Klimawandel in der Metropolregion

Die Metropolregion

 

Im Herzen Europas, zentral in Deutschland, liegt die im Jahr 2005 von der Ministerkonferenz für Raumordnung anerkannte Metropolregion Hannover, Braunschweig, Göttingen und Wolfsburg. Rund 4 Millionen Einwohner, eine moderne industrielle Basis und eine exzellente Wissenschaftslandschaft kennzeichnen die Region. Unproduktive Konkurrenzen sollen überwunden  und neue Kooperationen von Wirtschaft und Wissenschaft entwickelt werden. Der Auftrag: Eine Metropolregion mit Zukunft: Weltoffen und innovativ vernetzt. » metropolregion.de

Datengrundlage

FE1-Multimodell-Mittel

Die Grundlage für die Analyse der Klimaänderungen in der Metropolregion Hannover- Braunschweig- Göttingen- Wolfsburg bilden die regionalen Klimaprojektionen des CLM. Das CLM ist ein nicht-hydrostatisches Modell mit einer horizontalen Auflösung von 0.2°, welches in unseren Breiten in etwa 14 km x 20 km entspricht. Das CLM ist in das globale Zirkulationsmodell ECHAM5 eingebettet und übernimmt somit dessen Randbedingungen. Betrachtet wird das SRES-Szenario A1B, welches in der IPCC Modellgeschichte ein mittleres Szenario darstellt. Die Weltbevölkerung wird nach diesem Szenario bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts ansteigen und danach wieder abnehmen. Ähnlich verhält es sich mit der CO2-Emission, wobei bis zum Ende des 21. Jahrhunderts nur mit einem leichten Rückgang gerechnet wird. Dies bedeutet für das Szenario A1B im globalen Mittel eine Erwärmung der Erdoberfläche um 2,8 K bis zum Ende des Jahrhunderts mit einer möglichen Bandbreite von +1.6 bis 4.4 K, welches in der Abbildung 1 veranschaulicht ist.

Für die Darstellung der Klimaprojektionen wurde ein mittelfristiger Zeitraum, 2021-2050, und ein langfristiger Zeitraum, 2071-2100, gewählt. Als Referenzzeitraum dient die Periode 1961-1990. Es gilt zu beachten, dass für diesen Zeitraum nicht die Beobachtungsdaten, sondern die mit dem CLM berechneten Daten herangezogen werden, um die Konsistenz der Daten zu gewährleisten.

Zielsetzung

Aufgrund der noch relativ groben Auflösung des CLM lassen sich lokalspezifische Phänomene, wie z.B. die regional variierende Niederschlagsmenge durch die Orographie oder die Temperaturverteilung durch unterschiedliche Landnutzungen nur unzureichend darstellen, so dass in einem weiteren Schritt eine kleinskalige Regionalisierung mit dem mesoskaligen Modell FITNAH durchgeführt wurde. Diese Regionalisierung auf 1 km x 1 km ist für weiterführende Fragestellungen in den anderen Teilprojekten wie z.B. für die Untersuchungen eines Klimawandels hinsichtlich der Beregnungsmenge bei Feldberegnung oder das Auffüllen des Grundwasserkörpers für die Trinkwassergewinnung von besonderer Relevanz.

 

Berechnung der regionalen Klimaparameter mit FITNAH:

 

Während das CLM die grobe Verteilung der Temperatur beschreibt, ist FITNAH in der Lage eine deutlich verbesserte räumliche Struktur, die von Orographie und Landnutzung geprägt ist, zu berechnen, welches in der Abbildung 1 verdeutlicht wird. Für die Darstellung der Klimaprojektionen wurde ein mittelfristiger Zeitraum, 2021-2050, und ein langfristiger Zeitraum, 2071-2100, gewählt. Als Referenzzeitraum dient die Periode 1961-1990. Es gilt zu beachten, dass für diesen Zeitraum nicht die Beobachtungsdaten, sondern die mit dem CLM berechneten Daten herangezogen werden, um die Konsistenz der Daten zu gewährleisten.

FE1-FITNAH_RasterFE1-CLM_Raster

Simulationen zum Klimawandel
Werkstattberichte

In den Werkstattberichten sind Forschungsergebnisse zu den folgenden Themen für die Metropolregion Hannover-Braunschweig-Göttingen zusammengetragen.

  • Extremereignisse (siehe unten)
  • Vegetationsperiode (siehe unten)
  • Modellvergleich für Hannover (siehe unten)

 

In den Werkstattberichten zu den Extremereignissen und der Vegetationsperiode werden für die Regionen Göttingen, Hildesheim und Uetze / Celle vergleichende Analysen durchgeführt.

Ein Vergleich der Klimasimulationsergebnisse verschiedener Regionalisierungsverfahren wurde am Beispiel von Hannover realisiert. Hier zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Regionalisierungsmethoden.

In dem Werkstattbericht zu den Unsicherheiten soll für die Möglichkeiten und Grenzen globaler und regionaler Klimamodellierung sensibilisiert werden.

Beim Vergleich unterschiedlicher Referenzperioden am Beispiel der Station Hannover wurde untersucht, inwiefern die im Rahmen der „Simulationen zum Klimawandel“ verwendete Referenzperiode von 1961-1990 noch aktuell ist. Der Zeitraum 1961-1990 gehört zu den sogenannten CLINO-Perioden (climate normal – Klimanormalwert). Sie umfassen nach der Festlegung der WMO 30 Jahre, um repräsentative Abschnitte wiederzugeben, in denen Extremereignisse einzelner Jahre einen nicht allzu großen Einfluss nehmen. Diese Perioden dienen nun dazu, aktuelle Werte und mit Hilfe von Klimamodellen berechnete zukünftige Klimaentwicklungen in einen Bezug zu setzen und eventuelle Trends darzustellen. Die Messdaten von 1936-2009 belegen, dass sich bereits im 20. Jahrhundert ein Trend zu höheren Jahresmitteltemperaturen abzeichnet. Zudem haben sich auch die Sommer- und Winterniederschläge seit 1936, und verstärkt seit 1990, verändert. In der Untersuchung wird ebenfalls der Einfluss unterschiedlich langer Mittelungszeiträume von 10, 20 und 30 Jahren untersucht.

Der Endbericht des Teilprojekts 1 „Lokaler Klimawandel“ gibt einen umfassenden Überblick über die Forschungsergebnisse des Teilprojekts. Neben der Analyse des Klimawandels in der Metropolregion und den Auswirkungen auf die Landwirtschaft wurde auch eine Validierung der Daten durchgeführt. Dabei wurden die CLM-Daten mit den Beobachtungsdaten des DWD verglichen. Zudem wurde ein Vergleich mit anderen regionalen Klimamodellen, wie REMO und WETTREG durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Unsicherheiten der regionalen Klimamodellierung untersucht.

Extremereignisse

Innerhalb der Metropolregion Hannover Braunschweig Göttingen Wolfsburg wurden weiterführende Untersuchungen in den folgenden drei Vertiefungsregionen durchgeführt:

  • Uetze / Celle
  • Hildesheim
  • Göttingen

Extremereignisse sind hier definiert als Ereignisse, die einen bestimmten Schwellenwert über- bzw. unterschreiten und durch die Häufigkeit ihres Auftretens bzw. ihre Andauer zu ökologischen, aber auch zu gesundheitlichen Problemen führen können.

Für die Parameter

sind die Arbeitsergebnisse in Form von Werkstattberichten dargestellt. Sie stellen einen Auszug aus der aktuellen Forschungstätigkeit dar. Es handelt sich hierbei hauptsächlich um Trendanalysen, die in Form von jährlichen Zeitreihen dargestellt sind. Es wurden aber auch saisonale Betrachtungen durchgeführt, wie beispielsweise für die Andauer von Trockenperioden.

Vegetationsperiode
 

Innerhalb der Metropolregion Hannover Braunschweig Göttingen Wolfsburg wurden, basierend auf den CLM-Simulationsergebnissen, Untersuchungen zur Vegetationsperiode in den folgenden drei Vertiefungsregionen durchgeführt:

  • Uetze / Celle
  • Hildesheim
  • Göttingen

Die Vegetationsperiode ist hier definiert als der erste Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Schwellenwertes. Hier wurden 5°C, 10°C und 12°C betrachtet. Dies sagt jedoch nichts darüber aus, ob auch noch nach Einsetzen der Vegetationsperiode Frostereignisse auftreten können. Daher wurden ebenfalls Spätfröste im Frühjahr und Frühfröste im Herbst untersucht.

Es zeigt sich in allen drei Untersuchungsgebieten eine deutliche Verlängerung der Vegetationsperiode um einen Monat im Zeitraum 2071-2100 im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990. Dabei kommt es gleichermaßen zu einer Verfrühung des Vegetationsbeginns wie auch zu einem späteren Ende der Vegetationsperiode. 

Die Gefahr von Spätfrösten im Frühjahr bleibt jedoch auch weiterhin bestehen.

Die Analyse der Vegetationsperiode in den drei Vertiefungsräumen kann hier heruntergeladen werden. Der vorliegende Werkstattbericht ist dabei ebenfalls als ein Zwischenarbeitsergebnis zu verstehen.

Modellvergleich für Hannover

Für Deutschland stehen im Wesentlichen vier verschiedene Regionalmodelle zur Verfügung: CLM, REMO, STAR II und WETTREG. Diese finden in den nachfolgend dargestellten Auswertungen Verwendung. Grundsätzlich wird zwischen dynamischen und statistischen Regionalisierungsverfahren unterschieden. Wie bereits im Werkstattbericht zu den Unsicherheiten der Klimamodellierung erwähnt, beeinflusst auch die Wahl des regionalen Klimamodells die Klimasimulationsergebnisse. Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Regionalmodellen zeigen somit die Spannbreite der möglichen Klimaänderung auf. 

Für die Station Hannover wurden vergleichende Analysen zu folgenden Parametern durchgeführt:

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