Untersuchung der Zeitreihen

Abbildung 25 zeigt die mit den Windfeldern von MPI-OM/REMO für den Gitterpunkt Cuxhaven be-stimmten Zeitreihen der Kenngrößen für Potentielle Sturmfluten, die mit drei Läufen unter dem Szenario RCP8.5 bestimmt wurden. Gezeigt sind die Werte des maximalen effektiven Windes während einer Poten-tiellen Sturmflut, sowie deren Andauer und die Anzahl der Ereignisse pro Jahr und die linearen Ausgleichs-geraden für jeden Lauf und jeden Parameter. In allen Zeitreihen zeigt sich, dass die Potentiellen Sturmfluten eine hohe zeitliche Variabilität haben, die linearen Ausgleichsgeraden aber nur einen sehr geringen zeitlichen Trend zeigen. Zudem treten die extremsten Werte jeder Kenngröße nicht gegen Ende des 21. Jahrhunderts auf, sondern in der Mitte der Zeitreihe. Auch bei den mit den fünf verschiedenen Globalmodellantrieben berechneten Simulationen von NEMO/RCA4 unter den Annahmen des RCP8.5 sind die Kenngrößen der Potentiellen Sturmfluten zeitlich sehr variabel, siehe Abbildung 26. Die Ausgleichsgeraden durch die Anzahl der Sturmfluten pro Jahr zeigen für die fünf verschiedenen Läufe sowohl positive als auch negative lineare Trends.

Abbildung 27 zeigt jeweils die mittleren Standardabweichungen der mit den zwei Klimamodellen unter den Annahmen des RCP8.5 berechneten Zeitreihen des Maximalen Effektiven Windes. Zusätzlich werden je-weils die mit Mann-Kendall bestimmte Signifikanz der Änderungen und die Änderung der Ausgleichsgera-den nach 140 Jahren hinzugefügt. Es ist zu erkennen, dass die Standardabweichung der mit MPI-OM/REMO bestimmten Zeitreihen mit rund 2 m/s ungefähr doppelt so groß ist wie die der mit NEMO/RCA4 bestimmten Zeitreihen. Die fünf negativen und drei positiven Änderungen der Ausgleichs-geraden sind deutlich kleiner als die jeweiligen mittleren Standardabweichungen und sechs von acht der linearen Änderungen sind statistisch nicht signifikant. Analoge Aussagen bekommt man für die Ergebnisse, die aus den Simulationen unter den Annahmen der RCP4.5 und RCP2.6 gemacht wurden, siehe Abbildung

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54 und Abbildung 59 im Anhang Sturmfluten. Dabei ist keine systematische Veränderung der Trends mit veränderten Strahlungsantrieben zu beobachten.

In gleicher Weise zeigt Abbildung 28 jeweils die Vergleiche zwischen Standardabweichungen und linearen Steigungen für die Andauern der potentiellen Sturmfluten. Auch hier haben die linearen Änderungen bei allen acht Läufen nicht das gleiche Vorzeichen und selbst bei den Läufen mit signifikanter Änderung ist diese immer kleiner als die Standardabweichung.

Stärkere Änderungen hingegen zeigt sich bei der Anzahl der Sturmfluten pro Jahr in Abbildung 29. Hier gibt es insgesamt drei Simulationen mit statistisch signifikanten Änderungen, deren lineare Änderung nach 140 Jahren in der gleichen Größenordnung ist wie die Standardabweichung. Allerdings ist davon ein Trend negativ und zwei Trends sind positiv.

Abbildung 54 bis Abbildung 58 im Anhang Sturmfluten zeigen die Zusammenfassung der Ergebnisse, die mit den zwei Klimamodellen unter den Annahmen der zwei Szenarien RCP4.5 und RCP2.6 bestimmt wur-den. Dabei zeigt sich, dass auch es auch bei diesen Läufen bei allen drei Kenngrößen sowohl positive als auch negative Trends gibt, die meist nicht signifikant sind. Zudem hängt das Vorzeichen der Änderungen wieder mehr von antreibenden Globalmodell ab als vom verwendeten Szenario und alle linearen Änderun-gen sind immer kleiner als die Standardabweichung.

Da der Wert des 98. Perzentils des effektiven Windes bei NEMO/RCA4 mit rund 12 m/s deutlich geringer ist als bei MPI-OM/REMO mit rund 13.8 m/s, sind auch die maximalen effektiven Windgeschwindigkeiten während der Sturmfluten dort geringer. Tabelle 6 zeigt allerdings, dass die in allen Zeitreihen vorkommen-den Maxima der effektiven Windgeschwindigkeit bei MPI-OM/REMO mit bis zu 29.2 m/s deutlich höher sind als die von NEMO/RCA4 bestimmten von 22.1 m/s. Auch ist die maximale Andauer einer Sturmflut mit 105 Stunden bei MPI-OM/REMO deutlich länger als bei NEMO/RCA4 mit 88 Stunden. Einzig die maximale Anzahl von Sturmfluten pro Jahr ist bei beiden Modellen ähnlich. Dies wird allerdings auch dadurch gesteuert, dass bei beiden Modellen der Schwellwert durch das jeweilige 98. Perzentil bestimmt wurde, so dass man im Mittel an sieben Tagen pro Jahr ein Überschreiten des Schwellwerts und damit eine Sturmflut erwarten kann.

Insgesamt findet man bei allen drei Kenngrößen für Potentielle Sturmfluten in den Ergebnissen der beiden gekoppelten Modelle für alle Szenarien keinen Trend, der eine starke Veränderung der Kenngrößen zeigt.

Deshalb kann man davon ausgehen, dass sich sowohl die Anzahl der Sturmfluten als auch der maximale effektive Wind während einer Sturmflut als auch die Andauern bis zum Ende des 21. Jahrhunderts im Mittel nicht verändern, aber gleichbleibend einer hohen Variabilität unterliegen.

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Abbildung 24: Potentielle Sturmfluten berechnet für den Gitterpunkt Cuxhaven mit den drei Läufen von MPI-OM/REMO unter den Bedingungen des RCP8.5 für den Zeitraum 1961-2100.

Oben: Maximaler Effektiver Wind während jeder Sturmflut. Mitte: Andauer der Sturmflut. Unten: Anzahl der potentiellen Sturmfluten pro Jahr. Durchgezogenen Linien: Ausgleichsgeraden durch die Werte eines Laufs.

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Abbildung 25: Potentielle Sturmfluten berechnet für den Gitterpunkt Cuxhaven mit NEMO/RCA4 und den Randbedingungen aus 5 verschiedenen Globalmodellen unter den Annahmen des RCP8.5.

Oben: Maximaler Effektiver Wind während jeder Sturmflut. Mitte: Andauer der Sturmflut. Unten: Anzahl der potentiellen Sturmfluten pro Jahr. Durchgezogenen Linien: Ausgleichsgeraden durch die Werte eines Laufs.

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Abbildung 26: Standardabweichung (graue Balken), lineare Änderung nach 140 Jahren (blaue Balken) und Signifikanz der Änderungen des maximalen effektiven Windes während Potentieller Sturmfluten, bestimmt aus insgesamt 8 Simulationen unter den Annahmen des RCP8.5.

Abbildung 27: Standardabweichung (graue Balken), lineare Änderung nach 140 Jahren (blaue Balken) und Signifikanz der Änderungen der Andauer Potentieller Sturmfluten, bestimmt aus insgesamt 8 Simulationen unter den Annahmen des RCP8.5.

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Tabelle 6: Parameter der Potentiellen Sturmfluten am Gitterpunkt Cuxhaven: Maxima aus allen Läufen, die mit einem Modelle unter den Bedingungen eines Klimaszenarios gemacht wurden.

Modell und Klimaszenario Max. eff. Wind

[m/s] Max. Andauer

[Stunden] Max. Anzahl [1/Jahr]

MPI-OM/REMO RCP8.5 29.2 105 17

RCP4.5 28.2 86 16

NEMO/ RCA4 RCP8.5 21.0 88 19

RCP4.5 21.0 80 19

RCP2.6 22.1 76 16

Abbildung 28: Standardabweichung (graue Balken), lineare Änderung nach 139 Jahren (blaue Balken) und Signifikanz der Änderungen der Anzahl von Potentiellen Sturmfluten pro Jahr, bestimmt aus insgesamt 8 Simulationen unter den Annahmen des RCP8.5.

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