Wie sind die verschiedenen Klimagrößen definiert?

Welche Datensätze wurden für das Wetter der Vergangenheit herangezogen?

Informationen zum heutigen und vergangenen Klima basieren auf Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Es wurde der so genannte HYRAS-Datensatz verwendet. Darin wurden über Deutschland und angrenzende Flusseinzugsgebiete verteilte Wetterstationen herangezogen und auf einem Gitter mit 5km Auflösung interpoliert. Für die Darstellung auf den Karten wurden Tageswerte der Temperatur (Mittelwert, Minimum und Maximum) und des Niederschlags verwendet, aus denen zum Teil weitere Kenngrößen berechnet wurden (z.B. Frosttage oder Hitzetage).
Fachartikel zum Datensatz:
1. Rauthe et al., 2013: A Central European precipitation climatology – Part I: Generation and validation of a high-resolution gridded dailydata set (HYRAS). Meteorologische Zeitschrift, Vol.22, No. 3, 235–256.
2. Razafimaharo, C., Krähenmann, S., Höpp, S. et al., 2020: New high-resolution gridded dataset of daily mean, minimum, and maximum temperature and relative humidity for Central Europe (HYRAS). Theoretical Applied Climatology, 142, 1531–1553.

Welche Zukunftsszenarien wurden verwendet?

Mit Klimamodellen können Projektionen für das zukünftige Klima berechnet werden. Diese liefern Antworten auf die Frage: „Was wäre, wenn?“ Verschiedene Annahmen, z. B. zur Entwicklung der Bevölkerung, der Technologie und der Wirtschaft, führen zu verschiedenen Entwicklungspfaden von Emissionen und Konzentrationen an Treibhausgasen.
Solche Szenarien sind keine Vorhersagen, sondern beschreiben verschiedene plausible Entwicklungen. Mit Klimamodellen werden dann die Auswirkungen der Emissionen und der damit verbundenen veränderten Zusammensetzung der Atmosphäre auf das Klimasystem der Erde simuliert.
Im Rahmen des fünften IPCC-Sachstandsberichts wurden die „Representative Concentration Pathways“ (RCPs) als Szenarien verwendet. Drei davon wurden hier ausgewählt und nach dem Ausmaß an Klimaschutz benannt, das zu ihrer Realisierung nötig wäre: Kein Klimaschutz (Szenario RCP8.5), etwas Klimaschutz (RCP4.5) und viel Klimaschutz (RCP2.6). Das Szenario RCP8.5 beschreibt einen weiterhin kontinuierlichen Anstieg der Treibhausgasemissionen, mit einer Stabilisierung der Emissionen auf einem sehr hohen Niveau zum Ende des 21. Jahrhunderts. Das mittlere Szenario, RCP4.5, geht davon aus, dass die Emissionen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts noch etwas ansteigen und danach wieder sinken. Dieser Pfad kann durch verschiedene sozioökonomische Entwicklungen erreicht werden, die z. B. auch klimapolitische Maßnahmen berücksichtigen. Das Klimaschutz-Szenario, RCP2.6, beinhaltet sehr ambitionierte Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und zum Ende des 21. Jahrhunderts sogar „negative Emissionen“ (eine netto-Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre).

Mehr Informationen zu den RCP-Szenarien findet sich in Meinshausen et al. "The RCP greenhouse gas concentrations and their extension from 1765 to 2500" und in Abschnitt 12.3.3 des 5. IPCC-Sachstandsberichts.

Kurze und verständlich aufbereitete Informationen finden sich auch auf Klimanavigator oder Klimawiki.

Datenquelle zum Erstellen der obigen Abbildung: http://www.pik-potsdam.de/~mmalte/rcps/index.htm#Download

Welche Klimamodelle wurden für die Zukunftsprojektionen benutzt?

Bei den verwendeten Klimamodell-Simulationen handelt es sich um Ergebnisse von regionalen Klimaprojektionen aus der EURO-CORDEX-Initiative (Jacob et al., 2014). Im Rahmen dieser europaweiten Initiative werden Simulationen mit umfangreichen Modell-Ensembles mit einer horizontalen Auflösung von ca. 12.5 km (0.11 Grad) durchgeführt. Jedes regionale Modell (RCM) erhält Randwerte von einem (gröber aufgelösten) globalen Klimamodell (GCM) vorgeschrieben. Daraus ergeben sich gegenwärtig mehr als 45 Kombinationen von globalen und regionalen Modellen für die Region Europa.
Alle Klimaprojektionen wurden aus dem ESGF-Datenportal über den Datenknoten am Deutschen Klimarechenzentrum heruntergeladen und analysiert. Davon beziehen sich 50 Simulationen auf das Szenario RCP8.5, 17 Simulationen auf das Szenario RCP4.5, sowie 18 Simulationen auf das Szenario RCP2.6. Für alle drei Szenarien wurden die Simulationen mit acht verschiedenen regionalen Klimamodellen (RCMs) erstellt. Die Antriebsdaten für diese RCMs stammen von zehn verschiedenen globalen Klimamodellen (GCMs). Jede Simulation ist zudem mit einem Code bezüglich der Realisation versehen (meist: "r1i1p1"), welcher kenntlich macht, ob eine Simulation ausgehend von anderen Wetterbedingungen wiederholt wurde, oder ob kleine Änderungen am Modellcode vorgenommen wurden. Eine Übersicht über die regionalen Klimamodelle und deren jeweiligen globalen Antriebsdaten gibt die untenstehende Tabelle.
Stand des Datensatzes: April 2020.

Was sind Ensembleperzentile (, Median, )?

Alle Karten mit Ergebnissen aus Klimamodellen zeigen eine Kombination von standardisierten Simulationen, die mit vielen verschiedenen Modellen erstellt wurden (einem so genannten Ensemble von Modellen), dem EURO-CORDEX-Ensemble (weitere Erläuterungen zu den Simulationen und Modellen von EURO-CORDEX siehe: Welche Klimamodelle wurden für die Zukunftsprojektionen benutzt?). Auf den Karten betrifft diese Darstellung jeden Gitterpunkt (geographischen Ort) für sich, d.h. eine Karte kann auch eine Kombination aus Modellen abbilden und nicht das Resultat aus einer bestimmten Simulation.

Wie wurden Robustheit und Signifikanz der Änderungen bewertet (Schraffur auf den Karten)?

Die Schraffur auf den Klimakarten, welche Differenzen zwischen zwei Zeitperioden zeigen, kennzeichnet die Belastbarkeit dieser Änderungen.
Im Fall der Klimaänderungen in Zukunftsprojektionen kennzeichnet die Schraffur "robuste Änderungen", d.h. 1. dass mehr als 2/3 der Simulationen in der Richtung der Änderungen übereinstimmen müssen 2. dass zusätzlich 50% der Simulationen statistisch signifikante Änderungen in diese Richtung zeigen. Dieses Kriterium entspricht dem ausgefüllten Pfeilsymbol im ADAPTER-Klimakalender (Zunahme / Abnahme).
Im Fall der in der Vergangenheit beobachteten Klimaänderungen kennzeichnet die Schraffur Gebiete, in denen die Änderungen statistisch signifikant sind. Die Signifikanz ist ein Indiz dafür, dass eine Klimaänderung nicht zufällig zustande kam. Klimatische Unterschiede von einer Zeitperiode zur nächsten sind nämlich von zwei Ursachen geprägt:
1. den natürlichen Schwankungen von Jahr zu Jahr. Da das Wetter ständigen chaotischen Schwankungen unterliegt, sind auch Klimagrößen (z.B. die mittlere Temperatur) über verschiedene Zeiträume nie identisch, selbst ohne einen Klimawandel. Das Ergebnis hat daher immer auch eine Zufallskomponente.
2. dem langfristigen, systematischen Einfluss externer Faktoren, z.B. dem Ausstoß von Treibhausgasen durch den Menschen.
Um statistisch zu bewerten, ob zeitliche Veränderungen einer Klimagröße eine solche systematische Ursache haben, oder mit kurzfristigen, zufälligen Schwankungen erklärbar sind, wurde hier für jede Klimagröße an jedem einzelnen Gitterpunkt in jeder Simulation die statistische Signifikanz der Klimaänderung berechnet. Dies geschieht mit einem statistischen Testverfahren, das bewertet, ob eine gegebene Veränderung so stark ist, dass sie die zufälligen (natürlichen) Schwankungen übersteigt. Eine Klimaänderung wird hier als signifikant definiert, wenn sie gemäß eines sogenannten Mann-Whitney-U-Tests mit einer Wahrscheinlichkeit von unter 5% mit zufälligen Schwankungen erklärbar ist. Im Fall der Temperatur- und Niederschlagsschwankungen von Jahr zu Jahr wird stattdessen ein Brown-Forsythe-Test verwendet.

Warum sind zu manchen Abfragen keine Daten verfügbar (z.B. Bodenfeuchte in Beobachtungen)?

Wir verwenden als Beobachtungsdaten den Datensatz HYRAS des Deutschen Wetterdienstes (siehe: Welche Datensätze wurden für das Wetter der Vergangenheit herangezogen?). Dieser umfasst derzeit die Größen Temperatur und Niederschlag, und deckt das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland (inklusive angrenzender Flussgebiete) ab. Die meisten Kenngrößen lassen sich aus diesen beiden Größen ableiten. Es ist geplant, Beobachtungen der Einstrahlung hinzuzufügen, sobald diese zur Verfügung stehen. Messungen der Bodenfeuchte sind dagegen aufwändig und daher seltener, außerdem kann sich die Bodenfeuchte räumlich stark unterscheiden. Sie ist daher nicht Teil des Datensatzes. Im Fall der Einstrahlung und der auf Bodenfeuchte basierenden Kenngrößen, sowie für alle Gebiete außerhalb Deutschlands, sind die Karten daher leer und zeigen den Hinweis "Keine Daten". Dies betrifft wohlgemerkt nur die Beobachtungsdaten, sowie die Profikarten. Für die Zukunftsprojektionen aus Klimamodellen sind alle Kenngrößen verfügbar.