@phdthesis{Murawski2017,
  author    = {Murawski, Aline},
  title     = {Trends in precipitation over Germany and the Rhine basin related to changes in weather patterns},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412725},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {112},
  year      = {2017},
  abstract  = {Niederschlag als eine der wichtigsten meteorologischen Gr{\"o}ßen f{\"u}r Landwirtschaft, Wasserversorgung und menschliches Wohlbefinden hat schon immer erh{\"o}hte Aufmerksamkeit erfahren. Niederschlagsmangel kann verheerende Auswirkungen haben, wie z.B. Missernten und Wasserknappheit. {\"U}berm{\"a}ßige Niederschl{\"a}ge andererseits bergen jedoch ebenfalls Gefahren in Form von Hochwasser oder Sturzfluten und wiederum Missernten. Daher wurde viel Arbeit in die Detektion von Niederschlags{\"a}nderungen und deren zugrundeliegende Prozesse gesteckt. Insbesondere angesichts von Klimawandel und unter Ber{\"u}cksichtigung des Zusammenhangs zwischen Temperatur und atmosph{\"a}rischer Wasserhaltekapazit{\"a}t, ist großer Bedarf an Forschung zum Verst{\"a}ndnis der Auswirkungen von Klimawandel auf Niederschlags{\"a}nderungen gegeben. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, vergangene Ver{\"a}nderungen in Niederschlag und anderen meteorologischen Variablen zu verstehen. F{\"u}r verschiedene Zeitr{\"a}ume wurden Tendenzen gefunden und mit entsprechenden Ver{\"a}nderungen in der großskaligen atmosph{\"a}rischen Zirkulation in Zusammenhang gebracht. Die Ergebnisse dieser Arbeit k{\"o}nnen als Grundlage f{\"u}r die Attributierung von Hochwasserver{\"a}nderungen zu Klimawandel genutzt werden. Die Annahmen f{\"u}r die Maßstabsverkleinerung („Downscaling") der Daten von großskaligen Zirkulationsmodellen auf die lokale Skala wurden hier getestet und verifziert. In einem ersten Schritt wurden Niederschlagsver{\"a}nderungen in Deutschland analysiert. Dabei lag der Fokus nicht nur auf Niederschlagssummen, sondern auch auf Eigenschaften der statistischen Verteilung, {\"U}bergangswahrscheinlichkeiten als Maß f{\"u}r Trocken- und Niederschlagsperioden und Extremniederschlagsereignissen. Den r{\"a}umlichen Fokus auf das Rheineinzugsgebiet, das gr{\"o}ßte Flusseinzugsgebiet Deutschlands und einer der Hauptwasserwege Europas, verlagernd, wurden nachgewiesene Ver{\"a}nderungen in Niederschlag und anderen meteorologischen Gr{\"o}ßen in Bezug zu einer „optimierten" Wetterlagenklassifikation analysiert. Die Wetterlagenklassifikation wurde unter der Maßgabe entwickelt, die Varianz des lokalen Klimas bestm{\"o}glich zu erkl{\"a}ren. Die letzte hier behandelte Frage dreht sich darum, ob die beobachteten Ver{\"a}nderungen im lokalen Klima eher H{\"a}ufigkeits{\"a}nderungen der Wetterlagen zuzuordnen sind oder einer Ver{\"a}nderung der Wetterlagen selbst. Eine gebr{\"a}uchliche Annahme f{\"u}r einen Downscaling-Ansatz mit Hilfe von Wetterlagen und einem stochastischen Wettergenerator ist, dass Klimawandel sich allein durch eine Ver{\"a}nderung der H{\"a}ufigkeit von Wetterlagen ausdr{\"u}ckt, die Eigenschaften der Wetterlagen dabei jedoch konstant bleiben. Diese Annahme wurde {\"u}berpr{\"u}ft und die F{\"a}higkeit der neuesten Generation von Zirkulationsmodellen, diese Wetterlagen zu reproduzieren, getestet. Niederschlagsver{\"a}nderungen in Deutschland im Zeitraum 1951-2006 lassen sich zusammenfassen als negativ im Sommer und positiv in allen anderen Jahreszeiten. Verschiedene Niederschlagscharakteristika best{\"a}tigen die Tendenz in den Niederschlagssummen: w{\"a}hrend mittlere und extreme Niederschlagstageswerte im Winter zugenommen haben, sind auch zusammenh{\"a}ngende Niederschlagsperioden l{\"a}nger geworden (ausgedr{\"u}ckt als eine gestiegene Wahrscheinlichkeit f{\"u}r einen Tag mit Niederschlag gefolgt von einem weiteren nassen Tag). Im Sommer wurde das Gegenteil beobachtet: gesunkene Niederschlagssummen, untermauert von verringerten Mittel- und Extremwerten und l{\"a}ngeren Trockenperioden. Abseits dieser allgemeinen Zusammenfassung f{\"u}r das gesamte Gebiet Deutschlands, ist die r{\"a}umliche Verteilung von Niederschlagsver{\"a}nderungen deutlich heterogener. Vermehrter Niederschlag im Winter wurde haupts{\"a}chlich im Nordwesten und S{\"u}dosten Deutschlands beobachtet, w{\"a}hrend im Fr{\"u}hling die st{\"a}rksten Ver{\"a}nderungen im Westen und im Herbst im S{\"u}den aufgetreten sind. Das saisonale Bild wiederum l{\"o}st sich f{\"u}r die zugeh{\"o}rigen Monate auf, z.B. setzt sich der Anstieg im Herbstniederschlag aus deutlich vermehrtem Niederschlag im S{\"u}dwesten im Oktober und im S{\"u}dosten im November zusammen. Diese Ergebnisse betonen die starken r{\"a}umlichen Zusammenh{\"a}nge der Niederschlags{\"a}nderungen. Der n{\"a}chste Schritt hinsichtlich einer Zuordnung von Niederschlagsver{\"a}nderungen zu {\"A}nderungen in großskaligen Zirkulationsmustern, war die Ableitung einer Wetterlagenklassifikation, die die betrachteten lokalen Klimavariablen hinreichend stratifizieren kann. Fokussierend auf Temperatur, Globalstrahlung und Luftfeuchte zus{\"a}tzlich zu Niederschlag, wurde eine Klassifikation basierend auf Luftdruck, Temperatur und spezifischer Luftfeuchtigkeit als am besten geeignet erachtet, die Varianz der lokalen Variablen zu erkl{\"a}ren. Eine vergleichsweise hohe Anzahl von 40 Wetterlagen wurde ausgew{\"a}hlt, die es erlaubt, typische Druckmuster durch die zus{\"a}tzlich verwendete Temperaturinformation einzelnen Jahreszeiten zuzuordnen. W{\"a}hrend die F{\"a}higkeit, Varianz im Niederschlag zu erkl{\"a}ren, relativ gering ist, ist diese deutlich besser f{\"u}r Globalstrahlung und nat{\"u}rlich Temperatur. Die meisten der aktuellen Zirkulationsmodelle des CMIP5-Ensembles sind in der Lage, die Wetterlagen hinsichtlich H{\"a}ufigkeit, Saisonalit{\"a}t und Persistenz hinreichend gut zu reproduzieren. Schließlich wurden dieWetterlagen bez{\"u}glich Ver{\"a}nderungen in ihrer H{\"a}ufigkeit, Saisonalit{\"a}t und Persistenz, sowie der Wetterlagen-spezifischen Niederschl{\"a}ge und Temperatur, untersucht. Um Unsicherheiten durch die Wahl eines bestimmten Analysezeitraums auszuschließen, wurden alle m{\"o}glichen Zeitr{\"a}ume mit mindestens 31 Jahren im Zeitraum 1901-2010 untersucht. Dadurch konnte die Annahme eines konstanten Zusammenhangs zwischen Wetterlagen und lokalem Wetter gr{\"u}ndlich {\"u}berpr{\"u}ft werden. Es wurde herausgefunden, dass diese Annahme nur zum Teil haltbar ist. W{\"a}hrend Ver{\"a}nderungen in der Temperatur haupts{\"a}chlich auf Ver{\"a}nderungen in der Wetterlagenh{\"a}ufigkeit zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind, wurde f{\"u}r Niederschlag ein erheblicher Teil von Ver{\"a}nderungen innerhalb einzelner Wetterlagen gefunden. Das Ausmaß und sogar das Vorzeichen der Ver{\"a}nderungen h{\"a}ngt hochgradig vom untersuchten Zeitraum ab. Die H{\"a}ufigkeit einiger Wetterlagen steht in direkter Beziehung zur langfristigen Variabilit{\"a}t großskaliger Zirkulationsmuster. Niederschlagsver{\"a}nderungen variieren nicht nur r{\"a}umlich, sondern auch zeitlich - Aussagen {\"u}ber Tendenzen sind nur in Bezug zum jeweils untersuchten Zeitraum g{\"u}ltig. W{\"a}hrend ein Teil der Ver{\"a}nderungen auf {\"A}nderungen der großskaligen Zirkulation zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist, gibt es auch deutliche Ver{\"a}nderungen innerhalb einzelner Wetterlagen. Die Ergebnisse betonen die Notwendigkeit f{\"u}r einen sorgf{\"a}ltigen Nachweis von Ver{\"a}nderungen m{\"o}glichst verschiedene Zeitr{\"a}ume zu untersuchen und mahnen zur Vorsicht bei der Anwendung von Downscaling-Ans{\"a}tzen mit Hilfe von Wetterlagen, da diese die Auswirkungen von Klimaver{\"a}nderungen durch das Vernachl{\"a}ssigen von Wetterlagen-internen Ver{\"a}nderungen falsch einsch{\"a}tzen k{\"o}nnten.},
  language  = {en}
}