.

Der Name des GCMs, das für die Simulation verwendeten Randwerte lieferte, steht jeweils in der Über-schrift.

Windfeldergebnisse auf See und an der Küste 33 In den Ostsee-Gebieten gibt es bei dem RCP8.5 in der fernen Zukunft sowohl negative als auch positive Änderungen zwischen den mittleren Windrichtungen in den Zeitscheiben, siehe Abbildung 22 . Besonders im Übergangsbiet und in der Zentralen Ostsee sind alle Windrichtungsänderungen auch für die ferne Zu-kunft im Vergleich zur Referenzperiode kleiner als rund 12° und nur im Gebiet MB treten größere Ände-rungen auf. Dort nimmt in der fernen Zukunft die Zahl der positiven ÄndeÄnde-rungen zu im Vergleich zur nahen Zukunft. Da auch die Zeitreihen der 30-jährigen Mittleren Windrichtungen bei den meisten Simula-tionen ein Anwachsen zeigen, nimmt hier die Häufigkeit von westlichen Windrichtungen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts in der Mehrzahl der Simulationen zu. Bei den Simulationen unter den Annahmen des RCP4.5 im Anhang Windrichtung in Abbildung 52 (Anhang Windrichtung) findet man im Übergangsgebiet in der Mehrzahl positive Änderungen der Windrichtung um bis zu 20°. Allerdings erkennt man keine Zu-nahme von der nahen zur fernen Zukunft, sodass man auch hier von einem starken Einfluss der dekadischen Variabilität ausgehen muss. Auch in den anderen zwei Gebieten findet man sowohl für die nahe als auch die ferne Zukunft mehr positive als negative Änderungen, die jedoch meist in der Größenordnung der na-türlichen Variabilität sind. Bei den vier Ergebnissen für das RCP2.6 in Abbildung 53 im Anhang Windrich-tung findet man zwar auch wieder mehr positive als negative Änderungen, allerdings sind fast alle Änderun-gen kleiner als 10° und somit in der Größenordnung der dekadischen Variabilität.