Temperatur

Zunächst wird der Vergleich zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen (WETTREG, REMO und CCLM) für den Zeitraum 1971 – 2000 gezeigt. Die Punkte in den Karten zeigen die Positionen der verwendeten Stationen (Beobachtung und WETTREG) oder Gitterpunkte (REMO und CCLM) an.

Jahresmitteltemperatur

Die Darstellung der Jahresmitteltemperatur durch das WETTREG-Modell zeigt sehr ähnliche Werte und Strukturen wie die Karte der Beobachtungen. Dies ist durch das Verfahren zu erwarten. Die Regionen in Hessen mit der geringsten mittleren Temperatur (ca. 6 – 7°C) finden sich auf dem Vogelsberg, dem Kellerwald, dem Taunus und in der Rhön. Am wärmsten ist es im Mittel mit 10 – 11°C an Rhein und Main.

Das Modell REMO zeigt eine systematische Überschätzung der Temperatur in fast allen Gebieten von teilweise über 1°C. Es bildet aber die räumliche Struktur in erster Näherung ab, mit Maximalwerten an Rhein und Main und Minima am Vogelsberg und in der Rhön. Das Minimum im Kellerwald wird nicht wiedergegeben, wohl aber das Minimum im Rothaargebirge. Die systematische Abweichung (sog. Bias) ist eine bekannte Schwäche des REMO-Modells. Da der Fehler systematisch ist (d. h. immer und quasi überall in ungefähr gleicher Größe auftritt), lässt er sich mit einem einfachen Ansatz (überwiegend) eliminieren, indem die simulierten Änderungen nicht als Absolutwerte betrachtet werden, sondern nur der Unterschied zwischen zwei verschiedenen Zeitpunkten in der Simulation analysiert wird. Da der Fehler immer ungefähr gleich bleibt, wird er auf diese Weise heraus subtrahiert.

Das Modell CCLM zeigt eine leichte Unterschätzung der gemittelten Temperatur über ganz Hessen. Es bildet die Minima im Rothaargebirge und in der Rhön ab. Die Minima im Kellerwald und am Vogelsberg können von dem Modell wegen der groben Auflösung nicht dargestellt werden. Das Maximum an Rhein und Main wird zu schwach wiedergegeben, was zu der Unterschätzung der Mitteltemperatur führt.

Im Folgenden werden die simulierten Änderungen im Vergleich zur simulierten Referenzperiode (1971 – 2000) für die einzelnen Modelle gezeigt und zwar für die Mitte und das Ende des 21. Jahrhunderts. Für das Modell CCLM liegen nur Simulationen für die Szenarien A1B und B1 vor, nicht jedoch für das Szenario A2.

Die Zunahme der Jahresmitteltemperatur für den Zeitraum 2031 – 2060 im Vergleich zu 1971 – 2000 beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	1,2°C	1,3°C	1,3°C
A2	1,3°C	1,4°C	-
B1	0,8°C	0,7°C	0,8°C

Alle drei Modelle zeigen übereinstimmend eine stärkere Erwärmung in den Szenarien A1B und A2 als im Szenario B1. Die Erwärmungsraten sind in allen drei Modellen fast identisch. Die Unterschiede innerhalb Hessens sind gering.

REMO zeigt in allen Szenarien eine Tendenz zu stärkerer Erwärmung im Südosten und schwächerer Erwärmung im Nordwesten. Dies ist auf den Einfluss des globalen Modells zurückzuführen, der maritime Luft von Nordosten in das Simulationsgebiet einbringt. Da sich das Meer langsamer erwärmt als das Land (Wasser hat eine hohe Wärmekapazität), ist die projizierte Erwärmung umso geringer, je leichter in ein Gebiet Luft vom Meer herantransportiert werden kann. Die Erwärmung fällt also dort am stärksten aus, wo es jetzt schon am wärmsten ist.

Diese Tendenz lässt sich auch im Modell CCLM erkennen. Abgesehen von dem Zeitraum 2031 – 2060 im B1-Szenario, in dem die Erwärmung sehr schwach und gleichmäßig über ganz Hessen ist, zeigen alle weiteren Karten eine stärkere Erwärmung in Südhessen als in Nordhessen.

Im Unterschied dazu sind die räumlichen Strukturen in den Projektionen mit WETTREG uneinheitlich. Während in den Szenarien A1B und B1 eine geringfügig stärkere Erwärmung in Südhessen als in Nordhessen projiziert wird, ist die Verteilung im A2-Szenario umgekehrt: hier erwärmt sich Nordhessen stärker als Südhessen. Die Unterschiede sind jedoch so gering (0,1 bis 0,2°C), dass sie nicht überinterpretiert werden sollten.

Die Zunahme der Jahresmitteltemperatur für den Zeitraum 2071 – 2100 im Vergleich zu 1971 – 2000 beträgt im Mittel über das gesamte Gebiet von Hessen

Szenario	WETTREG	REMO	CCLM
A1B	2,3°C	3,1°C	3,1°C
A2	2,1°C	3,0°C	-
B1	1,8°C	2,0°C	2,1°C

Alle drei Modelle zeigen im Vergleich zum Zeitraum 1971 – 2000 für den Zeitraum 2070 – 2100 systematisch höhere Temperaturen als für den Zeitraum 2031 – 2060, wobei die Zunahme in den Szenarien A1B und A2 größer ist als im Szenario B1. Ebenso systematisch zeigen die beiden dynamischen Modelle REMO und CCLM eine stärkere Erwärmung als WETTREG. Dies ist auf die physikalische Kopplung der dynamischen Modelle an das globale Klimamodell zu erklären (siehe auch: Einleitung regionale Klimaprojektionen), in dem die Temperaturerhöhung bereits simuliert wird.

Im Zeitraum 2070 – 2100 fällt die Erwärmung im Modell REMO im Szenario A1B für das Gebiet von Hessen etwas stärker aus als im Szenario A2. Dieser Effekt ist jedoch regional begrenzt: Im globalen Mittel (im GCM ECHAM5/MPI-OM sowie in anderen GCMs, siehe IPCC AR4) findet im Szenario A2 eine stärkere Erwärmung statt als im Szenario A1B.

Das statistische Modell WETTREG benötigt für die Darstellung der Zukunft ähnliche Situationen in den gemessenen Daten aus der Vergangenheit. Falls solche Situationen in der Vergangenheit nicht oder nur sehr selten aufgetreten sind, werden sie im Modell WETTREG nicht berücksichtigt. Daher ist die Projektion mit dem Modell WETTREG für den Zeitraum 2071 – 2100 als sehr konservativ anzusehen.

Saisonale Temperaturänderung

Die Änderung der Temperatur für die verschiedenen Szenarien und Jahreszeiten (Frühling = März, April, Mai (MAM); Sommer = Juni, Juli, August (JJA); Herbst = September, Oktober, November (SON); Winter = Dezember, Januar, Februar (DJF)) ist in der folgenden Abbildung als Mittelwert über die vorliegenden Projektionen dargestellt.

Abb. 1: Saisonale Temperaturänderung in Hessen, Mittelwert über alle vorhandenen Projektionen (A1B und B1: WETTREG, REMO und CCLM, A2: WETTREG und REMO)

Auch in dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Temperaturanstieg in den Szenarien A1B und A2 größer ist als im Szenario B1. Auch ist gut zu erkennen, dass die Erwärmung im Zeitraum 2071 – 2100 (hintere Reihe) stärker ist als im Zeitraum 2031 – 2060 (vordere Reihe). Es ist zusätzlich deutlich sichtbar, dass die stärkste Erwärmung in den Wintermonaten (DJF) stattfindet. Mittlere Temperaturzunahmen sind im Sommer (JJA) und im Herbst (SON) zu erwarten. Die geringste Temperaturzunahme zeigt sich in allen Szenarien und in beiden Zeiträumen im Frühling (MAM).

Zusammenfassung

Mit allen drei Modellen lässt sich die räumliche Struktur der Temperatur im aktuellen Klima darstellen. Das WETTREG-Verfahren gibt die absolute Temperatur besser wieder als REMO und CCLM und liefert durch die Methode der Interpolation zwischen den Stationen eine deutlich genauere räumliche Auflösung. REMO ist in seiner räumlichen Darstellung durch die Auflösung von 10 x 10 km beschränkt und zeigt einen systematischen positiven Bias von ca. 1°C. CCLM hat eine noch gröbere Auflösung als REMO. Es unterschätzt den Mittelwert über ganz Hessen um 0,5°C.

Für den Zeitraum 2031 – 2060 zeigen alle drei Modelle in der Projektion eine Erwärmung von über 1°C in ganz Hessen in den Szenarien A1B und A2, die im A2-Szenario etwas stärker ausfällt. Im B1-Szenario zeigen die Modelle übereinstimmend eine Erwärmung in ganz Hessen mit Mittelwerten von unter 1°C. Die räumlichen Unterschiede innerhalb Hessens sind in allen drei Modellen und in allen drei Szenarien geringer als 0,5°C.

Für den Zeitraum 2071 – 2100 zeigen alle drei Modelle eine klare Temperaturzunahme in allen Szenarien im Vergleich zum Zeitraum 2031 – 2060, wobei die Zunahme in den Szenarien A1B und A2 größer ist als im Szenario B1. Die dynamischen Modelle (REMO und CCLM) zeigen systematisch größere Erwärmungsraten als das statistische Modell (WETTREG). Diese Tatsache ist durch die physikalische Kopplung der dynamischen Modelle an das globale Klimamodell begründet.

Alle drei hier untersuchten Modelle zeigen in allen drei Szenarien die stärkste Erwärmung im Winter und die schwächste Erwärmung im Frühling. Die Temperaturerhöhungen im Sommer und Herbst liegen dazwischen.

Bewertung

Es ist nicht eindeutig, welche Projektion als die wahrscheinlichste einzuschätzen ist. Zwar stellt WETTREG die heutige Situation besser dar, das Verfahren neigt jedoch zu eher konservativen Resultaten, da die Projektionen nur aus bereits eingetretenen und gemessenen Situationen zusammengestellt werden können. Das Temperatursignal von WETTREG, besonders der vergleichsweise geringe Temperaturanstieg im Sommer, ist daher kritisch zu betrachten, er beruht vermutlich auf einer zu geringen Auswahl an gemessenen Tagen mit sehr hoher Temperatur im Beobachtungszeitraum. Das Modell REMO hat für das aktuelle Klima einen systematischen Temperaturbias von ca. +1°C. Es kann angenommen werden, dass dieser Bias mit der Zeit stabil bleibt, dies ist aber nicht sicher. Falls der Bias nicht konstant bleibt, wird dies vermutlich durch eine zu starke Sensitivität des Modells auf Temperaturänderungen verursacht, d. h. er wird mit der Zeit größer. Die REMO-Projektion kann also eine Überschätzung darstellen. Das Modell CCLM hat einen leichten negativen Temperaturbias. Unter der Annahme, dass auch dieser über die Zeit erhalten bleibt, fällt die Erwärmung in CCLM genauso stark aus wie in REMO. Die beiden dynamischen Modelle REMO und CCLM sind physikalisch an das globale Klimamodell (ECHAM5/MPI-OM) gekoppelt und stellen daher die simulierte Änderung der globalen Verhältnisse besser dar. Während also die regionale Struktur der Änderung vermutlich besser durch WETTREG dargestellt wird, ist anzunehmen, dass die dynamischen Modelle REMO und CCLM die Stärke der Temperaturänderung zuverlässiger darstellen.

Insgesamt lässt sich sagen, dass die Erwärmung im Szenario B1 schwächer ausfällt als in den Szenarien A1B und A2. Weiterhin zeigt sich deutlich die fortgesetzte Erwärmung in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts und die Tatsache, dass die Erwärmung am stärksten im Winter ausfällt und am schwächsten im Frühling.

Im Verlauf dieses Jahrhunderts muss in Hessen mit einer Erhöhung der Jahresmitteltemperatur von mindestens 1,8°C (WETTREG, B1-Szenario) gerechnet werden. Falls die Szenarien A1B oder A2 eintreten, muss mit bis zu 3,1°C (REMO und CCLM, A1B-Szenario) gerechnet werden. Die Obergrenze der zu erwartenden Temperaturänderung ist deutlich schwerer abzuschätzen als die Untergrenze. Die hier gezeigten Karten sind so zu verstehen, dass auch eine stärkere Erwärmung nicht ausgeschlossen werden kann (vgl. dazu insbesondere "post-SRES" Szenarien in der Abbildung Emissionen der Treibhausgase der Einleitung "Regionale Klimaprojektionen"). Die größten Unterschiede im Temperatursignal bestehen zwischen den verschiedenen Szenarien, d. h. sie werden durch die Emissionen von Treibhausgasen bestimmt. Die Unterschiede zwischen den (sowohl globalen als auch regionalen) Modellen fallen dagegen deutlich geringer aus.