Globalmodelle sind aufgrund ihres groben Gitters (60 x 60 km) nur unzureichend in der Lage kleinskalige Prozesse (orographische Niederschlagsverstärkung) in der Atmosphäre aufzulösen. Mit Mesoskalenmodellen z.B. dem GESIMA (5 x 5 km) können deshalb die physikalische Grundlagen der Atmosphäre (Wolken- und Niederschlagsbildung) besser studiert und eine Kopplung mit hydrologischen Abflussmodellen erprobt werden. Zukünftig sieht dieses Projekt genau das vor, wobei der erste Teil, die Arbeit mit dem meteorologische Modell hier vorgestellt werden soll. Starkniederschlagserreignisse sind vielerorts auf der Welt mit charakteristischen Wetterlagen verbunden, die quasi über Tage unverändert ergiebigen Regen produzieren. Initialisiert mit den lokalen Vertikalprofilen aus Radiosondendaten, produzieren das prognostische Mesoskalenmodell GESIMA und das diagnostische Niederschlagsberechungsverfahren (MAXRR) maximale Regenmengen vergleichbarer Größenordnung. / Global models are insufficient to solve small scale atmospheric processes (e.g. orographic precipitation) due to their gross resolution (60 x 60 km). With mesoscale models e.g. the GESIMA (5 x 5 km), the physical fundamentals of the atmosphere (formation of precipitation and clouds) can better be studied and a coupling with hydrological models be tested through. This project plans exactly, as a first step, the work with the cited meteorological model. Heavy rainfall events are connected with characteristic weather conditions in many places in the world which produce invariably rain quasi over days. Initialized with the local vertical profiles from radiosonde data, the prediction model GESIMA and the diagnostic model MAXRR produced rain quantities of comparable order of magnitude.

Das Lokalmodell (LM) wurde für eine Reihe von Sensitivitätsuntersuchungen bezüglich orografischer Beeinflussung von Niederschlag verwendet. Für die Initialisierung des Modells mit Anfangs- und Randdaten wurde ein Schema entwickelt, welches eine horizontal homogene und stationäre Strömung aus einem einzelnen Vertikalprofil der benötigten atmosphärischen Variablen erstellt. Dabei wird hier auch der horizontale Luftdruckgradient berücksichtigt, wodurch eventuelle Auswirkungen der Coriolisterme auch ohne eine sehr große Entfernung des Zielgebietes vom Modellrand untersucht werden können. Simulationen mit idealisierten Eingangsfeldern können zur Verdeutlichung des Einflusses eines orografischen Hindernisses auf das dreidimensionale Strömungsfeld dienen. Außerdem sind sie zur Validierung bestimmter Parametrisierungen geeignet, da sich im Gegensatz zu realen Randdaten keine überlagerten synoptisch-skaligen Störungen im Modellgebiet befinden. Die hier verwendete Konvektionsparametrisierung nach Tiedtke (1989) zeigt unterschiedlich ausgeprägte Niederschlagsverteilungen und Flächenmittel in Abhängigkeit von der unterliegenden Orografie. / The Lokalmodell (LM) has been used for a series of sensitivity studies treating orographic modification of precipitation. An initialization technique has been developed which generates a horizontally homogeneous and stationary flow out of a single vertical profile of the required atmospheric variables. Herein, the horizontal pressure gradient is considered as well, allowing to investigate the influence of the Coriolis terms without the need for the area under investigation to be far away from the model boundaries. Simulations with idealized initialization fields can help to illustrate the influence of orographic obstacles on the three-dimensional flow field. Furthermore, they enable to validate certain parameterizations because of the missing synoptic-scale disturbances, which are present using real boundary data. The chosen parameterization of convection after Tiedtke (1989) shows different distributions of precipitation and its area-averaged values depending on the underlying orography.

Hier wird ein Verfahren beschrieben, dass den Einfluss der Geländestruktur auf die Niederschlagsmenge, speziell bei Starkniederschlagsereignissen, abbildet. Die physikalischen Prozesse, die in der Atmosphäre zu einer Niederschlagsbildung führen, sind an die Hebung der feuchtegesättigten Luftmassen u.a. an Gebirgshängen gebunden. Diese Niederschlagsbildungsprozesse weisen aus, dass es umso mehr regnet, je stärker das Gelände an Höhe gewinnt und nicht je höher das Gelände liegt. Das Ziel des beschriebenen Verfahrens ist die Abschätzung des flächengemittelten Maximal Möglichen Niederschlages (fMMN) bei vorgegebenen meteorologischen Bedingungen und einer variablen Orografie einer Landschaft. Dieser fMMN setzt sich aus einem an die synoptischen Prozesse gebundenen Niederschlagsanteil (sMMN) und einem aus den orografischen Verhältnisse resultierenden Anteil (oMMN) zusammen. Um die Variabilität der Niederschlagsmengen in Bezug auf die Orografie der Landschaft zu zeigen wird hier ein Niederschlagsverstärkungsfaktor FRR als eine Verhältniszahl zwischen fMMN und sMMN eingeführt. Diese Verhältniszahl kann mit realen Niederschlagsereignissen verglichen werden. Das Verfahren wird exemplarisch für eine Region des mittleren Erzgebirges validiert und steht so für andere Mittelgebirgsregionen zur Verfügung.

Zur Abschätzung der Wirkungen von Klimaveränderungen auf den Nährstoffhaushalt in Gewässern wurden die Ergebnisse aus den Modellansätzen der Projekte »KliWES« und »Nährstoffatlas Sachsen« gekoppelt. Szenarienrechnungen bis 2100 zeigen, dass Nährstoffkonzentrationen in Gewässern infolge abnehmender Sickerwasser- und Durchflussmengen ohne Bewirtschaftungsanpassung tendenziell zunehmen würden. Die Veröffentlichung richtet sich an Verwaltungen, Planungsbüros, Verbände und Forschungseinrichtungen im Aufgabenbereich von Landwirtschaft und Gewässerschutz im Klimawandel.

Global climate models simulate a robust increase of global mean precipitation of about 1.5 to 2% per Kelvin surface warming in response to greenhouse gas (GHG) forcing.Here, it is shown that the sensitivity to aerosol cooling is robust as well, albeit roughly twice as large. This larger sensitivity is consistent with energy budget arguments. At the same time, it is still considerably lower than the 6.5 to 7% K−1 decrease of the water vapor concentration with cooling from anthropogenic aerosol because the water vapor radiative feedback lowers the hydrological sensitivity to anthropogenic forcings. When GHG and aerosol forcings are combined, the climate models with a realistic 20th century warming indicate that the globa lmean precipitation increase due to GHG warming has, until recently, been completely masked by aerosol drying. This explains the apparent lack of sensitivity of the global mean precipitation to the net global warming recently found in observations. As the importance of GHG warming increases in the future, a clear signal will emerge.

Simulations assuming open-pit mines and different cessation landscapes of open-pit mines with urbanization were performed with a non-hydrostatic meteorological model. The possible enhancement or counteracting of the atmospheric responses to these simultaneously occurring (= accumulated) land-use changes are examined applying a formula drived from the principle of superposition. Although accumulated land-use changes substantially affect the local water and energy fluxes and significantly influence cloud and precipitation microphysics, they do not necessarily provide more significant changes in these quantities than the change of different land-use types to only one land-use type (=single land-use changes). Where the atmospheric responses to accumulated land-use changes are enhanced or inhibited, depends on the thermal, dynamical and hydrologic characteristics of the undergoing accumulated land-use changes as well as on the land-use adjacent to the land-use conversion. In regions dominated by drier surfaces (e.g., agriculture), no enhancement or counteraction according to the principle of superposition could be detected in this study. / Simulationen mit einer Tagebaulandschaft sowie verschiedenen Tagebaufolgelandschaften inklusive Urbanisierung wurden mit einem nicht-hydrostatischen meteorologischen Modell durchgeführt. Eine mögliche Verstärkung oder Abschwächung der atmosphärischen Reaktion auf gleichzeitig auftretende (akkumulierte) Landnutzungsänderungen wird mittels einer auf dem Prinzip der Superposition erstellten Formel untersucht. Obgleich die akkumulierten Landnutzungsänderungen die lokalen Energie- und Wasserflüsse merklich sowie die Wolken und Niederschlagsmikrophysik signifikant beeinflussen, führen sie nicht notwendigerweise zu stärkeren Änderungen dieser Größen als einfache Landnutzungsänderungen. Wo sich akkumulierte Landnutzungsänderungen in ihrer Wirkung auf die Atmosphäre verstärken oder abschwächen, hängt davon ab, wie stark sich die dynamischen, hydrologischen und energetischen Eigenschaften der veränderten Landnutzung von der vorherigen und denen der Umgebung unterscheiden. In Regionen, die durch trockene Flächen charakterisiert sind (z.B. Ackerland), konnte in dieser Studie kein Verstärken oder Abschwächen im Sinne einer Abweichung vom Prinzip der Superposition festgestellt werden.

In dem Teilprojekt von KliWES – Klimawandel und Wasserhaushalt wurden die wasserhaushaltsrelevanten Klimaelemente aus Stationsdaten in die Fläche übertragen. Regionalisiert wurden die Beobachtungsdaten der sachsenweit verfügbaren Klima- und Niederschlagsstationen von 1961 bis 2010 sowie die projizierten Stationsdaten des Regionalmodells WETTREG2010 von 1961 bis 2100. Die Übertragung erfolgte mit Hilfe von geostatistischen Verfahren. Im Ergebnis liegen flächendeckende meteorologische Daten für den Beobachtungszeitraum 1961 bis 2010 und für den Projektionszeitraum 1961 bis 2100 als Rasterdaten mit einer Auflösung von 1 km x 1 km vor. Die berechneten flächendeckenden Klimadaten bilden eine belastbare Datengrundlage für die Wasserhaushaltsmodellierungen im Projekt KliWES.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2004

Univ., Diss.--Göttingen, 1993. / Auch als: Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme : Reihe A ; 105.

Techn. Hochsch., Diss., 2001--Aachen.