Konvektive Extremereignisse-

eine Herausforderung für die Regionale Klimamodellierung

Prof. Dr. Daniela Jacob Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

Professor II, Universität Bergen, Norwegen

Inhalt

• Motivation

• Methoden und Ergebnisse

• Zusammenfassung und Ausblick

http://www.observatory.ph/resources/trg/mo_trg_rainfall.gif

http://www.typhoonondoy.org/

Thanks to Armelle Remedio

Impact:• Around Rs 10,000 crores (~160 billion Euro) estimated loss in the

Mumbai with loss of nearly 100 life's (media report).• No electricity in certain areas of Mumbai city for up to five days.• One million people rendered homeless. • About 1100 flights cancelled and airport closed for two days.• Five million mobile and land lines crashed.• Train services to and from Mumbai were cancelled for more than a

week including local train services (called life line of Mumbai carrying 4.5 million passengers daily)

1. Location: Santacruz, Mumbai, west coast of India (18.52N, 72.52E)

2. Population: 17.7 million in 2001 most populated city in India, and fourth most populated city in the world.

3. Event Spatial Scale: ~30 Km

4. Event Date: 26 July 2005

5. Event Duration: 1 Day with maximum rainfall in Afternoon

6. Amount of Rainfall: 94.4 cm (climatological mean ~ 20 cm /day)

Example of mesoscale convective event

Thanks to Dr. Pankaj Kumar

Figure: Daily rainfall over Santacruz, Mumbai India during June to August 2005

Thanks to Dr. Pankaj Kumar

Klimaelement Frühling Sommer Herbst Winter Jahr

Temperatur, 1901 - 2000 + 0,8 °C + 1,0 °C + 1,1 °C + 0,8 °C + 1,0 °C

1981 - 2000 + 1,3 °C + 0,7 °C - 0,1 °C + 2,3 °C + 1,1 °C

Niederschlag, 1901 - 2000 + 13 % - 3 % + 9 % + 19 % + 9 %

1971 - 2000 + 13 % + 4 % + 14 % + 34 % + 16 %

Quellen: Rapp, 2000; Schönwiese, 2003; ergänzt

Beobachtete Klimatrends in Deutschland

10 wärmsten Jahre in D seit 1901 (Quelle DWD):

2000, 2007, 1994, 1934, 2002, 2008, 2006, 1990, 1999, 1989

….und wie ändern sich die Starkniederschläge?

• Jahrhunderthochwasser in Rhein und Mosel, Dez. 1993Jahrhunderthochwasser in Rhein und Mosel, Dez. 1993

• Jahrhunderthochwasser in Rhein und Mosel, Jan. 1995Jahrhunderthochwasser in Rhein und Mosel, Jan. 1995

• Jahrhunderthochwasser in der Oder, Juli 1997Jahrhunderthochwasser in der Oder, Juli 1997

• Hochwasser in der Donau und Lake Constance, Mai 1999Hochwasser in der Donau und Lake Constance, Mai 1999

• Ausgedehnte und lang anhaltende Überschwemmungen in Ausgedehnte und lang anhaltende Überschwemmungen in Westeuropa, bes. in Südengland und Wales, Herbst 2000Westeuropa, bes. in Südengland und Wales, Herbst 2000

• Hochwasser in der Vistula, Juli 2001 Hochwasser in der Vistula, Juli 2001

• Hochwasser in der Donau, August 2002Hochwasser in der Donau, August 2002

• Jahrhunderthochwasser in der Elbe, August 2002Jahrhunderthochwasser in der Elbe, August 2002

• Extreme Niederschläge und Überschwemmungen in Südfrankreich, Extreme Niederschläge und Überschwemmungen in Südfrankreich, Sept. 2002Sept. 2002

• Schwere Überschwemmungen entlang einiger deutscher Flüsse, Jan. Schwere Überschwemmungen entlang einiger deutscher Flüsse, Jan. 20032003

source: Spiegel Nr. 7 2003; Quarterly report of the DWD, special topic July 2003source: Spiegel Nr. 7 2003; Quarterly report of the DWD, special topic July 2003

Dresden, August 2002

Häufigkeit der Tagesniederschläge in Klassen in Baden-Württemberg von 1971 - 2000

aus Feldmann, Früh, Schädler, Panitz, Keuler, Jacob, Lorenz, MZ Vol. 17, No. 4, 455-465 (2008)

Anteil der Niederschlagsklassen am Gesamtniederschlagin Baden-Württemberg von 1971 - 2000

aus Feldmann, Früh, Schädler, Panitz, Keuler, Jacob, Lorenz, MZ Vol. 17, No. 4, 455-465 (2008)

Methode

• Berechnung der Vergangenheit

und

Vergleich mit Beobachtungen

Güte des Modells (Alpenniederschlag)

• Zukunftsszenarien

(Global, Europa und Deutschland)

Temperatur-änderung

Mitte des JH

Niederschlags-änderung

Mitte des JH

Mittel-Europa, del T für 2021-2050

GCMs in blau

Mittel-Europa, del P für 2021-2050

GCMs in blau

Niederschlags- [%] und Temperaturänderung [°C] 2071-2100 zu 1961-1990

Niederschlagsänderungen (%)

für 2071-2100 im Vergleich zu 1961-1990

A1B A2B1

Änderung der Starkniederschläge (mm/d)

A1B Magdeburg: Gumbel-Verteilung

Januar

Juli

Monatsniederschlagssumme [mm/Monat] 1950-2099:

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

mm/Monat

pdf [

(mm

/Mon

at)-1

]

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

mm/Monat

pdf [

(mm

/Mon

at)-

1]

Juli 1950 Juli 2099

19502099

19502099

Winter: PDF Heute und Ende des 21.Jh.

Winter: Niederschlags-Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0-0.1 0.1-1 1-2 2-3 3-5 5-7.5 7.5-10 10-15 15-20 20-25 25-50 50-100 100-

Niederschlagsintensität

Wah

rsch

einl

ichk

eit

___

1951-2000 2051-2100

Zunahme

C20 A1B - C20 B1 - C20 A2 - C20

Absolutes

Temperaturmaximum 36,3 4,0 3,2 6,5

Hunmindex (Sommer; JJA)

26,6 2,3 1,6 2,3

Frosttage/Jahr

45,3 -33,1 -24,9 -32,0

Gradtagszahl

3788,0 -1068,3 -727,37 -1026,6

Größte 5-Tages-

Niederschlagssumme / Jahr 73,8 5,8 4,5 5,8

Größte 1-Tages-

Niederschlagssumme / Jahr 40,1 7,7 5,6 7,0

Precipitation Intensities

0

5

10

15

20

25

30

35

0-1 1-2 2-3 3-5 5-10 10-20 20-30 >30

class in mm/day

%

ECHAM C20 ECHAM A1B REMO C20 REMO A1B

Extreme Events in the A1B Scenario

1961-1990 2061-2090

Ist dies ein robustes Verhalten?

Zusammenfassung und Ausblick

• konvektive Extremereignisse richten weltweit Schäden an

• sie haben sehr unterschiedliche Ausdehnungen und Stärken

• sie können grob modelliert werden, aber sehr feine Gitterauflösungen in den Modellen sind notwendig und viele Details fehlen noch (Boen, Hagel )

• Kombinationen von meteorologischen Parametern können Situationen dramatisch verschärfen

• es gibt erste Signale, dass sich diese extremen konvektiven Ereignisse im Sommer und im Winter verstärken (in Intensität und Häufigkeit)