Qualitätsprüfung von Klimasimulationen – Eine Methodik zur Erstellung von DWD-Referenzensembles als Grundlage für die Anpassung an den Klimawandel

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) stellt Daten und Beratungsleistungen für die Anpassung an den Klimawandel in vielfältigen Handlungsfeldern bereit. Als Basis dienen die Regionalen Klimasimulationen aus dem EURO-CORDEX Projekt (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment Europa). Am DWD werden diese und auch ihre globalen Antriebsdaten geprüft und die DWD-Referenzensembles erstellt. Die regionalen Klimasimulationen innerhalb der DWD-Referenzensembles werden bias-adjustiert und statistisch auf 5 km x 5 km downgescalt, so dass sie für Anschlussmodellierungen sowie Auswertungen der meteorologischen Parameter verwendet werden können. Die Simulationen der DWD-Referenzensembles bilden die Basis für diverse Produkte und werden z.B. im DAS-Basisdienst „Klima und Wasser“ von DWD und den Partnerbehörden verwendet.

In den letzten Jahren wurden Methoden entwickelt, mit der die historischen Klimasimulationsdaten geprüft werden können. Mit Hilfe dieser Methoden können in Zukunft, z.B. bei der nächsten Modellgeneration basierend auf CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project) Antriebsdaten, objektiv die Simulationen geprüft und bewertet werden, bevor sie in die DWD-Referenzensembles aufgenommen werden. Die vorgestellten Methoden wurden bereits für die CMIP5-Modellgeneration angewandt. Die Qualitätsprüfung beinhaltet folgende Schritte: In einer ersten Kategorie werden die Daten technisch geprüft, ob sie generell für die weitere Nutzung verwertbar sind (z.B. unrealistische Werte, fehlende Daten). In der zweiten Kategorie werden physikalische Qualitätskriterien untersucht, indem im historischen Zeitraum geprüft wird, ob die Simulationsergebnisse plausibel und realitätsnah sind. Diese physikalische Qualitätskontrolle erfolgt in drei Schritten: zunächst werden die Telekonnektionen und Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean in den antreibenden globalen historischen Simulationen mithilfe komplexer Netzwerke untersucht. Im zweiten Schritt wird über dem euro-atlantischen Sektor in den globalen und regionalen Simulationen die Frequenz, Persistenz und Abfolge von synoptischen Zirkulationsmustern betrachtet. Zuletzt werden die regionalen Simulationen über die Verteilungstreue (Bias, Varianz, usw.) und Saisonalität auf regionaler Skala (Naturräume in Deutschland) ausgewertet. Die Ergebnisse aus allen drei Schritten werden am Ende in Indikatoren zusammengefasst und in Steckbriefen für jede einzelne regionale Klimasimulation veröffentlicht. Eine wichtige Komponente der Qualitätsprüfung ist der Kontakt zum einen zu den Modelliergruppen, um etwaige Probleme mit den Daten zurück zu melden, sowie zu den Nutzenden der Referenzensembles, um mit denen gemeinsam die Methodiken und Ergebnisse zu diskutieren.