Das Verbundprojekt RESTER ("Strategien zur Reduzierung des Sturmschadenrisikos für Wälder") ist ein vom Land Baden-Württemberg gefördertes Projekt, das bis 2010 im Rahmen des Programms "Herausforderung Klimawandel" bearbeitet wurde. Ziel des Projekts ist es, Einflüsse und Auswirkungen des Klimawandels auf das regionale Sturmklima zu untersuchen.

Überblick

In dem Teilprojekt werden Ergebnisse der regionalen Klimamodelle REMO (Läufe im Auftrag des Umweltbundesamts) und CCLM (Konsortialläufe und eigene IMK-Läufe im Rahmen dieses Forschungsprogramms) statistisch ausgewertet. Die betrachteten Modellläufe wurden mit verschiedenen Realisierungen des globalen Modells ECHAM5 für die IPCC-Emissionsszenarien A1B, B1 und A2 angetrieben. Die räumliche Auflösung der Modelldaten reicht von 18 km bis 7 km. Mit Methoden der Extremwertstatistik werden für jeden Gitterpunkt im Modellgebiet Böengeschwindigkeiten als Funktion der Wahrscheinlichkeit bzw. Wiederkehrperiode bestimmt. Die für die Zukunft zu erwartenden Änderungen der Böengeschwindigkeiten berechnen sich dann aus der relativen Differenz zwischen einem Projektionszeitraum C20 (2021 - 2050) und einem Kontrollzeitraum PRO (1971 - 2000).

Validierung der Ergebnisse der regionalen Klimamodelle

Die Ergebnisse belegen, dass alle Klimamodelle prinzipiell in der Lage sind, Extremwerte mit geringen Auftretenswahrscheinlichkeiten und die daraus resultierende Schiefe der Verteilungsfunktion wiederzugeben. Im Kontrollzeitraum werden die Böengeschwindigkeiten allerdings in allen Modellen deutlich unterschätzt. Für eine Wiederkehrperiode beispielsweise von 10 Jahren sind diese um 10% (REMO) bis 30% (beide CCLM-Läufe) geringer im Vergleich zu Beobachtungen. Die Gründe hierfür liegen vor allem in der noch immer unzureichenden räumlichen Auflösung der regionalen Klimamodelle sowie in Schwächen der Böenparametrisierung. Die räumliche Verteilung der Geschwindigkeiten hingegen, insbesondere die erhöhten Werte über den Mittelgebirgen, den Alpen sowie über dem Meer, wird gut wiedergegeben. Als Klimaänderungssignal werden daher nur relative Differenzen zwischen zwei Zeitperioden betrachtet, so dass sich die systematischen Fehler gegenseitig aufheben.

Böengeschwindigkeiten für eine Wiederkehrperiode von 10 Jahren nach der CEDIM Windgefährdungskarte und den REMO-Simulationen mit einer Auflösung von 1 km x 1 km bzw. 10 km x 10 km. Die unterschiedlichen Farbskalen sind zu beachten.
 

Zukunftsprojektionen des Sturmklimas

Beim Vergleich der Böengeschwindigkeiten zwischen Projektions- und Kontrollperiode zeigen sich erhebliche Unterschiede zwischen den einzelnen Modellläufen. Die Ergebnisse sind dabei vor allem durch das antreibende globale Modell bzw. deren Realisierung und, in geringerer Weise, durch das jeweilige Emissionsszenario bestimmt. Während fast alle Modelle über Norddeutschland eine Zunahme erwarten, ergeben sich sowohl für die Mitte als auch für den Süden Deutschlands keine einheitlichen Änderungssignale. Die beobachteten Unterschiede in den Ergebnissen der einzelnen Modellläufe belegen, dass es bei der Bestimmung von Klimaänderungssignalen nicht sinnvoll ist, nur ein einzelnes Modell zu betrachten. Vielmehr sollte die Vielzahl möglicher Realisierungen des zukünftigen Klimas durch eine möglichst hohe Anzahl verschiedener Modellläufe berücksichtigt werden. Ein solches Ensemble ermöglicht es auch, die Robustheit der Änderungssignale und deren Wahrscheinlichkeit zu bestimmen. Aus den verfügbaren hoch aufgelösten regionalen Klimamodellen mit einer Auflösung unter 20 km wurde daher ein Ensemble gebildet, das sowohl verschiedene Emissionsszenarien, verschiedene regionale Modelle als auch verschiedene Realisierungen des globalen Modells umfasst. Damit deckt dieses Ensemble eine große Bandbreite möglicher Realisierungen ab. Es lassen sich zwei größere zusammenhängende Gebiete identifizieren, bei denen die Mehrzahl der betrachteten Modellläufe verhältnismäßig gut übereinstimmen. Über Nordwestdeutschland ist demzufolge mit einer Zunahme der Böengeschwindigkeit zwischen 2% und 8% (Ensemblemittel) für eine Wiederkehrperiode von 10 Jahren zu rechnen. Die Wahrscheinlichkeit für diese Zunahme ist über 85%.

Boxplots der relativen Änderungen der Böengeschwindigkeit zwischen PRO und C20 für eine Wiederkehrperiode von 10 Jahren nach den sieben regionalen Modelle. In die Analyse fließen nur Gitterpunkte zwischen 47° N - 55° N und 5,5° O - 15,5° O ein.

Relative Änderung der Böengeschwindigkeiten aus einem Ensemble sieben regionaler Klimamodelle zwischen C20 und PRO für eine Wiederkehrperiode von 10 Jahren (a) und Anzahl der Modellläufe (insgesamt 9), die eine Zunahme der Böengeschwindigkeit projizieren (b).
 

Regionales Sturmklima Baden-Württemberg

Für Baden-Württemberg zeigt das Ergebnis der Klimarechnungen eine geringfügige Abnahme der Böengeschwindigkeit für schadenrelevante und damit selten auftretende Winterstürme. Nach dem Ensemblemittel beträgt die Änderung der 10-jährlichen Böengeschwindigkeit zwischen -4% und +2,5% mit einem Median von -2%. Lediglich rund 10% der Gitterpunkte, die auf Bereiche des Rheintals und des nordöstlichen Ufers des Bodensees beschränkt sind, zeigen eine geringe Zunahme. Über allen übrigen Landesteilen ist eine geringe Abnahme der Böengeschwindigkeit zu erwarten. Dieses Ergebnis kann insofern als verhältnismäßig robust betrachtet werden, als dass die Standardabweichung des Ensembles, also die Streuung der einzelnen Modellläufe, geringer ist als die relativen Änderungen. Außerdem wird die Abnahme der Böengeschwindigkeit über den nördlichen Landesteilen von 7 bzw. 8 der hier insgesamt 9 verfügbaren Modellläufe bestätigt. Unter der Annahme, dass jede Realisierung eines Modells gleich wahrscheinlich ist, ergibt sich damit eine Wahrscheinlichkeit zwischen 80 und 90% für eine Abnahme der Geschwindigkeit. Über den südlichen Landesteilen ist das Ergebnis etwas weniger robust. Hier zeigen zwischen 5 und 7 Modellläufe eine Abnahme an, was einer Wahrscheinlichkeit zwischen 55% und 80% entspricht.

Veröffentlichungen

Mayer, H., Schindler, D., Kunz, M., Ruck, B., 2010: Strategien zur Reduzierung des Sturmschadensrisikos für Wälder (Verbundprojekt RESTER), Programm Herausforderung Klimawandel Baden-Württemberg, Berichte des Meteorologischen Instituts der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Nr. 21, 148 S.

Mohr, S., 2008: Änderungen der Häufigkeit und Intensität von Winterstürmen in Deutschland auf Grundlage regionaler Klimasituationen. Diplomarbeit, Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO), KIT, 97 S.

Kunz, M., S. Mohr, M. Rauthe, R. Lux, and Ch. Kottmeier, 2010: Assessment of Extreme Wind Speeds from Regional Climate Models. Part I: Estimate of Return Values and their Evaluation. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 10, 907-922, DOI: www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/10/907/2010/.

Rauthe, M., M. Kunz and Ch. Kottmeier, 2010: Changes in storm climatology over Central Europe derived from a small ensemble of high resolution regional climate models. Met. Z., 19, 299-312, DOI:10.1127/0941-2984/210/0350.