Das Verbundprojekt RESTER ("Strategien zur Reduzierung des Sturmschadenrisikos für Wälder") ist ein vom Land Baden-Württemberg in Auftrag gegebenes Projekt im Rahmen des Programms „Herausforderung Klimawandel“. Es hat zum Ziel, Einflüsse und Auswirkungen des globalen Wandels auf der regionalen Skala im Bezug auf das Sturmklima zu bestimmen.

Im Vorhaben RESTER wird der Einfluss des Klimawandels auf die Stärke und Auftretenswahrscheinlichkeit von Winterstürmen und die zu erwartenden Auswirkungen auf den Waldbestand in Baden-Württemberg untersucht. Im Projektteil, der am IMK bearbeitet wird, werden hierfür regionale Klimasimulationen der Modelle REMO und CLM (angetrieben durch das globale Modell ECHAM5) für den Referenzzeitraum von 1971-2000 und den Projektionszeitraum 2021-2050 ausgewertet. Dabei werden für den Projektionszeitraum die veränderten Klimabedingungen durch veränderte Emissionsszenarien (SRES) berücksichtigt: A1B, A2 und B1. Aus den so erhaltenen Daten erfolgt über extremwertstatistische Ansätze eine Berechnung der Böengeschwindigkeiten für bestimmte Wiederkehrperioden. Durch einen Vergleich der Ergebnisse beider Zeiträume wird die Änderung des Sturmklimas quantifiziert.

Ergebnisse:
Vergleich mit Beobachtungsdaten im Referenzzeitraum
Um die Güte der Modelldaten für den Kontrollzeitraum C20 einschätzen zu können, wurden Ergebnisse der Windgefährdungskarte, die für Deutschland im Rahmen von CEDIM (Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology) erarbeitet wurden, herangezogen (Hoffherr und Kunz, 2009). In Abbildung 1 ist die Böengeschwindigkeit mit einer Wiederkehrperiode von 10 Jahren dargestellt, d.h. statistisch ist zu erwarten, dass alle 10 Jahre diese Windgeschwindigkeiten auftreten. Ergebnisse des Vergleichs:

• Der Einfluss der Orografie tritt im Windfeld deutlich hervor, trotz der geringeren räumlichen Auflösung in REMO.
• Die Böengeschwindigkeit in REMO werden mit ~15 % teils erheblich unterschätzt (gilt auch für andere Regionalmodelle).

Auch wenn eine systematische Unterschätzung der Böengeschwindigkeit vorliegt, wird das vergangene Sturmklima in seiner räumlichen Struktur von den Klimarechnungen realistisch wiedergegeben. Da das Klimaänderungssignal als relative Abweichung der Böengeschwindigkeiten zwischen beiden Zeiträumen untersucht wird, ist die Unterschätzung für die weiteren Auswertungen nicht bedeutsam.

Abbildung 1: Böengeschwindigkeiten für eine Wiederkehrperiode von 10 Jahren nach der CEDIM Windgefährdungskarte und den REMO-Simulationen mit einer Auflösung von 1 km x 1 km bzw. 10 km x 10 km. Die unterschiedlichen Farbskalen sind zu beachten.

Änderung des Sturmklimas
Neben dem regionalen Klimamodell REMO werden zwei von einem anderen regionalen Klimamodell (CLM) stammende Realisierungen herangezogen, um die relativen Änderungen der Sturmtätigkeit zu analysieren. Für den Antrieb der CLM-Simulationen sind dabei zwei verschiedene Realisierungen des globalen Modells eingesetzt worden. Allen in Abbildung 2 gezeigten Daten liegt das A1B Szenario zugrunde.

• Für den nördlichen Bereich zeigt sich eine geringe Zunahme der Böengeschwindigkeit (4–5%) nach REMO und CLM-Lauf 1, aber nicht nach CLM-Lauf 2.
• In der Mitte ist der Trend der Sturmtätigkeit uneindeutig.
• Einig sind sich alle Modelle, dass im Süden kaum eine Änderung des Sturmklimas zu erwarten ist.

Die REMO-Läufe für das B1- und A2-Emissionsszenario zeigen ähnliche Ergebnisse. Die großen Unterschiede der Ergebnisse in CLM bei unterschiedlichen Realisierungen im globalen Modell weisen daraufhin, dass das als Antrieb eingesetzte globale Modell die Ergebnisse auf regionaler Ebene stark beeinflussen. Zusätzlich zeigt sich dass diese Unterschiede größer sind als die zwischen verschiedenen Regionalmodellen mit gleichem Antrieb. 

Abbildung 2: Relative Änderung der Böengeschwindigkeit zwischen Projektions- und Kontrollzeitraum für 10-jährliche Wiederkehrperioden. Dargestellt sind Mittelwert (waagrechte Linie), Standardabweichung (Boxen), Maximum (oberes Ende der senkrechten Linie) und Minimum (unteres Ende der senkrechten Linie) für verschiedene Regionalmodelle mit unterschiedlicher Auflösung (REMO: ~10 km x 10 km und CLM: ~18 km x 18 km). Deutschland wurde in einen nördlichen (> 52,5° N), mittleren (50° N – 52,5° N) und einen südlichen Bereich (< 50° N) unterteilt.

Fazit und Ausblick:
Eine realistische räumliche Wiedergabe von extremen Böengeschwindigkeiten mit regionalen Klimamodellen ist möglich. Jedoch werden die Böengeschwindigkeiten systematisch unterschätzt. Zukünftigen Änderungen im Sturmklima erweisen sich als regional sehr unterschiedlich. Insgesamt konnte nur in Norddeutschland ein klarer Hinweis für eine Zunahme der Sturmtätigkeit zwischen Kontroll- und Projektionszeitraum gefunden werden.
Die Unterschiede zwischen den Modellen zeigen, dass es notwendig für eine fundierte Analyse nicht nur ein globales und regionales Modell herangezogen werden darf, sondern so genannte Ensembles betrachtet werden müssen. Die Benutzung von Regionalmodellen mit hoher räumlicher Auflösung stellt einen wichtigen Schritt dar, um die beobachteten Windstrukturen im Modell zu reproduzieren.