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Neue Studie: Relevanz von Klimamodellen für Windanalyse

Veränderungen der Windgeschwindigkeiten über Nordeuropa in den Wintermonaten gehen einher mit der Dynamik großskaliger Klimafaktoren wie der bodennahen Temperatur und der Nordatlantischen Oszillation (NAO). Die Intensität der jeweiligen Korrelationen untereinander hängt allerdings wesentlich von den Anfangs- und Randbedingungen des jeweils verwendeten Klimamodells ab. Zu dem Schluss kommt Dr. Svenja Bierstedt aus der Abteilung „Einflüsse und Auswirkungen auf Küstengebiete“. Die Meteorologin hat in ihrer Studie Simulationen mit verschiedenen Global- und Regionalmodellen sowie Reanalysedaten (basierend auf Messwerten) verglichen.

Die betrachteten Zeiträume in den Modellrechnungen umfassen mehrere hundert Jahre zurück bis heute. Belastbare Reanalysedaten, in dieser Studie von NCEP und coastDat2, liegen für die letzten etwa 60 Jahre vor. Die verwendeten Gobalmodelle ECHO-G, ECHAM5 und ECHAM6 sind – anders als die angewandten Regionalmodelle – jeweils gekoppelte Atmosphären- und Ozeanmodelle. Die damit durchgeführten Simulationen liefern überwiegend ähnliche Ergebnisse. Ein Beispiel: Zwischen der mittleren bodennahen Temperatur und einer statistisch relevanten Datenauswahl für die Windgeschwindigkeit zeigen einige Simulationen positive Korrelationen. Demzufolge nimmt bei höherer Temperatur in Bodennähe die mittlere Windgeschwindigkeit in europäischen Wintermonaten zu.

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Korrelation zwischen der mittleren bodennahen Temperatur Tmean und dem Median der Windgeschwindigkeit ffmed für die Wintermonate Dezember, Januar und Februar. Positive Werte (rot) bedeuten eine Zunahme von Tmean bei Zunahme von ffmed. Links dargestellt sind Outputs der Regionalmodelle (oben: CCLM, unten: MM5), rechts die Outputs der Globalmodelle (oben: ECHAM5, unten: ECHO-G). Die Ergebnisse der Simulationen zwischen Regional- und Globalmodellen sind teils sehr verschieden.

Hingegen liefern die Simulationen mit den verwendeten Regionalmodellen CCLM und MM5 zwar untereinander ähnliche Ergebnisse, unterscheiden sich aber von denen, die mit den Globalmodellen ECHO-G und ECHAM5 gerechnet wurden. Letztere liefern relevante Eingabedaten, die in die höher aufgelösten Regionalmodelle integriert werden. Von daher überrasche es besonders, dass die Resultate zwischen den regionalen und globalen Modellen so verschieden seien, meint Svenja Bierstedt. So zeigen die Simulationen von CCLM und MM5 eine Tendenz hin zu höheren Windgeschwindigkeiten bei niedrigeren Temperaturen. Oder einfacher: Wird es kälter, wird es im Durchschnitt auch windiger.

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Vergleich zwischen Landnutzungsänderungen und Modifikation der Windgeschwindigkeit zwischen 850 und 2005. Schwarz: Entwicklung des Baumbestands, gemittelt über das gesamte Modellgebiet (nach Pongratz et al., 2008). Blau: Standardabweichung (mal -1) des 30-jährigen laufenden Mittels der Windgeschwindigkeit mit dem Globalmodell ECHAM6.

„Ein Grund für die unterschiedlichen Ergebnisse können verschiedene Antriebe sein“, so Svenja Bierstedt. Dazu gehörten beispielsweise Landnutzungsänderungen. Sie sind in die neueren Versionen der hier verwendeten Globalmodelle bereits integriert. Solche Modifikationen wie beispielsweise Baumabholzungen oder Besiedlungen ziehen veränderte Oberflächeneigenschaften nach sich, die lokale Auswirkungen auf Klimaparameter wie Temperatur oder Windgeschwindigkeit haben können.

Simulationen mit den verwendeten Reanalysedaten liefern ähnliche Ergebnisse wie die der Globalmodelle. Insgesamt stehen aber die Unsicherheiten durch die breit gefächerten Resultate im Mittelpunkt. Demnach müssten besonders die Wechselwirkungen und Beziehungen zwischen den klein- und großskaligen Parametern und Einflüssen ausführlicher untersucht werden.

An der Ausarbeitung waren neben Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) auch Forscher vom Physikalischen Institut und Oeschger-Zentrum für Klimaforschung (OCCR) in Bern beteiligt. Die Studie erschien vor kurzem im Open Access-Journal „Climate of the Past“.

Weiterführende Informationen:

Abstract in "Climate of the Past" Vollständige Publikation in "Climate of the Past" (pdf) Poster zur Studie (pdf) (490 KB)Arbeitsgruppe „Einflüsse und Auswirkungen auf Küstengebiete“

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