Projektbeschreibung

(A) Modul KLIMA

Das KLIMA Modul wird hochaufgelöste Klimadaten in 12km Auflösung (stündlich für Niederschlag, 3-stündlich für viele weitere Variablen) des kanadischen regionalen Klimamodells (CRCM5; Martynov et al. 2013, Separovic et al. 2013) für zwei begrenzte Domänen bereitstellen.

  • Zentraleuropa

  • Nordöstliches Nordamerika

CRCM5 topography [in meters] from a computational domain of 380x380 grid points centered on Bavaria (left) and Québec (right). The red box indicates the free domain (340x340 pixels), and the green domain (280x280) is used for analysis.

Das regionale Modell CRCM5 wird von 50 ‘Membern’ des Canadian Earth System Model (CanESM2; Fyfe et al. 2017) in folgender Weise angetrieben (Leduc et al.2016):

Der Aufbau des CanESM2-LE (large ensemble) bei einer Auflösung von 2,8 Grad ist folgendermaßen aufgebaut:

  • 1850 control: CMIP5 “piControl” Simulation (1000 Jahre)

  • 1850-1950: 5 CMIP5 “historical” Simulationen mittels CMIP5 Antrieb

  • 1950-2005: 50 zusätzliche 1950 gestartete CMIP5 'historical ensemble member'. Mit Hilfe einer kleinen zufälligen Perturbation werden im Jahr 1950 je 10 neue CMIP5 'historical' Simulationen von jeder der 5 originalen 'historical' Simulationen gestartet.

  • 2006-2100: 50 CMIP5 Zukunftssimulationen auf Basis des IPCC-Szenarios RCP8.5 (representative concentration pathway)

Jeder der fünf Läufe von 1850-1950 nimmt die Initialisierungsbedingungen für sein Jahr 1850 aus 50-Jahr Perioden einer vorindustriellen Kontrollsimulation, die im Gleichgewicht ist. Mit einer konstanten, atmosphärischen CO2 Konzentration von 284,7 ppm hat diese Kontrollsimulation ein stabiles Klima. Für den historischen Zeitraum bis 2005 werden gemessene Emissionen (CO2 und andere Treibhausgase, Aerosole und Landnutzungen) sowie bekannte Vulkanausbrüche und Antriebe aus Solarzyklen verwendet. Von 2006 bis 2100 ist jeder Modelllauf eine Fortsetzung eines der fünf historischen Läufe, und verwendet den Antrieb des RCP 8.5 Szenarios. Diese Zukunftssimulationen verwenden einen solaren Antrieb, der in etwa einer Wiederholung des letzten Solarzyklus vor 2006 entspricht, jedoch ohne dabei Vulkanausbrüche zu berücksichtigen. Damit werden 50 gleich wahrscheinliche 150-Jahr-Läufe (1950-2100) erzeugt, die in einer künstlichen Zeitreihe von 50×150=7500 Jahren modelliertem Klima in den Domänen resultieren. Das versetzt die Projektpartner in die Lage seltene Ereignisse zu erfassen – und dadurch Extremereignisse und natürliche Variabilität mit probabilistischen Methoden zu untersuchen. Zusätzlich könnte sich mit diesem großen Ensemble auch das Prozessverständnis verbessern.

Einen Überblick über die wichtigsten Grundlagenergebnisse der Klimaprojektionen gibt Leduc et al. (2019).

Short-term climate change projections (2020–39 vs 2000–19) for mean December precipitation from the ensemble members 1–24 over the (top four rows) EU and (bottom four rows) NNA domains (from Leduc et al. 2019).

Des Weiteren wird für die bayerische Domäne ein neu entwickelter klimatologischer Referenzdatensatz mit hoher zeitlicher (1-3h) und räumlicher (500m) Auflösung aus Stationsdaten abgeleitet. Die neue Methodik nutzt die ‘method of fragments’ (MOF) zur Disaggregierung täglicher in subtägliche Daten und ist genauer im prämierten Poster  von Wood /Willkofer et. al. (2016) beschrieben.

Das Video zeigt den Effekt des downscalings von der GCM auf die RCM Skala:

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WIR DANKEN

Das CRCM5 wurde vom ESCER centre der Universite du Quebec a Montreal (UQAM; www.escer.uqam.ca) in Kollaboration mit Environment and Climate Change Canada entwickelt. Wir danken Environment and Climate Change Canada’s Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis für die Ausführung und das Bereitstellen der in diesem Projekt verwendeten CanESM2 Large Ensemble Simulationen und dem Canadian Sea Ice and Snow Evolution Network für das Beantragen der Simulationen. Die Berechnungen des CRCM5 für das ClimEx Projekt wurden auf dem SuperMUC des Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt. Der Betrieb dieses Supercomputers wird vom Gauss Centre for Supercomputing (GCS) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie des Bayerischen Staatsministeriums für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst finanziert.
Diese Arbeit wurde innerhalb des ClimEx Projekts vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert.

REFERENCES

  • Leduc M, Mailhot A, Frigon A, Martel J-L, Ludwig R, Brietzke GB, Giguére M, Brissette F, Turcotte R, Braun M, Scinocca J (2019) ClimEx project: a 50-member ensemble of climate change projections at 12-km resolution over Europe and northeastern North America with the Canadian Regional Climate Model (CRCM5). Journal of Applied Meteorology and Climatology. doi: 10.1175/JAMC-D-18-0021.1
  • Leduc, M, M Giguère, R Ludwig, A Frigon, M Braun, J Schmid, L Sushama, J Scinocca, GB Brietzke, H Komischke. 2016. The ClimEx Project: Dynamical downscaling of a GCM large ensemble at very high resolution for Bavaria and Quebec. International Conference on Regional Climate-CORDEX, Stockholm, 17-20 May 2016. Poster.
  • Martynov A, R Laprise, L Sushama, K Winger, L Separovic, B Dugas. 2013. Reanalysis-driven climate simulation over CORDEX North America domain using the Canadian Regional Climate Model, version 5: model performance evaluation. Clim Dyn 41:2973-3005. DOI 10.1007/s00382-013-1778-9.
  • Separovic L, A Alexandru, R Laprise, A Martynov, L Sushama, K Winger, K Tete, M Valin. 2013. Present climate and climate change over North America as simulated by the fifth-generation Canadian regional climate model. Clim Dyn 41:3167-3201. DOI 10.1007/s00382-013-1737-5.
  • Fyfe, J.C., C. Derksen, L. Mudryk, G.M. Flato, B.D. Sante3, N.C. Swart, N.P. Molotch, X. Zhang, H. Wan, V.K. Arora, J. Scinocca, Y. Jiao, 2017: Large near-term projected snowpack loss over the western United States. Nature Communications, 8:14996. DOI: 10.1038/ncomms14996.