Stochastische Modelle für regionale Szenarien >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Globale Erwärmung, lokale Vorhersage

Wie wirkt sich der weltweite Klimawandel auf die Antriebskräfte für Prozesse in einzelnen Gewässern wie etwa am Rhein oder am Bodensee aus? Mit dieser Frage beschäftigen sich Wissenschaftler des Instituts für Wasserbau im Rahmen des Projekts Bodensee-Online und des EU-Projekts „ENSEMBLES“ (ENSEMBLE-based Predictions of Climate Changes and their impacts).

Auf weltweiter Ebene kann die zukünftige Entwicklung des Klimas mit Hilfe globaler Zirkulationsmodelle inzwischen relativ gut berechnet werden. Die Frage, ob die Überschwemmungen und Hitzewellen der letzten Jahre tatsächlich Anzeichen einer Klimaänderung sind und ob mit solchen Extremereignissen künftig häufiger zu rechnen ist, lässt sich jedoch nur mit großen Unsicherheiten beantworten. Möchte man gar ganz konkret wissen, wie sich die Situation beispielsweise in Überlingen am Bodensee entwickelt, stoßen die Modelle an Grenzen, da ihre Auflösung zu grob ist und sie teilweise auch mit systematischen Fehlern befrachtet sind. Für Maßnahmen in Sachen Hochwasserschutz oder zur Sicherung von Trinkwasserspeichern wären aber gerade solche regionalen Daten entscheidend.

Wettermodelle im Vergleich: Während im linken Modell für eine Fläche von 500 auf 500 Kilometern dasselbe Wetter angezeigt wird, differenziert das höher auflösende Modell rechts nach Flächen von 180 auf 180 Kilometern. (Grafik: Schär/ETH Zürich)

Gewisse Aufschlüsse auf die regionale Entwicklung gibt die Analyse der Zeitreihen von meteorologischen Beobachtungen, wie sie im Rahmen des EU-Projektes „Stardex“ (Statistical and Regional Dynamical Downscaling of Extremes for European Regions) unter der Leitung von Prof. András Bárdossy, Inhaber des Lehrstuhls Hydrologie und Geohydrologie am Institut für Wasserbau, durchgeführt wurden. Im Mittelpunkt standen Niederschlags- und Temperaturzeitreihen im Einzugsgebiet des Rheins, wobei neben Durchschnittswerten auch Indizes von Extremen auf unterschiedlichen Zeit- und Raumskalen untersucht wurden. Änderungen dieser Zeitreihen zeigen, dass insgesamt alle Jahreszeiten wärmer geworden sind. „Es gibt einen klaren Trend nach oben“, sagt Bárdossy. Allerdings gibt es deutliche Unterschiede in den einzelnen Monaten. So steigen die Temperaturen im August signifikant stärker an als im Jahresmittel, was die Wasserflächen öfter austrocknen lässt. „Wenn die Verdunstungen fehlen, kann sich die Luft noch stärker aufheizen.“ Was die Niederschläge betrifft, so lassen die Zeitreihen trockenere Sommer mit häufigeren, zeitlich begrenzten Starkregen sowie feuchtere Winter erwarten. Zusammen mit der temperaturbedingten Abnahme des Schneeanteils an der Alpennordseite muss daher mit einem beschleunigten Abfluss des Wassers sowie mit einer Zunahme von Hochwassersituationen gerechnet werden.

Zunahmen der Niederschlagsmengen und -spitzen sowie die temperaturbedingte Abnahme des Schneeanteils lassen am Bodensee eine Zunahme von Hochwassersituationen befürchten. (Foto: Institut für Seenforschung)

Einflussfaktor Wind
Von besonderer Bedeutung, bisher jedoch kaum untersucht, ist die Änderung des Windfeldes am Bodensee. Dieses beeinflusst den Energieeintrag in das Gewässer, der durch die Reibung des Windes an der Wasseroberfläche verursacht wird und für die Entstehung und die Höhe der Wellen verantwortlich ist. Entscheidend hierbei ist neben der Windstärke auch die Dauer eines Sturmes. „Es braucht eine gewisse Zeit, bis eine ein große Wassermenge wie am Bodensee in Bewegung kommt“, erklärt Bárdossy. Im Rahmen des Projekts „Bodensee-Online“ wurden Modelle entwickelt, die das interne Verhalten des Sees (Wellen, Durchmischung, Strömungsverhältnisse, Wasserqualität) berechnen können. Änderungen der Antriebskräfte führen zwangsläufig zu Änderungen der Prozesse. Messungen bei Konstanz und Friedrichshafen lassen darauf schließen, dass sich die Windverhältnisse am Bodensee bereits verändert haben, wobei die Entwicklung je nach Lage und Windrichtung uneinheitlich ist. Um aus globalen Szenarien wie Höhenwindmodellen lokale Aussagen ableiten zu können, setzten die Wissenschaftler auf das so genannte Downscaling. Bei dieser Methode werden grobe Skalen auf feinere „umgerechnet“, die die lokalen Feinheiten berücksichtigen. Dabei wird eine typische Großwetterlage mit ihrem spezifischen Wetter nach bestimmten Mustern klassifiziert. Vergleicht man nun aktuelle Beobachtungen in einem regionalen Raum mit diesen Klassen, so lassen sich daraus lokale Szenarien ableiten. Ziel der Wissenschaftler ist ein stochastisches Modell, das typische Zeitreihen der möglichen Zukunft beschreibt. amg

KONTAKT
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Prof. András Bárdossy
Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydrologie und Geohydrologie
Tel. 0711/685-64663
Fax 0711/685-64681
e-mail: Andras.Bardossy@iws.uni-stuttgart.de

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