Wie gut stimmt der modellierte
Niederschlag des COSMO-CLM mit
Messungen an Klimastationen des DWD
überein?
Ralf Lindau
Uni Bonn
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Beobachtungsanzahl
Für einen 41-Jahres-Zeitraum (1960 – 2000)
werden Beobachtungen von Regenmessstationen
des DWD mit CLM-Ergebnissen verglichen.
Auf jedem 18 km X 18 km Gitterfeld liegen im
Durchschnitt 31.000 Beobachtungen des täglichen
Niederschlags vor. Das sind etwa 1-5 pro Tag und
Gitterfeld.
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Beobachtetes 41-Jahresmittel
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 785 mm/a
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
41-Jahresmittel im Modell
Im Model fällt in
Mitteleuropa 993 mm/a
Niederschlag (links).
Bildet man Datenpaare
und wertet das Modell
nur an Tagen und
Gitterpunkten aus, an
denen Beobachtungen
vorliegen, vermindert
sich der Niederschlag
auf 974 mm/a (rechts).
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Differenz Modell minus Beobachtung
Das Model überschätzt
den Regen im Mittel um
189 mm/a (26%) (links).
In Westdeutschland ist die
Überschätzung sehr
ungleichmäßig verteilt. In
Ostdeutschland beträgt
sie häufig etwa 50%.
(rechts)
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Häufigkeitsverteilung von Regenklassen
Das Modell regnet zu häufig.
+ Modell
0-9 Obse
Jede Regenklassenhäufigkeit
wird um 10 0.12, also etwa
30% überschätzt.
Kein Regen wird an 44% der
Tage beobachtet, im Modell
sind es lediglich 29%
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Korrekturfunktion
Mit der Methode gleicher Summenhäufigkeit
wird die pdf des Modells in die der
Beobachtungen überführt.
Durch die Transfer-Funktion (links) werden
sämtliche Modell-Regenraten vermindert.
99.94 – 100.07 mm/d  82.5 mm/d
2.95 - 3.06 mm/d 
0.00 – 0.45 mm/d 
2.0 mm/d
0.0 mm/d
Nach der Korrektur
stimmen die pdfs überein,
auch die Häufigkeit regenfreier Tage (rechts).
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Mittlerer Jahresgang des Modellbias
Lauf_1
Lauf_1
korrigiert
Lauf_2
Korrektur vermindert den Niederschlag in allen
Monaten etwa gleich.
Ist eine monatliche Korrekturfunktion (Febr. stark,
März schwach) notwendig?
Vergleiche Unterschiede zwischen den Monaten
eines Laufs mit den Unterschieden zwischen den
Läufen.
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Monatliche Korrektur notwendig?
Der Jahresgang erzeugt eine
Standardabweichung von 0.24 mm/d.
Die Standardabweichung der
Differerenz beider Läufe ist mit
0.26 mm/d vergleichbar.
Also ist der Jahresgang nicht
signifikant.
Mittelwert
mm/d
Stdabw.
mm/d
Lauf_1
0.537
0.237
Lauf_2
0.538
0.241
Lauf_1corr
0.006
0.200
Diff_1-2
0.001
0.264
rms
-
0.253
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Differenz Modell minus Beobachtung
Die Korrektur vermindert
den Regen auch räumlich
recht gleichmäßig.
Der Kontrast zwischen
Oberrheintal und
Schwarzwald bleibt z.B.
erhalten.
uncorrected
corrected
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Unkorrigiert minus korrigiert
Regionale Wirkung der
Korrektur ist sehr
gleichmäßig mit
etwa -190 mm/a (links).
Nur die sehr feine
Differenzierung zeigt,
dass die Korrektur
zwischen 120 mm/a
und 260 mm/a variiert
(rechts).
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Korrektur für jede Gitterbox notwendig?
Es bleibt also trotz
Korrektur bei großen
regionalen Differenzen
des Modells verglichen
mit den Beobachtungen
(links).
Die zeitliche Analogie
dieser räumlichen
Betrachtungsweise
war Jahresgang des
Biases nach Korrektur
(rechts).
Mithilfe einer 2. Modell-Realisation wurde der Jahresgang des Biases als zufällig entlarvt.
Ist auch die räumliche Streuung zufällig oder tritt ein ähnliches Muster im 2.Lauf auf?
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Korrekturen für zwei Modellläufe
Lauf_1
Lauf_2
Beide Läufe sind nahezu
identisch.
Obwohl beide Läufe
mit derselben Korrektur
verändert und mit
denselben Beobachtungen verglichen
werden.
Hat Herr Lindau sich
hier vertan?
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Unterschiede zweier Modellläufe
Lauf_1
Lauf_2
Auch die Original-Läufe
sind sehr ähnlich, aber
nicht gleich (links).
Differenz
Die Unterschiede
zwischen beiden
Läufen betragen
20 mm/a verglichen
mit 1000 mm/a für
die räumlichen
Differenzen. (Maß:
Stdabw.)
Das Muster des
Modellfehlers ist also
persistent und muss
korrigiert werden.
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Korrektur
Original Modell-Regen
Korrigierter Modell-Regen
Bias
Bias
Korrekturfunktion für jede Gitterbox
PDF
PDF
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Fehler der Korrektur
Lauf_1 minus Obs
Lauf_2 minus Obs
Korrektur basiert auf Lauf_1.
Abschätzung des Fehlers
der Korrektur durch
Anwendung auf Lauf_2.
Lauf_2 - Lauf_1
Bias :
Fehler des
Einzelpixels:
0.83 mm/a
2.57 mm/a
Bias :
Fehler des
Einzelpixels:
Räumliche Struktur des
Fehlers ähnlich der
Differenz der Läufe.
2.96 mm/a
23.78 mm/a
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Zukünftige Regenmengen
Änderung der Regenmenge A1B (2016 – 2025)
gegenüber C20 (1960 – 2000) (links).
Der Unterschied zwischen Lauf_1 und Lauf_2
ist in der gleichen Größenordung (unten).
Also herrscht 2020 noch
keine signifikante
Änderung im
Niederschlag
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Negative Regentrends im Modell
Lauf_1
Lauf_2
Die jährliche Regenmenge
für Deutschland sinkt im
Zeitraum 1960 - 2000
signifikant.
(in beiden Läufen,
korrigiert oder unkorriert)
 0.7774 0.3388
1.1626 0.3076
 0.6923 0.2947
1.0530 0.2662
Unkorrigiert
Klimaläufe:
Korrigiert
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Keine Regentrends beobachtet
Das Modell
erzeugt Trends,
die in den
Beobachtungen
nicht zu finden
sind.
Modell
Beobachtung
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009
Zusammenfassung
•
Verglichen mit Beobachtungen regnet es im Zeitraum 1960 bis 2000 im Klimamodell zu
häufig und zuviel.
•
Lösung: Die pdf des Modells wird für jeden Gitterpunkt in die der Beobachtungen
überführt.
•
Bis 2020 sind die prognostizierten Änderungen im Regen klein gegenüber dem Bias des
Modells und vergleichbar mit der Modellunsicherheit.
•
Im Zeitraum 1960 bis 2000 erzeugt das Klimamodell signifikante Trends im Niederschlag,
die in den Beobachtungen nicht zu finden sind. Sind prognostizierte Trends des
Klimamodells dann noch glaubwürdig?
8. Deutsche Klimatagung Bonn – 8. Oktober 2009

Lindau_8DKT_bonn