Es werden zwei Verfahren vorgestellt, die eine Berücksichtigung des Klimaänderungssignals in den Niederschlagsdaten des regionalen Klimamodells CLM bei den wasserwirtschaftlichen Modellanwendungen ermöglichen. Für die Generierung langer Zeitreihen mit hohen zeitlichen und räumlichen Auflösungen, wie sie bei Langzeitserien- und Kontinuumssimulationen benötigt werden, wurde ein Downscaling-Ansatz auf Basis von Radarniederschlagsdaten und objektiven Wetterlagenklassen entwickelt. Für einfache wasserwirtschaftliche Modellanwendungen, die auf Modellregen zurückgreifen, wurden die relativen Veränderungen aufgrund des Klimaänderungssignals in der Zukunft abgeschätzt, die dann bei Variantenuntersuchungen in der Zukunft den Modellregen der Vergangenheit aufgeprägt werden können.
Der Klimawandel wird voraussichtlich voranschreiten und von den Folgen wird möglicherweise eine Vielzahl an Leistungen der öffentlichen Daseinsvorsorge betroffen sein. Hierzu gehört auch die Energieversorgung. Eine Befragung von deutschen Gemeinden zeigt, dass die negativen Auswirkungen für die lokale Energieversorgung infolge von Klimaveränderungen im Hintergrund stehen. Vielmehr geht ein Großteil der Kommunen davon aus, indirekt vom Klimawandel zu profitieren, zum Beispiel wird der Ausbau erneuerbarer Energien klimapolitisch weiter vorangetrieben. Das birgt die Gefahr einer vernachlässigten Anpassungspolitik im Energiebereich. Zudem kann eine räumlich unkoordinierte und zunehmend durch staatliche Akteure geprägte Energieversorgungsstruktur entstehen.
Es wurde untersucht, welchen Einfluss die Temperatur auf die Zusammensetzung wirbelloser Lebensgemeinschaften (Makrozoobenthos, MZB) in den großen Flüssen Lippe, Ems und Ruhr hat und ob sich eine Temperaturerhöhung durch den Klimawandel auf die Bewertung solcher Gewässertypen nach EU-Wasserrahmenrichtlinie auswirken kann. Da die mittleren Jahreswassertemperaturen an einer Probestelle einen signifikanten Erklärungsanteil an der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft haben, wurde eine neue biologische Messgröße (Metrik) abgeleitet, deren Größe von der Temperatur abhängt: Die Häufigkeiten wärmeliebender Neozoen-Arten des Makrozoobenthos steigen signifikant mit der Temperaturzunahme an einer Probestelle. In den thermisch veränderten Probestellen der Lippe sind die Häufigkeiten deutlich höher als in der Ems und in der Ruhr. Es wurden Grenzwerte abgeleitet, um die thermische Veränderung einer Probestelle durch den Metrik „Häufigkeiten wärmeliebender Neozoen“ näher zu beschreiben. Die aktuell in Deutschland zur Bewertung des Fließgewässertyps 15g (Großer sand- und lehmgeprägter Fluss des Tieflands) verwendeten Metriks und der Saprobienindex des PERLODES Verfahrens, die vorrangig morphologische Degradation und organische Belastung anzeigen sollen, reagieren signifikant auf erhöhte Wassertemperaturen. Die Bewertung von hydromorphologischer Degradation und der organischen Belastung ist bei gleichzeitig bestehender thermischer Veränderung also nicht gesichert. Durch Anwendung des Metriks „Häufigkeiten wärmeliebender Neozoen“ können thermisch veränderte Probestellen identifiziert werden und die Ergebnisse nach PERLODES und nach dem Saprobiensystem als nicht gesichert bewertet werden.
Im Rahmen der Projektarbeit der dr. papadakis GmbH wurden umfangreiche Analysen und Trendberechnungen zu den beiden Parametern Lufttemperatur und Niederschlag in der Emscher‐ Lippe‐Region (ELR) durchgeführt. Die wesentlichen Ergebnisse werden in dieser Publikation zusammengefasst. Dabei werden die beiden Parameter hinsichtlich unterschiedlichster Kennwerte und Bilanzierungszeiträume ausgewertet. In der Vergangenheit wird anhand von Messdaten untersucht, welche Veränderungen bereits festzustellen sind, und anhand von Zeitreihen des Regionalen Klimamodells CLM werden mögliche zukünftige Veränderungen abgeschätzt. Für ausgewählte Kenngrößen werden die Entwicklungen in den CLM‐Daten der Bandbreite an Entwicklungen eines begrenzten Ensembles aus sieben Modellrechnungen gegenübergestellt. Darüber hinaus werden anhand einzelner Kenngrößen die Entwicklungen in der ELR gegenüber den überregional festzustellenden Entwicklungen eingeordnet.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens dynaklim wurden umfangreiche Analysen zu Veränderungen der beiden Parameter Lufttemperatur und Niederschlag in der Emscher Lippe Region durchgeführt. Dabei wurden die beiden Parameter hinsichtlich verschiedenster Kenngrößen und Untersuchungszeiträume untersucht. Die Untersuchungen umfassen sowohl Messdaten aus der Vergangenheit im Zeitraum 1951 – 2010 (Niederschlag) bzw. 1961 – 2010 (Lufttemperatur) als auch Klimamodelldaten aus zwei Modellläufen des Regionalen Klimamodells CLM im Zeitraum 1961 – 2100. Die vorliegende dynaklim Kompakt Ausgabe stellt die wesentlichen Ergebnisse kurz dar.
Die vorliegende Diplomarbeit wurde im Rahmen des Netzwerk- und Forschungsprojekts dynaklim verfasst. Klimaprognosen zeigen für Deutschland neben einer fortschreitenden Erwärmung auch mögliche Veränderungen im Niederschlagsregime. Dies betrifft den mittleren Zustand, die saisonale Verteilung und das Extremverhalten. Diese Entwicklungen werden die Eigenschaften und die Beschaffenheit von Gewässern direkt und indirekt beeinflussen. Die Auswirkungen des Klimawandels auf Fließgewässer müssen bei der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), dem zentralen Instrument zum Schutz und zur Verbesserung der Gewässerökosysteme in Europa, berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Maßnahmen nach WRRL im Hinblick auf den Klimawandel untersucht. Es wurde eine Bewertungsmatrix erstellt, anhand derer Aussagen über die Bedeutung einzelner WRRL-Maßnahmen für die Anpassung von Fließgewässern an den Klimawandel möglich sind und die eine Abschätzung über die Einfluss des Klimawandels auf die Wirksamkeit der Maßnahme erlaubt. Bei der Bewertung wurden alle Maßnahmen betrachtet, die auf Basis des standardisierten Maßnahmenkatalogs nach Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) an Oberflächengewässern in Nordrhein-Westfalen umgesetzt werden. Die entwickelte Matrix wurde anschließend auf das Maßnahmenprogramm des Emscher-Einzugsgebietes angewendet. Die Bewertungsmatrix zeigt, dass ein Großteil der bewerteten Maßnahmen einen Beitrag zur Anpassung an direkte und indirekte Auswirkungen des Klimawandels auf Gewässer leisten kann und somit für die Anpassung von Bedeutung ist. Die Untersuchung der Klimasensitivität hat ergeben, dass sich die Maßnahmen in diesem Punkt stark unterscheiden. Teils wird ihre Wirkung durch die Klimaveränderungen (Temperaturzunahme, Niederschlagszunahme inkl. Starkniederschlägen und Niederschlagsabnahme) verstärkt, teils wird sie gemindert. In einigen Fällen ist der Einfluss der Klimaveränderungen auf die Wirkung der Maßnahmen nicht signifikant.
Für die Bereitstellung von Niederschlagszeitreihen des Regionalen Klimamodells CLM für die meisten wasserwirtschaftlichen Modellanwendungen ist eine realitätsnahe Abbildung des Parameters Niederschlag hinsichtlich wesentlicher Kenngrößen, wie Jahresniederschlagssummen, Starkregen und Trockenzeiten erforderlich. Zudem benötigen Modelle, die schnelle und kleinräumige Niederschlag- Abfluss-Prozesse beschreiben, zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Niederschlagseingangsdaten. Beide Voraussetzungen, die realitätsnahe sowie die hoch aufgelöste Abbildung des Parameters Niederschlag, sind zunächst in den CLM-Modelldaten nicht ohne weiteres erfüllt. Es wurden zwei Methoden entwickelt, die zum einen eine sinnvolle Korrektur der Tagesniederschlagssummen (Bias-Korrektur) und zum anderen eine feinere zeitliche und räumliche Auflösung (Downscaling) der CLM-Modelldaten ermöglichen.
Im Rahmen des Klimawandels werden Veränderungen im Abflussverhalten von Fließgewässern erwartet, die zu einer Zunahme von sommertrockenen Bächen führen können. Für diese im Sommer austrocknenden Bäche gibt es aktuell kein biologisches Bewertungsverfahren, um den ökologischen Zustand mittels Tieren der Gewässersohle (Makrozoobenthos, Abk.: MZB) zu erfassen. Es wurde eine Bewertungsmethode für das Management dieser Fließgewässer entwickelt, welche die Anforderungen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) für das MZB erfüllt. Das entwickelte Verfahren orientiert sich an der aktuell vorhandenen offiziellen Bewertungsmethode (PERLODES) für ständig wasserführende Fließgewässer in Deutschland. Im Emscher-Lippe Raum wurden 33 Probestellen aus sommertrockenen Bächen auf ihre Besiedlung durch das MZB untersucht. An den Probestellen wurden zusätzlich chemisch-physikalische Parameter und Strukturgüteparameter aufgenommen. Durch die Auswertung dieser Datengrundlage wurden biologische Messgrößen abgeleitet, die signifikant und vorhersagbar auf strukturelle Verschlechterungen reagieren. Aus den biologischen Messgrößen wurde dann ein Index entwickelt, der die Einteilung von sommertrockenen Bächen des Tiefland in ein fünf Klassensystem zur Beurteilung des ökologischen Zustands nach WRRL ermöglicht.
The precipitation data of the Regional Climate Model CLM are used for the water management impact models within the dynaklim networking and research project. For this purpose, it is necessary to apply a bias correction to the CLM
precipitation data. First, the bias assessed for varying temporal resolutions and precipitation characteristics is described. Subsequently, a method for the bias correction is introduced. The developed methodology is a modified form of the socalled
quantile mapping. The focus lies on the corrections of the dry days and the heavy rainfall events. They are considered separately, deviating from other quantile mapping procedures.
Im Rahmen von dynaklim werden die wesentlichen Mess- und Modelldaten in der Emscher-Lippe-Region zusammengetragen, aufbereitet und an die Projektpartner weitergegeben. Bei den Modelldaten des in dynaklim primär verwendeten Regionalen Klimamodells CLM zeigte sich, dass insbesondere beim Parameter Niederschlag systematische Unterschiede (Bias) zu den Messdaten in der Region vorliegen. Für
die Nutzung der CLM-Niederschlagsdaten in den meisten wasserwirtschaftlichen Modellen war daher eine Korrektur des Bias erforderlich. In der vorliegenden Publikation werden zunächst die festgestellten Unterschiede in unterschiedlichen Bilanzierungszeiträumen und hinsichtlich verschiedener Kenngrößen dargestellt. Anschließend wird die entwickelte Methodik (modifiziertes Quantile Mapping) beschrieben und die Ergebnisse bewertet. Es wird gezeigt, dass durch die entwickelte Methodik eine sinnvolle Korrektur der CLM-Niederschlagsdaten möglich ist, sodass für die Emscher-Lippe-Region nun flächendeckend korrigierte Tagesniederschlagssummen zur Verfügung stehen.