Teilprojekt 2.3
Dynamische Regionalisierung
Tharand, 15.1.2008 Ralf Lindau
Uni Bonn
Ausgangspunkt des Projekts sind
Klimasimulationen des CLM, die vom Deutschen Klimarechenzentrum bereit gestellt werden.
Die räumliche Auflösung dieser Daten beträgt 18 km. Sie wird mit Hilfe einer Stand-alone Version des Bodenmodells TERRA
verfeinert.
• Teil 1 Validierung des CLM mit Beobachtungsdaten
Validierung des CLM mit Beobachtungsdaten
Für einen Vierjahres-Zeitraum (1997 – 2000)
werden Beobachtungen von Regenmessstationen des DWD mit CLM-Ergebnissen verglichen.
Auf jedem 18 km X 18 km Gitterfeld liegen im Durchschnitt 3000 Beobachtungen des täglichen Niederschlags vor.
Die Beobachtungen zeigen Niederschläge von mehr als 1000 mm/a in Voralpenland, Schwarzwald und Bergischem Land. Große Teile Ostdeutschlands erhalten dagegen weniger als 600 mm/a.
Das Mittel aller Stationen beträgt 811 mm/a
Im Model fällt in
Mitteleuropa 1009 mm/a Niederschlag (links).
Bildet man Datenpaare und wertet das Modell nur an Tagen und Gitterpunkten aus, an denen Beobachtungen vorliegen, erhöht sich der Niederschlag auf 1156 mm/a (rechts).
Das Model überschätzt den Regen im Mittel um 345 mm/a (44%) (links).
In Norddeutschland ist die Überschätzung gering; in vielen Mittelgebirgsregionen beträgt sie mehr als 100%.
(rechts)
Neben den Absolutwerten des Regens wurden folgende statistische Maße des Modells validiert:
• Häufigkeitsverteilung der Regenintensität
• Räumliche Autokorrelationen
+ Modell
0-9 Obse
Das Modell regnet zu häufig.
Jede Regenklassenhäufigkeit wird um 10 0.2, also etwa
50% überschätzt.
Kein Regen wird an 49% der Tage beobachtet, im Modell sind es lediglich 21%
Nebenbei erkennt man die Häufung ganzer Millimeter- Meldungen, während 7er und 9er Zehntel selten sind.
Das Modell kennt solche Vorzugswerte natürlich nicht
____ Modell
0-9 Obse
Extremwerthäufigkeiten werden vom Modell gut reproduziert.
Wie in der vorigen Folie gezeigt, sind die unteren Regenklassen im Modell deutlich zu häufig.
Die Häufigkeit von extremen Regenmengen (20 bis
100 mm/Tag) stimmt mit den Beobachtungen dagegen gut überein.
M Modell
O Obse o TheoObse
Räumliche Autokorrelation des Regens
Die Autokorrelation des Models (M) ist für alle Abstände größer als die der Beobachtungen (O).
Beobachtungen weisen bei Abstand Null eine Korrelation von 0.9 auf.
Diese Verminderung gegenüber 1 kann als mangelnde Repräsentanz der Punktmessungen für die 18-km Gitterbox interpretiert werden.
Um diesen Faktor sind auch alle
Die Häufigkeit von Extremereignissen wird gut getroffen.
Auch die Autokorrelationsfunktion stimmt gut überein, wenn man Effekte der unterschiedlichen Auflösungen des Modells (18km) und der Beobachtungen
(Punktmessungen) berücksichtigt.
Ergebnisse Teil 1:
Teil 2
Downscaling der CLM-Läufe (18 km) mit Hilfe einer Stand-alone Version des Bodenmodells Terra (2.8 km).
Vergleich zwischen Antriebsmodell (CLM) und hochaufgelösten Ergebnissen (Terra) am
Beispiel der modellierten Oberflächen- temperatur im Juli 2020 in der Uckermark.
CLM zeigt warme Ostssee, Bornholm ist als nächtliche Kälteinsel zu erkennen. In der Uckermark herrschen 286.5 K.
Hochaufgelöstes Terra-Ergebnis ist für diesen Zeitpunkt kälter (285 K).
CLM
Zeitlicher Verlauf der Oberflächentemperatur am Beispiel Prenzlau
Kreuze geben 0 Uhr-Termin an.
Deutlicher Unterschied zwischen offenbar bewölken Tagen ohne Tagesgang und Strahlungstagen mit normalem Tagesgang von 15 – 20 K.
TERRA
Zeitlicher Verlauf der Oberflächentemperatur am Beispiel Prenzlau
Gleichmäßigere Tagesgänge von etwa 10 K. An diesem Ort insgesamt kühler.
Keine Hitze über 30°C
Das zeitliche und räumliche Mittel der Oberflächentemperatur über den gesamten Juli 2020 und die gesamte Uckermark beträgt:
CLM: 289.14 K Terra: 289.90 K
Die Gesamtvarianz ist in Terra höher als im CLM, CLM: 16.65 K2
Terra: 23.77 K2
Diese erhöhte Varianz kann allerdings keineswegs als das Hinzufügen kleinräumiger Varianz durch Terra interpretiert werden.
Die zeitliche Varianz dominiert deutlich:
Im Terra herrscht eine verminderte Varianz auf gleicher Skala.
Das ist unerwartet, denn:
Unterschiede zwischen
Temperaturen von z.B. 18 km Abstand sollten im Terra höher liegen als im CLM, da der
Unterschied als Differenz der grobaufgelösten Mittelwerte
C CLM
T Terra
Ergebnisse Teil 2
Terra modifiziert die ursprünglichen Oberflächentemperatur- Felder des CLM deutlich.
Der Tagesgang ist gleichmäßiger.
Räumliche Varianzen auf kleiner Skala (18 km) werden reduziert statt erhöht.
