Universität zu Köln

Piecha, Kristina (2009). Statistisch-dynamische Regionalisierung von Niederschlag und Evapotranspiration für den Hohen Atlas in Marokko. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Mit Hilfe des mesoskaligen meteorologischen Modells FOOT3DK und eines Erkennungsverfahrens der sogenannten Circulation Weather Types (CWTs) wird eine statistisch-dynamische Regionalisierung des Niederschlags und der Evapotranspiration für das Drâatal südlich des Hohen Atlas in Marokko durchgeführt. Damit können Informationen über das Niederschlags- und Evapotranspirationsverhalten während eines zukünftigen Zeitraums gewonnen werden. Zu diesem Zweck wird FOOT3DK zunächst an die Simulationsregion angepasst. Darüber hinaus wird die Anzahl der möglichen Landnutzungsklassen auf 17 vergrößert und eine erweiterte Karte der Bodenarten in das FOOT3DK-Kataster implementiert. Anschließend wird die Sensitivität der Evapotranspiration hinsichtlich verschiedener Parameter untersucht und die Ergebnisse bei den darauf folgenden Simulationen berücksichtigt. Für die statistisch-dynamische Regionalisierung wird eine objektive Klassifikation der bodennahen Strömung in CWTs durchgeführt. Die dazu benötigten Bodendruckdaten stammen aus Reanalyse- und Modelldaten. Die Modelldaten basieren dabei auf verschiedenen SRES-Szenarien - A1B und B1. Im Folgenden werden Repräsentanten (Episodensimulationen von jeweils 24 Stunden Länge) für die verschiedenen CWTs bestimmt. Es werden Repräsentanten mit und Repräsentanten ohne Niederschlag im Untersuchungsgebiet nachsimuliert. Eine Validierung wird für das Jahr 2002 vorgenommen, weil für dieses Jahr Messwerte verschiedener Klimastationen im Simulationsgebiet und Antriebsdaten für FOOT3DK zur Verfügung stehen. Die Rekombination von Niederschlag und Evapotranspiration berücksichtigt die Häufigkeitsverteilung der verschiedenen CWTs und deren Wahrscheinlichkeit, mit bzw. ohne Niederschlag aufzutreten. Das sich ergebende Niederschlagsmuster liefert eine realistische Verteilung, die mit dem gemessenen Stationsniederschlag gut übereinstimmt. Die Differenz zwischen dem summierten Stationsniederschlag und dem summierten rekombinierten Niederschlag der den Stationen zugeordneten Gittermaschen für 2002 beträgt lediglich 1,1 mm. Der Hohe Atlas und die angrenzenden Berge sind als Niederschlagsgrenzen erkennbar. Die Niederschlagsabnahme von Nord nach Süd wird ebenfalls in der Rekombination wiedergegeben. Auch die räumliche Verteilung der Evapotranspiration liefert realistisch erscheinende Ergebnisse, die aber nur schwierig zu bewerten sind. Es werden kaum Messungen der Verdunstung in der Region vorgenommen, obwohl die Verdunstung ein wichtiger Teil des hydrologischen Kreislaufs ist. Anschließend wird die Methode für einen zukünftigen Zeitraum für die SRES-Szenarien A1B und B1 angewendet. Ein Vergleich der CWT-Verteilung der Reanalysen und der Kontrollperiode der zusammengefassten CWTs von 1970 bis 1999 zeigt eine gute Übereinstimmung. Es werden zunächst die Änderungen der CWT-Häufigkeiten zwischen Kontroll- und Forcingperiode der REMO-Daten untersucht. Die Klassifikation der CWTs liefert erste Hinweise auf die zu erwartenden Niederschlagstendenzen, da sich dabei signifikante Änderungen in der Häufigkeit der verschiedenen CWTs ergeben. Im Anschluß wird die statistisch-dynamische Regionalisierung von Niederschlag und Evapotranspiration durchgeführt. Für den Niederschlag ergibt sich dabei eine signifikante Zunahme von bis zu 20 mm pro Jahr im nordöstlichen Bereich des Drâaeinzugsgebiets. Auf der Nordseite des Hohen Atlas zeigt sich dagegen eine signifikante Abnahme des Niederschlags für den betrachteten Zeitraum (bis zu 30 mm weniger pro Jahr). Die Evapotranspiration nimmt fast im gesamten Gebiet signifikant ab. Die Ergebnisse der statistisch-dynamischen Regionalisierung auf Grundlage der SRES-Szenarien A1B und B1 deuten auf Grund der leicht zunehmenden Niederschläge im nordöstlichen Bereich des Drâaeinzugsgebiets bis zur Mitte des Jahrhunderts darauf hin, dass es zu keiner groß en Veränderung im Eintrag von Wasser in den Mansour Eddahbi kommt. Wenn nur der Niederschlag betrachtet wird, wird die Wasserverfügbarkeit auf dem heutigen Niveau bleiben. Unter der Berücksichtigung weiterer Faktoren ist aber ein Rückgang wahrscheinlicher.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Statistical-dynamical downscaling of precipitation and evapotranspiration for the High Atlas in Morocco English
Translated abstract:	Abstract Language With the mesoscale meteorological model FOOT3DK and a classification method for so-called Circulation Weather Types (CWTs), a statistical-dynamical downscaling of precipitation and evapotranspiration is accomplished for the Drâa valley south of the High Atlas in Morocco. With this, information on the behaviour of precipitation and evapotranspiration in a future period can be obtained. To this end, FOOT3DK is first of all adjusted to the simulation area. Additionally, the number of possible land use classes is enlarged to 17, and an extended map of soil types is implemented into the cadastre of FOOT3DK. Subsequently, the sensitivity of evapotranspiration with respect to different parameters is determined, and the results are included in the ensuing simulations. For the statistical-dynamical downscaling an objective classification of the ground-level flow in CWTs is conducted. The mean sea level pressure data required for this are taken from reanalysis- and model data. The model data are based on two different SRES scenarios - A1B and B1. In the following, representatives (i.e. simulations of 24-hour episodes) for the different CWTs are determined; representatives with and representatives without rain in the investigation area are modelled. A validation is conducted for the year 2002 since measured data of various climate stations in the simulation area, in addition to the forcing data for FOOT3DK, are available for this year. The recombination of precipitation and evapotranspiration takes into account the frequency distribution of the various CWTs, as well as their probability to occur with and without rain. The resulting precipitation pattern exhibits a realistic distribution which is in good agreement with the measured precipitation. The difference between the total measured precipitation and the total recombined precipitation of the station-related grid meshes is merely 1.1 mm for 2002. The High Atlas and the adjacent mountains can be identified as precipitation borders. The decrease in precipitation from north to south is reproduced by the recombination, too. Also, the spatial distribution of evapotranspiration delivers results which appear realistic enough, but they are only evaluated with difficulty; hardly any evaporation measurements are performed in this region, although evaporation is an important part of the hydrological cycle. Subsequently, the method is applied to a future time period for the SRES scenarios A1B and B1. Comparison of the CWT distribution of the reanalyses to the control period of the combined CWTs from 1970 to 1999 shows a good agreement. Firstly, changes in the frequency of occurence of the CWTs based on REMO between control and forcing period are determined. The classification of CWTs provides first indications for the precipitation tendencies to be expected, because significant changes arise in the frequency of the various CWTs. Secondly, the statistical-dynamical downscaling of precipitation and evapotranspiration is accomplished. A significant increase of up to 20 mm per year results for the precipitation in the north-eastern region of the Drâa catchment. In contrast, a significant decrease of precipitation is apparent in the north of the High Atlas for the investigated period (up to 30 mm less per year). Evapotranspiration decreases significantly in virtually the entire area. The results of the statistical-dynamical downscaling based on the SRES scenarios A1B and B1 suggest that there will be no major changes in the inflow of water in the Mansour Eddahbi, due to a slight increase in precipitation in the north-eastern region of the Drâa catchment until the middle of the century. If merely precipitation was taken into account, water availability would remain at a similar scale as today. Considering further criteria, a decrease is more probable. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Piecha, Kristina triplebz@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-29231
Date:	2009
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Institute for Geophysics and Meteorology
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Statistisch-dynamische Regionalisierung , Marokko , Hoher Atlas , Niederschlag , Evapotranspiration German Statistical-dynamical downscaling , Morocco , High Atlas , Precipitation , Evapotranspiration English
Date of oral exam:	22 October 2009
Referee:	Name Academic Title Kerschgens, Michael J. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2923