1. | Klima gestern, heute, morgen

1.

Klima gestern, heute, morgen
Conveners: Barbara Früh, Cecile Blanchet, Patrick Ludwig, Katja Trachte
Oral programme
| Tue, 12 Mar, 14:00–17:30|Hörsaal
Poster programme
| Attendance Thu, 14 Mar, 10:30–12:00|Poster Area
Tue, 14:00
Thu, 10:30
Das Klima ist keine Konstante, sondern unterliegt einem ständigen Wandel. Klimaänderungen können auf natürliche sowie auf menschliche Einflüsse zurückgeführt werden. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts haben sich die oberflächennahen Luftschichten der Kontinente und Ozeane der Erde deutlich erwärmt. Anthropogene Aktivitäten sind hierfür die Hauptursache. In dieser Session, die alle Zeitskalen von der erdgeschichtlichen Vergangenheit bis zur Zukunft umfasst, geht es um das beobachtete und rekonstruierte Klima, die natürlichen und anthropogenen Einflussfaktoren auf das Klimasystem und die Vorhersage und Modellierung des zukünftigen Klimas. Einer der Schwerpunkte wird auf die Klimaforschung im Hochgebirge gelegt.

Oral programme: Tue, 12 Mar | Hörsaal

Chairperson: Barbara Früh
14:00–14:15
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DKT-13-49
Gerhard Helle, Mandy Freund, Viorica Nagavciuc, Ingo Heinrich, and Daniel Balanzategui

Bäume sind weit verbreitete Archive für Umwelt- und Klimaveränderungen. Zeitreihen von Klimaparametern, die aus Baumjahresringen abgeleitet werden, bieten einen historischen Rahmen für die jüngsten Klimaerwärmungstrends und Extrema. Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff (13C/12C) und Sauerstoff (18O/16O) in Baumringen bieten eine hervorragende Möglichkeit, die Trockenheit vergangener Sommer in verschiedenen Ökosystemen und über Klimazonen hinweg zu untersuchen. Aktuelle räumliche Rekonstruktionen hydroklimatischer Bedingungen in Europa unter Verwendung eines Netzwerks von Messungen stabiler Jahrring-Isotope haben für die letzten 400 Jahre eindeutig demonstrieren können, wie außergewöhnlich die Sommerdürren seit 2015 waren. Als besonders betroffene Regionen wurden West- und Mitteleuropa identifiziert. Anlehnend an diese Studien sollen hier neue Jahrringisotopendaten aus Nordostdeutschland präsentiert werden, um das europäische Netzwerk der stabilen Isotopendaten zu stärken und unser Verständnis der lokalen und regionalen Ausprägungen der globalen Klimaerwärmung zu vertiefen. Bei der Analyse der Jahrring-Isotopenzeitreihen fallen abgeschwächte Klimasignale in den Jahren 1960 bis 1990 für bestimmte Standorte Nordostdeutschlands auf, die wir den damaligen unkontrollierten Emissionen von sauren Luftschadstoffen zuschreiben. Darüber hinaus sollen Hinweise auf einen stärkeren Wasserbedarf durch erhöhte Transpiration an einigen Baumstandorten diskutiert werden, welcher nicht nur auf die jüngsten Dürren zurückzuführen ist, sondern auch Folge langfristiger Auswirkungen früherer Umweltverschmutzung zu sein scheint.

How to cite: Helle, G., Freund, M., Nagavciuc, V., Heinrich, I., and Balanzategui, D.: Sommertrockenheit in Nordostdeutschland im europäischen historischen Kontext–Einblicke durch stabile Isotope in Baumjahrringen.     , 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-49, https://doi.org/10.5194/dkt-13-49, 2024.

14:15–14:30
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DKT-13-36
Florian Imbery, Karsten Friedrich, Deborah Niermann, and Andreas Becker

Eine der Aufgaben des Deutschen Wetterdienstes ist die Klimaüberwachung für Deutschland. Dazu verwendet der DWD die Daten der Wetterstationen in seinem Messnetz in Kombination mit den historischen Klimadaten, die auch durch Vorgängerorganisationen des DWD erhoben wurden. Für den Zeitraum seit 1881 sind somit flächendeckende und systematisch erhobene Messungen verfügbar, die für eine Beschreibung des Klimawandels in Deutschland genutzt werden. Für den Zeitraum 1881 bis 2022 beträgt der lineare Trend der Temperatur +1,7 K. Das Tempo des Temperaturanstiegs hat in Deutschland (wie auch weltweit) in den vergangenen 50 Jahren deutlich zugenommen: Die zurückliegenden zehn Jahre 2013-2022 waren im Mittel bereits über 2 K wärmer als der Beginn der Zeitreihe (1881-1910).

Aufgrund der zunehmenden Beschleunigung des beobachteten Temperaturanstiegs intensivierten sich in den letzten Jahren die Diskussionen, ob eine lineare Regression noch in einem ausreichenden Maß diese beschreiben kann.

In diesem Vortrag werden verschiedene Methoden zur Trendbestimmung vorgestellt, ihre Vor- und Nachteile diskutiert und die zukünftige Kommunikation der Temperaturentwicklung durch den DWD vorgestellt.

How to cite: Imbery, F., Friedrich, K., Niermann, D., and Becker, A.: Analyse und Kommunikation der beobachteten Klimatrends in Deutschland , 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-36, https://doi.org/10.5194/dkt-13-36, 2024.

14:30–14:45
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DKT-13-42
Markus Drüke, Gerold Schneider, Fabiana Castino, Grit Machui-Schwanitz, Bodo Wichura, and Uwe Böhm

Langzeituntersuchungen der Schneebedingungen verdienen besondere Aufmerksamkeit, da infolge von Klimaveränderungen auch Änderungen in der Häufigkeit von Schneebedeckung erwartet werden. Veränderungen im Schneebedeckungsregime und seinen Parametern haben nachhaltige Auswirkungen auf den Wasserhaushalt (Grundwasserneubildung) und das Abflussmuster (Hochwasserbildung). Die Schneebedeckung dient als sensibler Indikator für den Klimawandel, und eine langfristige Analyse hilft dabei, die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und sich besser darauf vorzubereiten. Hier zeigen wir eine umfassende Analyse des Langzeitverhaltens der Schneebedeckung in Deutschland von 1950 bis 2020. Auf der Grundlage täglicher Messdaten des DWD-Messnetzes im Zeitraum September bis Mai führen wir eine umfassende Untersuchung durch, um Trends, regionale Muster und Extremereignisse zu identifizieren. Insgesamt verwenden wir 5501 Schneehöhenzeitreihen in Deutschland und weitere 500 aus benachbarten Ländern für die Analyse. Alle Daten werden auf Qualität und Homogenität getestet und anschließend mithilfe eines Regionalisierungsalgorithmus (basierend auf der Optimalen Interpolation) auf ein Raster von 1x1 km² für ganz Deutschland interpoliert. Wir analysieren die Daten u.a. hinsichtlich Parameter wie Schneebedeckungsdauer, Schneebedeckungsanfangs- und -enddaten, Dauer der längsten Schneebedeckungsperiode (Winterdecke), Datum der maximalen Schneebedeckungshöhe, Beständigkeit der Schneebedeckung und Erhaltung der Winterdecke. Unsere Ergebnisse zeigen durchweg einen Rückgang (negativen Trend) der Schneebedeckung in der Region. Für verschiedene Parameter (einschließlich Schneebedeckungsdauer und Winterdeckungsdauer) ist jedoch mit zunehmender Geländehöhe eine Abschwächung des negativen Trends bis hin zu einer Trendumkehr in Kamm- und Gipfellagen zu beobachten. Das Trendverhalten der Schneebedeckung kann durch Veränderungen wichtiger meteorologischer Größen erklärt werden. Diese Studie trägt dazu bei, das Verständnis des Schneeklimas in Deutschland zu vertiefen und bietet eine solide Grundlage für zukünftige Forschung und Entscheidungsfindung im Bereich des Schneemanagements.

How to cite: Drüke, M., Schneider, G., Castino, F., Machui-Schwanitz, G., Wichura, B., and Böhm, U.: Analyse des Langzeitverhaltens der Schneedecke in Deutschland von 1950-2020, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-42, https://doi.org/10.5194/dkt-13-42, 2024.

14:45–15:00
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DKT-13-37
Andreas Becker, Karsten Friedrich, Deborah Niermann, and Florian Imbery

Bereits im Jahr 2022 lag das globale Mittel der Temperatur 1,15 Kelvin über dem vorindustriellen Niveau (1850-1900) und damit nur noch 0,35 K unter der 1,5-Grad-Schwelle des Pariser Klimaabkommens. Schon ohne das Rekordjahr 2023 waren die vergangenen acht Jahre global die wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen und das, obwohl die Jahre 2020-2022 ausgeprägte La Niña Jahre waren, von denen wir wissen, dass sie eher kühlend auf das globale Mittel wirken.

Im Laufe des Jahres 2023 endete aber die La Niña Phase und wurde von einem zumindest mäßig ausgeprägtem El Niño Ereignis abgelöst. Gleichzeitig hat es exorbitante positive Abweichungen der globalen Mittel der Temperaturen der bodennahen Atmosphäre und der Meeresoberflächen gegeben, die so weit über allen bisherigen Aufzeichnungen liegen, dass eine vollständige Attribution zum anthropogenen Klimawandel, selbst zuzüglich des vorübergehenden Zusatzeffektes durch das vorbenannte El Niño Ereignis, nicht schlüssig ist. So liegt das globale Oktobermittel 2023 bereits über der 1,5 Grad Schwelle des Pariser Klimaabkommens und Mitte November übertrafen (mindestens) zwei Tagesmittel sogar die 2,0 Grad Schwelle. Das Jahr 2023 wird somit global mit weitem Abstand alle vorherigen Rekordjahre übertreffen und es müssen entweder weitere Einflussfaktoren eine Rolle gespielt oder die globale Erwärmung sich massiv beschleunigt haben. Im Einklang mit der Thematik der Session 1 sollen daher die natürlichen und anthropogenen Einflussfaktoren auf diese Rekorderwärmung besprochen werden. Dazu gehören auch Ursache und Einfluss der marinen Hitzewellen und der Erhöhung des stratosphärischen Wasserdampfeintrages im Nachgang der Unterwassereruption des Hunga Tonga im Pazifik.

Was bedeutet dies für das globale Jahresmittel in den nächsten beiden Jahren und darüber hinaus? Wie stark reduziert sich der Abstand zur vorbenannten ambitionierten Schwelle schon in den nächsten beiden Jahren, oder überschreiten wir diese gar nachhaltig? Was sind die charakteristischen Zeitskalen einer Überschreitung und wie vermeiden wir eine erneute „Hiatus“ Diskussion wie im Nachgang des El Niño 1998? 

How to cite: Becker, A., Friedrich, K., Niermann, D., and Imbery, F.: Was sind die Ursachen der exorbitanten Rekorde der globalen Temperaturmittel von bodennaher Atmosphäre und Meeresoberfläche im Rekordjahr 2023? , 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-37, https://doi.org/10.5194/dkt-13-37, 2024.

15:00–15:15
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DKT-13-39
Jens Wickert, Galina Dick, Florian Zus, Benjamin Männel, and Markus Bradke

Water vapour is under-sampled in the current climate-observing systems and obtaining and exploiting more high-quality humidity observations is essential for climate monitoring. Global Navigation Satellite System (GNSS) is an established observing system for atmospheric water vapour with high spatiotemporal resolution for climate research.

Established in 2006, the Global Climate Observing System (GCOS) Reference Upper-Air Network (GRUAN), is an international reference observing network of sites measuring essential climate variables above the Earth's surface. Currently, this network comprises more than 30 reference sites worldwide, designed to detect long-term trends of key climate variables such as temperature and humidity in the upper atmosphere. GRUAN observations are required to be of reference quality, with known biases removed and with an associated uncertainty value, based on thorough characterization of all sources of measurement. In support of these goals, GNSS precipitable water (GNSS-PW) measurement has been included as a priority one measurement of the essential climate variable water vapor.

GFZ contributes to GRUAN with its expertise in processing of ground-based GNSS network data to generate precise PW products. GFZ hosts a central processing facility for the GNSS data and is responsible for the installation of GNSS hardware, data transfer, processing and archiving, as well as derivation of GNSS-PW products according to GRUAN requirements including PW uncertainty estimation. Currently more than a half of the GRUAN sites are equipped with GNSS receivers. GNSS-PW products for GRUAN and the results of validation studies will be presented.

How to cite: Wickert, J., Dick, G., Zus, F., Männel, B., and Bradke, M.: GNSS Precipitable Water Vapor for Climate Monitoring, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-39, https://doi.org/10.5194/dkt-13-39, 2024.

15:15–15:30
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DKT-13-29
Thomas Spangehl, Michael Borsche, Deborah Niermann, Franziska Bär, Jaqueline Drücke, Alexander Kelbch, Frank Kaspar, Florian Imbery, and Andreas Becker

Eine meteorologische Reanalyse bildet einen auf Grundlage eines numerischen Wettervorhersagemodells in Kombination mit Verfahren der Datenassimilation erstellten Datensatz zur Bearbeitung meteorologischer und klimatologischer Fragestellungen.

Globale Reanalysen sind wesentlicher Bestandteil operationeller Klimadienste und werden für die Überwachung des Klimas und seiner Veränderungen, für kommerzielle Anwendungen sowie im Bereich der Forschung und Lehre genutzt.

Besonders für Anwendungen im Energiesektor sind zeitlich und räumlich höher aufgelöste regionale Reanalysen relevant. Von Bedeutung sind dabei meteorologische Parameter wie die Windgeschwindigkeit und -richtung im Bereich der Nabenhöhe moderner Windkraftanlagen, die solare Einstrahlung an der Erdoberfläche und die oberflächennahe Temperatur. Darüber hinaus bieten regionale Reanalysen Nutzungspotential für Klimaanwendungen, die sich mit Extremereignissen wie beispielsweise Stürmen, Hitzewellen, Starkniederschlägen und Dürren befassen.

Im Rahmen des Beitrages werden Ergebnisse der nutzerorientierten und standardisierten Evaluierung der vom Deutschen Wetterdienst als Nachfolgeprodukt von COSMO-REA6 erstellten, regionalen Reanalyse COSMO-R6G2 vorgestellt.

Als Referenzdaten werden Datensätze, welche entweder auf in-situ Messungen von Wetterstationen, Windmasten oder auf satellitengestützten Sensoren basieren, verwendet. Verschiedene Produkte, wie ERA5, COSMO-REA6, HoKliSim-De und CERRA werden als Benchmark verwendet.

Die technische Infrastruktur für die standardisierte Auswertung wird durch das MAVIS-System bereitgestellt, welches auf FREVA (Free Evaluation System Framework, https://doi.org/10.5334/jors.253) basiert.

Eine wesentliche Anforderung der Nutzer ist die Verfügbarkeit von Unsicherheitsinformationen. Ein Schwerpunkt der Diskussion liegt daher auf der Verwendung von Ensembleansätzen.

How to cite: Spangehl, T., Borsche, M., Niermann, D., Bär, F., Drücke, J., Kelbch, A., Kaspar, F., Imbery, F., and Becker, A.: Nutzerorientierter Evaluierungsrahmen für regionale Reanalysen, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-29, https://doi.org/10.5194/dkt-13-29, 2024.

Kaffeepause
Chairperson: Gerhard Helle
16:00–16:30
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DKT-13-5
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keynote
Stephan Pfahl, Edgar Dolores-Tesillos, and Franziska Teubler

Extratropische Zyklone verursachen einen Großteil der extremen Wind- und Niederschlagsereignisse in den mittleren Breiten, und es ist deshalb wichtig zu verstehen, wie sich die Dynamik dieser Systeme in einem wärmeren Klima ändern wird. Wir untersuchen solche Änderungen basierend auf Klimasimulationen des Community Earth System Model Large Ensembles und mit Hilfe einer Kombination von Composite-Analysen, Potential Vorticity (PV)-Inversion und Trajektorienrechnungen. Obwohl sich die Intensität der nordatlantischen Zyklonen im Winter in der Projektion für das Ende des 21. Jahrhunderts kaum ändert, vergrößert sich der Fußabdruck der hohen bodennahen Windgeschwindigkeiten, was zu stärkeren Winden und damit höherem Schadenspotential südöstlich des Zentrums von sehr intensiven Zyklonen führt. Sowohl eine stärker ausgeprägte PV-Anomalie in der unteren Troposphäre als auch eine komplexere Änderung der PV-Struktur in der oberen Troposphäre tragen zu dieser Verstärkung bei. Während die PV-Änderungen in der unteren Troposphäre primär durch verstärktes latentes Heizen in der wärmeren und damit feuchteren Atmosphäre zu Stande kommen, tragen zusätzlich eine veränderte adiabatische PV-Advektion sowie sehr wahrscheinliche auch veränderte Strahlungs-Wechselwirkungen zur PV-Änderung in der oberen Troposphäre bei. Insgesamt zeigt diese Studie, dass eine komplexe Wechselwirkung von diabatischen und adiabatischen Prozessen zu strukturellen Veränderungen in der Windgeschwindigkeit in extratropischen Zyklonen mit erhöhtem Schadenspotential führen kann.

How to cite: Pfahl, S., Dolores-Tesillos, E., and Teubler, F.: Die Dynamik von extratropischen Zyklonen im Nordatlantik in einem wärmeren Klima, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-5, https://doi.org/10.5194/dkt-13-5, 2024.

16:30–16:45
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DKT-13-28
Kyriakos Balidakis, Laura Jensen, Jungang Wang, Eva Boergens, Robert Dill, and Henryk Dobslaw

Meteorological and geodetic systems monitor the variability of the total mass of the atmosphere and terrestrial water storage on time scales from hours to decades and on spatial scales from small turbulent eddies to planetary-scale waves. These systems feature, in most cases, at least one satellite component which allows monitoring on a global scale. Even though state-of-the-art numerical weather prediction models assimilate many of these observations to achieve more accurate weather forecasts, components of the model state can significantly deviate from independent measurements, owing to the quality of observations assimilated, the assimilation procedure, as well as the atmospheric dynamics parameterization in the model. Therefore, there is a need to validate numerical weather models to mitigate erroneous signals that could be interpreted as false climate signatures. This work focuses on long-term (2000-2022) variations induced by atmospheric moisture transport. We employ atmospheric state vectors from ECMWF’s ERA5 reanalysis to force LISFLOOD, a global hydrological model. First, total mass variations from LISFLOOD are validated against mass anomalies from the satellite gravimetry missions GRACE and GRACE-FO. Second, since Earth’s crust slightly deforms under mass loading, we utilize data from a global network of ground based GNSS stations to validate the model’s long-term displacement trends. Third, to assess the long-term stability of the humidity component of the data set forcing the hydrological models, we quantify long-term integrated water vapor variability from ERA5 and compare it with GNSS-derived integrated water vapor. We calculate this integrated water vapor employing the associated zenith wet delays, a by-product estimated during the space geodetic data analysis. Since neither mass anomalies from GRACE and GRACE-FO nor atmospheric delays and displacements from GNSS are assimilated into ERA5, we interpret the long-term discrepancies between models and observations as an accuracy and stability metric for the former.

How to cite: Balidakis, K., Jensen, L., Wang, J., Boergens, E., Dill, R., and Dobslaw, H.: Quantifying Long-Term Atmospheric and Hydrospheric Mass Variations by Employing Numerical Weather Prediction Models and Space Geodetic Observations, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-28, https://doi.org/10.5194/dkt-13-28, 2024.

16:45–17:00
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DKT-13-11
Andreas Paxian, Birgit Mannig, Miriam Tivig, Deborah Niermann, Kelly Stanley, Fabiana Castino, Markus Ziese, Thomas Leppelt, Alexander Pasternack, Sabrina Wehring, Florian Becker, Thomas Gassdorf, Amelie Hoff, Philip Lorenz, Kristina Fröhlich, Klaus Pankatz, Frank Kreienkamp, and Barbara Früh

Die Klimavorhersagen-Webseite des Deutschen Wetterdiensts (DWD) www.dwd.de/klimavorhersagen präsentiert unterschiedliche Klimavorhersagen auf einer gemeinsamen Webseite zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen auf unterschiedlichen Zeitskalen: aufbereitete Witterungsvorhersagen für die nächsten Wochen, die vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) abgeleitet wurden, und operationelle saisonale und dekadische Klimavorhersagen des DWD für die nächsten Monate und Jahre.

Die Evaluierung und Darstellung dieses Klimadienstes wurde in Kooperation mit Nutzern unterschiedlicher Sektoren und konsistent über alle Zeitskalen entwickelt. Die Webseite bietet Karten, Zeitreihen und Wertetabellen von Ensemblemittel- und Wahrscheinlichkeitsvorhersagen in Verbindung mit deren Vorhersagequalität. Sie werden als Temperaturmittel und Niederschlagssummen über Wochen, Monate und Jahre für unterschiedliche Regionen, u.a. in Deutschland, dargestellt.

Für Deutschland wird das am DWD entwickelte empirisch-statistische Downscaling-Verfahren EPISODES herangezogen, um eine hohe räumliche Auflösung zu erreichen. Systematische Modellfehler werden abhängig von der Vorhersagezeit an Beobachtungsdaten adjustiert. Gütemaße werden zur Evaluierung der Vorhersagequalität der Klimavorhersagen im Vergleich zu Referenzvorhersagen herangezogen, die als Alternative zu Klimavorhersagen verwendet werden, wie z.B. die „beobachtete Klimatologie“.

Unterschiedliche Komplexitätsebenen werden dargestellt: In den „Basis-Klimavorhersagen“ beschreibt eine Ampel, ob Klimavorhersagen regionaler Mittel besser (grün), gleich gut (gelb) oder schlechter (rot) als eine Referenzvorhersage sind. In den „Profi-Klimavorhersagen“ zeigen Vorhersagekarten pro Gitterbox die Klimavorhersage (Farbe der Punkte) und deren Vorhersagequalität (Größe der Punkte). Die Koentwicklung dieses Klimadienstes mit Nutzern unterschiedlicher Sektoren und Nutzerfeedback-Schleifen verbessern seine Verständlichkeit und Anwendbarkeit.

Klimavorhersagen von Bodenfeuchte sowie Trockenheits- und Hitzeindikatoren werden aktuell evaluiert und zukünftig auf der Webseite integriert. Die Pläne zukünftiger Erweiterungen beinhalten auch Multi-Modell-Vorhersagen sowie großskalige Telekonnektionsindizes wie El Nino-Southern Oscillation (ENSO). Aktuell werden eine interaktive Webseiten-Darstellung und weitere Erklärvideos vorbereitet, welche die Verständlichkeit und Anwendbarkeit verbessern sollen. Schließlich arbeitet der DWD an einer kombinierten Zeitreihe aus Beobachtungen, Klimavorhersagen und Klimaprojektionen als zeitskalen-übergreifender Klimadienst für Deutschland.

How to cite: Paxian, A., Mannig, B., Tivig, M., Niermann, D., Stanley, K., Castino, F., Ziese, M., Leppelt, T., Pasternack, A., Wehring, S., Becker, F., Gassdorf, T., Hoff, A., Lorenz, P., Fröhlich, K., Pankatz, K., Kreienkamp, F., and Früh, B.: Die DWD-Klimavorhersagen-Webseite: ein nutzerorientierter Klimadienst basierend auf Witterungs-, saisonalen und dekadischen Klimavorhersagen , 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-11, https://doi.org/10.5194/dkt-13-11, 2024.

17:00–17:15
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DKT-13-38
Nora Leps, Clementine Dalelane, Kristina Winderlich, Sabrina Wehring, Stéphane Haussler, and Barbara Früh

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.

How to cite: Leps, N., Dalelane, C., Winderlich, K., Wehring, S., Haussler, S., and Früh, B.: Qualitätsprüfung von Klimasimulationen – Eine Methodik zur Erstellung von DWD-Referenzensembles als Grundlage für die Anpassung an den Klimawandel, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-38, https://doi.org/10.5194/dkt-13-38, 2024.

17:15–17:30
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DKT-13-18
David Gampe, Clemens Schwingshackl, Andrea Böhnisch, Magdalena Mittermeier, Marit Sandstad, and Raul R. Wood

Im vergangenen Jahrzehnt hat die Erderwärmung die 1.0°C-Marke überschritten und bereits begonnen, den Zustand einiger Klimavariablen im Vergleich zum vorindustriellen Zeitraum signifikant zu verändern bzw.  einen neuen Klimazustand zu erreichen. Um zu quantifizieren, wann ein solches eindeutiges Klimaänderungssignal detektierbar ist, wurde - in unterschiedlicher Ausprägung und Definition - das Konzept der Time of Emergence(ToE) etabliert. Zudem werden erwartete Klimaänderungen verstärkt durch sogenannte Global Warming Levels (GWL) kommuniziert, welche eine Alternative zu festgelegten Projektionszeiträumen darstellen. Diese vereinfachen einerseits die Kommunikation der Projektionen und ermöglichen andererseits eine einfachere Vergleichbarkeit unterschiedlicher Klimamodelle und Szenarien. In diesem Beitrag werden beide Konzepte kombiniert und die Global Warming Levels of Emergence (GWLoE) ausgewählter Temperatur- und Niederschlagsindizes für inkrementelle Änderungen des GWLs präsentiert. Hierfür verwenden wir fünf Single Model Initial-Condition Large Ensembles (SMILEs) der jüngsten CMIP6-Generation, welche eine robuste Abschätzung der natürlichen Klimavariabilität und der ToE ermöglichen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass bereits bei dem im Pariser Klimaabkommen festgehaltenen GWL von 1.5°C ein Großteil der Weltbevölkerung einen neuen Klimazustand extremer Temperaturen erfahren wird, diese also durch ein eindeutiges, signifikantes Klimaänderungssignal charakterisiert sind. Darüber hinaus wird die Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Extremereignisse unter Berücksichtigung des vorindustriellen Zustands berechnet und analysiert. Hier zeigen die Ergebnisse eine deutliche Erhöhung der Eintrittswahrscheinlichkeit, insbesondere für die Temperaturindizes. Hier tritt überregional und großflächig bereits bei einem GWL von 2.0°C eine Sättigung auf, demzufolge kann jedes Jahr als Extremjahr unter vorindustriellen Klimabedingungen angesehen werden. Vor allem für Temperaturindizes zeigt die Studie das Potential des Konzepts der GWLoE auf, um die Unsicherheiten der Klimaprojektionen zu begrenzen. Zudem kann die Anwendung der GWLoE gerade für die Wissenschaftskommunikation als wertvolles Konzept angesehen werden, um wissenschaftliche Ergebnisse an Entscheidungsträger:innen und Nicht-Wissenschaftler:innen zu vermitteln.

How to cite: Gampe, D., Schwingshackl, C., Böhnisch, A., Mittermeier, M., Sandstad, M., and Wood, R. R.: Eine globale Analyse der Temperatur- und Niederschlagsexterme mittels Global Warming Level of Emergence., 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-18, https://doi.org/10.5194/dkt-13-18, 2024.

Poster programme: Thu, 14 Mar, 10:30–12:00 | Poster Area

P1
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DKT-13-45
Torsten Schmidt, Patrick Schreiner, and Jens Wickert

The GNSS radio occultation (RO) technique uses GNSS (Global Navigation Satellite Systems) signals received aboard low Earth orbiting satellites for atmospheric limb sounding.

Refractivity and temperature profiles are derived with high vertical resolution. Due to its long-term stability, all-weather capability, and global coverage the GNSS RO technique offers the possibility for global monitoring of the temperature structure in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS) region.

GFZ Potsdam currently provides RO data from TerraSAR-X (since 2008), Tandem-X (since 2011), and GRACE-FO (since 2020) operationally to weather service centres for the assimilation in forecast models and thus contributes to the global RO dataset build from different data centres and RO missions (e.g., COSMIC-1/2, Metop, and Spire).

In this presentation we provide an overview of recent atmospheric studies in the UTLS using the RO datasets since 2001 with respect to tropopause characteristics, UTLS temperature trends and global gravity wave activity including the estimation of absolute gravity wave momentum fluxes in the stratosphere.

How to cite: Schmidt, T., Schreiner, P., and Wickert, J.: GNSS radio occultation data for weather forecast and climate research, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-45, https://doi.org/10.5194/dkt-13-45, 2024.

P2
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DKT-13-59
Nora Hirsch, Kshema Shaju, Peper Zaspel, and Thomas Laepple

The Antarctic ice represents the greatest potential source of global sea-level rise, and its response to climate change introduces significant uncertainty in future projections. Understanding recent climatic trends in East Antarctica is challenging due to a limited instrumental record. Additionally, paleoclimatic information from ice cores hasn't been able to resolve recent temperature changes on the Antarctic Plateau, mainly because of noise affecting the high-resolution climate signal and uncertainties in the transfer function between climate and ice-core records. Complementary to the information derived from ice cores, the temperature distribution through the ice sheet also provides a record of past climate changes. This allows the reconstruction of the past surface temperature history based on the vertical temperature profile obtained from boreholes. On the East Antarctic Plateau, shallow (200m) boreholes measured with an accuracy of <10mK should allow the reconstruction of the temperature evolution of the last century, and thus enable a better determination of Antarctic climate sensitivity. Here, we present our measurement setup as well as the first results from the field season of 2023/24, measuring the borehole temperature at the EPICA Dronning Maud Land Drilling Site (Kohnen Station).

How to cite: Hirsch, N., Shaju, K., Zaspel, P., and Laepple, T.: Borehole Thermometry Measurements to reconstruct the warming of the last century of the East Antarctic Plateau, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-59, https://doi.org/10.5194/dkt-13-59, 2024.

P3
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DKT-13-21
Peter Carl

From the evolution of regional to planetary precipitation systems as the season advances, to the uptake and transport of integrals of motion that make up ist activity cycle(s), the topologically most relevant features of the boreal summer monsoon as simulated in a qualitatively correct manner in a GCM of intermediate complexity (ICM) have been scrutinized in a set of extensive attractor studies. The model is being equipped now with a tractable, deep diagnostic system as part of advanced software-technological regeneration, and may thus better be used to unveil the basic mechanisms in the back of the topology it carves out. This concerns the formation of a torus segment in state space, which runs across the season along an inverse „route to chaos“, and includes the interaction and synchronization of planetary waves, the interplay of individual monsoon branches around the globe, planetary-scale feedback cycles and their change during the season, notably when the system passes critical transitions and/or bears multiple solutions---or when it structurally degenerates into a kind of Southern Oscillation via torus wrinkling, close to monsoon retreat. In contrast to low-order models which are normally used for extensive attractor studies, this ICM bears about 4.000 formal degrees of freedom, two orders of magnitude above a higher-dimensional Lorenz model, for example, but another two orders beneath some lower bound of present-day GCMs, for which attractor studies are out of the question. A cautious step toward higher horizontal resolution is finally presented, and the existence of a slow (sub-)manifold in the real climate system is briefly addressed within the given context, when understanding the monsoon as pacemaker of the present-day climate regime on Earth.

How to cite: Carl, P.: Boreal summer monsoon: mechanisms in the back of topology, 13. Deutsche Klimatagung, Potsdam, Deutschland, 12–15 Mar 2024, DKT-13-21, https://doi.org/10.5194/dkt-13-21, 2024.