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Markus Homann

• Die durchgeführten Analysen zeigen, dass ein statistisch belastbarer Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zirkulationstyphäufigkeiten und starken Gebietsnieder-schlägen für das Untersuchungsgebiet südliches Mitteleuropa für den Zeitraum 1951–2006 hergestellt werden kann. Durch saisonale und regionale Differenzen der Niederschlagscharakteristik ist es jedoch notwendig, eine Subregionalisierung in Regionen ähnlicher Niederschlagsvariabilität vorzunehmen, die mittels s-modaler Hauptkomponentenanalyse auf saisonaler Basis (Winter: DJF, Frühjahr: MAM, Sommer: JJA, Herbst: SON) erfolgt ist. Starke Gebietsniederschläge sind mittels des Regionen-spezifischen 95 %-Perzentils bestimmt worden. Dabei sind die Indizes Starkniederschlagshäufigkeit (P95fre) und Starkniederschlagssumme (P95sum) zur Beurteilung der Starkniederschlagscharakteristik verwendet worden. Großräumige atmosphärische Zirkulationstypen sind unter Verwendung der COST733 Klassifika-tionssoftware berechnet worden (Philipp et al.,Die durchgeführten Analysen zeigen, dass ein statistisch belastbarer Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zirkulationstyphäufigkeiten und starken Gebietsnieder-schlägen für das Untersuchungsgebiet südliches Mitteleuropa für den Zeitraum 1951–2006 hergestellt werden kann. Durch saisonale und regionale Differenzen der Niederschlagscharakteristik ist es jedoch notwendig, eine Subregionalisierung in Regionen ähnlicher Niederschlagsvariabilität vorzunehmen, die mittels s-modaler Hauptkomponentenanalyse auf saisonaler Basis (Winter: DJF, Frühjahr: MAM, Sommer: JJA, Herbst: SON) erfolgt ist. Starke Gebietsniederschläge sind mittels des Regionen-spezifischen 95 %-Perzentils bestimmt worden. Dabei sind die Indizes Starkniederschlagshäufigkeit (P95fre) und Starkniederschlagssumme (P95sum) zur Beurteilung der Starkniederschlagscharakteristik verwendet worden. Großräumige atmosphärische Zirkulationstypen sind unter Verwendung der COST733 Klassifika-tionssoftware berechnet worden (Philipp et al., 2010). Dabei stellen sich nur wenige (zumeist 3–7) Zirkulationstypen für die erlangten Niederschlagsregionen als stark-niederschlagsrelevant (snr) heraus. Hinsichtlich der Starkniederschlagsrelevanz kann dabei eine klare Unterscheidung vorgenommen werden: Zonale Zirkulationstypen sind snr für die nördlichen Regionen, während sich gemischte Zirkulationstypen in Kombination mit regional wirksamen, orografischen Effekten insbesondere für die nördlich an den Alpenhauptkamm anschließenden Regionen als snr herausstellen. Starke Gebietsniederschläge in allen östlichen und südlichen Regionen sind zumeist die Folge von meridionalen Zirkulationsmustern. In diese Gruppe sind die Cut-off Lows einzuordnen. Für den Beobachtungszeitraum (1951–2006) lassen sich nur einzelne statistisch sig-nifikante Trends von snr Zirkulationstypen ausweisen. Dabei besteht im Winter ein Trend zu häufiger auftretenden zonalen Zirkulationstypen, während Cut-off Lows überwiegend Häufigkeitsabnahmen oder konstante Häufigkeiten aufweisen. Als Resultat wird daher für den Beobachtungszeitraum im Winter der Trend einer signi-fikanten Zunahme der starken Gebietsniederschläge im nordwestlichen Teilbereich des Untersuchungsgebietes festgestellt, während eine signifikante Abnahme im süd-lichen Alpenraum besteht. Im Frühjahr und Sommer sind kaum Änderungen snr Zirkulationstypen gegeben, wobei einige Cut-off Lows Trends einer Reduktion ihrer Auftrittshäufigkeiten aufweisen. Eine Betrachtung der rezenten Trends starker Ge-bietsniederschläge gibt diese Entwicklung wieder, da im Sommer ein Schwerpunkt signifikanter Abnahmen starker Gebietsniederschläge in den östlichen Teilbereichen des Untersuchungsgebietes festzustellen ist, während im Frühjahr signifikante Ab-nahmen südlich der Alpen bestehen. Signifikante Zunahmen der starken Gebietsnie-derschläge resultieren im Frühjahr hingegen im Nordwesten. Der Herbst ist die einzi-ge Jahreszeit mit signifikanten Zunahmen von snr zonalen und meridionaler Zirkula-tionstypen, sodass auch die deutlichsten Änderungssignale der starken Gebietsnie-derschläge mit verbreitet auftretenden, signifikanten Zunahmen resultieren. Die Modellierung starker Gebietsniederschläge für die Klimazukunft ist mittels sta-tistischer Downscalingverfahren realisiert worden. Dabei werden im Rahmen einer multiplen linearen Regressionsanalyse (MLR) die statistischen Zusammenhänge zwi-schen monatlich aggregierten Zirkulationstyphäufigkeiten (Prädiktoren) und starken Gebietsniederschlägen aus dem Beobachtungszeitraum (1951–2006) auf Klimamo-delldaten (ECHAM6, ECHAM5, EC-EARTH) übertragen, um auf diese Weise eine Abschätzung der prozentualen Änderungen der Indizes starker Gebietsniederschläge für die Projektionszeiträume (2021–2050, 2071–2100) gegenüber dem Kontrollzeit-raum (1971–2000) für die Szenarien RCP4.5 und RCP8.5 sowie für A1B (bei ECHAM5) zu erlangen. Um mittels MLR eine Abschätzung der starken Gebietsniederschläge für die Klima-zukunft durchzuführen, sind die Zirkulationstyphäufigkeiten in den Klimamodellen bestimmt worden. Dabei resultieren nur vereinzelte signifikante Änderungen der snr Zirkulationstypen zwischen den Projektionszeiträumen und dem Kontrollzeitraum. Ein Vergleich der Szenarien gibt jedoch Aufschluss über generell höher ausfallende, prozentuale Zu- oder Abnahmen der Zirkulationstyphäufigkeiten bei dem stärkeren RCP8.5 Szenario. Zusätzlich ergeben sich bei der Auswertung einige Differenzen zwischen den Klimamodellen selbst. Es kann ein Unterschied zwischen den CMIP5-Modellen und dem CMIP3-Modell ausgewiesen werden: Nehmen im Winter bei ECHAM6 und EC-EARTH einige zonale und gemischte snr Zirkulationstypen zu, so weisen diese bei ECHAM5 keine Zunahmen auf. Gleichzeitig resultieren bei ECHAM5 Häufigkeitsabnahmen bei einem meridionalen snr Zirkulationstyp. Im Frühjahr bestehen für beide CMIP5-Modelle deutliche Häufigkeitszunahmen eines Cut-off Lows, das den Osten und Süden des Untersuchungsgebiets beeinflusst, wäh-rend ECHAM5 nur zu uneinheitlichen Häufigkeitsveränderungen snr Zirkulationsty-pen führt. Im Sommer besteht unter allen Klimamodellen ein Signal zu verbreiteten Abnahmen oder konstanten Häufigkeiten snr Zirkulationstypen, das unter dem RCP8.5-Szenario am stärksten hervortritt, während im Herbst keine signifikanten Veränderungen auftreten. Mittels der MLR sind die prozentualen Änderungen der starken Gebietsniederschlä-ge zwischen den Projektionsperioden und dem Kontrollzeitraum berechnet worden. Im Winter resultieren keine signifikanten Änderungen starker Gebietsniederschläge bei ECHAM6 und EC-EARTH. Es überwiegen leichte Abnahmen der starken Ge-bietsniederschläge, die südlich der Alpen bei RCP4.5 mit bis zu 5 % und in der Re-gion Ost (2021–2050) bei RCP8.5 mit 6 % noch am deutlichsten ausfallen (ECHAM6). Seltene, leichte Zunahmen finden noch unter RCP8.5 im Nordstau der Alpen sowie vereinzelt in der Region Erzgebirge oder Nordwest statt. Diese Ergeb-nisse stehen im Kontrast zu ECHAM5, das insbesondere in der Projektionsperiode 2071–2100 bis auf eine Ausnahme in allen Regionen des südlichen Mitteleuropas zu einer signifikanten Zunahme der starken Gebietsniederschläge um bis zu 15 % führt. Eine Zweiteilung des Untersuchungsgebietes besteht im Frühjahr. Dabei herrscht weitgehende Modelleinigkeit, sodass im nördlichen Bereich eine Zunahme der starken Gebietsniederschläge ausgewiesen werden kann, während Abnahmen südlich der Alpen auftreten. Die meisten Änderungen weisen jedoch keine Signifi-kanz auf. Eine Ausnahme bildet die signifikante Zunahme der starken Gebietsnie-derschläge im Projektionszeitraum 2071–2100 unter dem RCP8.5-Szenario bei ECHAM6 in den Regionen Nordwest und Erzgebirge um bis zu 12 %. Im Sommer bestehen die meisten signifikanten Zu- und Abnahmen starker Gebietsniederschläge unter ECHAM6, wobei diese bei RCP8.5 am deutlichsten ausfallen: Im Projektions-zeitraum 2021–2050 treten zumeist signifikante Zunahmen bis 10 % für die Regio-nen des Untersuchungsgebiets auf, während im zweiten Zeitraum 2071–2100 signi-fikante Abnahmen um bis zu 16 % bestehen. Die Region Nordwest weist durchge-hend Abnahmen auf, die unter RCP8.5 in beiden Projektionszeiträumen signifikant ausfallen. EC-EARTH und ECHAM5 weisen in dieser Jahreszeit ähnliche Änderun-gen auf. Im Herbst treten zumeist nur insignifikante Änderungen der starken Ge-bietsniederschläge bei allen Modellen auf. Dabei bestehen – ähnlich wie im Sommer – im Zeitraum 2021–2050 überwiegende Zunahmen der starken Gebietsniederschlä-ge, während sie im späteren Projektionszeitraum verbreitet abnehmen. Insgesamt ist keine systematische Erhöhung der Hochwassergefahr aus den Ergebnissen abzulei-ten. Zwischen den beiden Indizes der starken Gebietsniederschläge ergeben sich keine maßgeblichen Differenzen, sodass eine Intensitätssteigerung von Starknieder-schlägen auf Basis der Zirkulationstyphäufigkeiten nicht nachgewiesen werden kann. Ein Vergleich der statistischen Downscalingverfahren der MLR und der Analogme-thode zeigt auf, dass die Ergebnisse im Winter und Sommer von beiden Ansätzen weitgehend bestätigt werden können, während im Herbst und zum Teil im Frühjahr aufgrund der nicht signifikant ausfallenden Änderungen der starken Gebietsnieder-schläge zumeist uneinheitliche Ergebnisse resultieren. Eine auf der Analogmethode aufbauende Extremwertanalyse führt zwar zu insignifikanten Ergebnissen der Ände-rungen der Tages-Niederschlagssummen bei variierenden Wiederkehrintervallen, kann aber dennoch durch vereinzelt vorliegende, systematische Änderungssignale bezüglich der Projektions-zeiträume und/oder Szenarien die prozentualen Änderun-gen der starken Gebiets-niederschläge einiger Regionen aus der MLR und der Ana-logmethode bestätigen, sodass insgesamt davon ausgegangen werden kann, dass im Sommer bei RCP8.5 ein deutliches Klimasignal über die dekadische Klimavariabili-tät dominiert.…