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TP 4: Sturm-, Wasserstands- und Seegangsentwicklung in der südlichen Nordsee bei Klimaänderungen (Abgeschlossen)

Ziel der Arbeiten war die Aufbereitung und Bereitstellung von marinen bodennahen Windfeldern zur Verwendung als Antrieb für die Seegangs- und Sturmflutrechnungen im FT 7 TP 3 “Belastungen von Küstenschutzwerken bei Klima­änderungen und alternative Strategien im Insel- und Küstenschutz”.Ausgangspunkt waren hierbei die Windfelder existierender Klimaszenarienrechnungen (Konsortialrechnungen; s. http://mud.dkrz.de/projects-at-md/sg-adaptation).

Es erfolgte zunächst eine Validierung der Windfelder. Dabei wurde untersucht, inwieweit die Häufigkeitsverteilungen der simulierten Windfelder der Kontrollläufe (C20_1, C20_2) mit anhand von Beobachtungen geschätzten Verteilungen übereinstimmen. Da im Bereich der Nordsee vorhandene in-situ Messungen nur für relativ kurze Zeiträume vorliegen und den räumlichen Bereich nur unzureichend abdecken, wurde hierbei zusätzlich auf eine vorhandene regionale Reanalyse zurückgegriffen (Feser et al. 2001), die mittlerweile den Zeitraum 1958-2007 abdeckt und für die umfangreiche Vergleiche mit in-situ Messungen (z.B. Weisse et al. 2005), Satellitendaten (Winterfeldt et al. 2011) sowie indirekte Vergleiche anhand von Validierungen von mit dieser Reanalyse angetriebenen Sturmflut- (Weisse und Pluess 2006) und Seegangsrechnungen (Weisse und Günther 2007) existieren. Es stellte sich heraus, dass die Verteilungen der Windgeschwindigkeiten für Perzentile bis etwa 99% im Bereich der gesamten Nordsee eine gute Übereinstimmung zeigten (Abbildung 1). Die Unterscheide der beiden Verteilungen waren hierbei generell kleiner als etwa 5% bezogen auf das jeweilige Perzentil der beobachteten (reanalysierten) Windgeschwindigkeiten. Lediglich im Bereich der Küsten kam es aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Land-See-Masken zu größeren Abweichungen. Für Perzentile größer als 99% zeigt sich, dass die Kontrollläufe die reanalysierten Verteilungen um etwa 5% im Bereich der Nordsee unterschätzen, wobei an den Küsten ebenfalls größere Werte auftreten. Nach Absprache mit den die Daten im FT A-KÜST nutzenden TP wurde entschieden, dass diese Übereinstimmung zunächst ausreichend ist, um die dort betriebenen Modelle ohne weitere Korrektur oder weitere Regionalisierung der Windfelder zu betreiben.

Im Folgenden soll untersucht werden, in welchem Umfang eine mögliche Korrektur der Windfelder, insbesondere im Bereich der hohen Perzentile, die Aussagen hinsichtlich möglicher zukünftiger Änderungen im Sturmflutklima verändert. Dazu wurde wie im Antrag vorgesehen eine Korrekturmethode entwickelt, die auf einer Anpassung der Verteilungsfunktionen der Windgeschwindigkeitskomponenten basiert. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die gemeinsame Verteilung der Komponenten durch das Produkt einer konditionierten und einer marginale Häufigkeitsverteilung beschrieben werden kann, die separat angepasst werden können. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine bivariate Version der von Bürger (1996) beschriebenen Probability Integral Transformation. Die Anpassung erfolgt dabei jeweils für die Kontrollzeiträume und der hierbei ermittelte Fit wird anschließend dazu verwendet, die Windfelder der Szenarienrechnungen zu korrigieren. In einem nächsten Schritt sollen die so korrigierten Windfelder zusammen mit den unkorrigierten Windfeldern als Eingang in das von Weidemann et al. (2011) entwickelte statistische Sturmflutmodell verwendet werden, um so zu einer Abschätzung des möglichen Effekts der Korrekturen auf das zu erwartende Klimaänderungssignal im Sturmflutklima zu gelangen. Letzteres wird dabei helfen, die in A-KÜST erzielten Ergebnisse zu bewerten und ggfs. zu korrigieren.

Publikationen:

Weidemann H, Weisse R, Grabemann I (2011) Statistisch regionalisierte  Sturmflutszenarien für die deutsche Nordseeküste. Die Küste: in Begutachtung

Weidemann H, Grabemann I, Weisse R (2010) Statistical regionalized storm surge scenarios for the German North Sea coast. International Storm Surge Congress, Hamburg, Germany, 13.-17.09.2010.

 

Leitung: Dr. R. Weisse, Prof. Dr. H. v. Storch

GKSS-Institut für Küstenforschung Geesthacht

Bearbeiter: Dr. N.Groll, H. Weidemann, Dr. R. Weisse

Kontakt:

ralf.weisse@gkss.de

GKSS-Institut für Küstenforschung

Laufzeit: 3 Jahre