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Forschung und Projekte

 


AXA Research Fund Aktivitäten

Flood risks management: insights and perspectives
How to comprehend Floods in 2014? AXA and academic experts (incl. Prof. Dr. Uwe Ulbrich) from around the world tackle the question in the Round Table that took place on AXA's Annual Ceremony 2014


Initiativen:


Laufende und abgeschlossene Projekte:

MiKlip II ECO

Prof. Dr. Uwe Ulbrich, Dr. Jens Grieger

ECO deckt die Koordination des Modul E ab, integriert dabei individuelle Evaluierungsbemühungen und organisiert wissenschaftlichen Austausch mit anderen Modulen und Arbeitspaketen aus MiKlip II. In Kooperation mit Modul D, und falls erforderlich unter Einbezug individueller Arbeitspakete, wird der notwendige Austausch mit Interessenvertretern zur Orientierung des Evaluierungssystems auf Anforderungen der Endnutzer sichergestellt. Neben der Koordination des Modul E leistet ECO folgenden wissenschaftlichen Beitrag: Da Bias- und Drift-Korrektur für alle Validierungsaktivitäten relevanter wird, implementiert ECO ein Framework zur Drift-Korrektur, unter Verwendung Generalisierter Linearer Modelle (GLM). Der Framework, welcher eine Abhängigkeit der Initialisierungszeit berücksichtigt, wird innerhalb des Central Evaluation System (CES) entwickelt und implementiert. In Zusammenarbeit mit WP E-6 DROUGHTCLIP wird der GLM-basierte Framework auf schiefe und positive Variablen erweitert, um insbesondere die Anwendung für Niederschlag (WP E-2 DAPAGLOCO, WP E-5 PROMISA), Feuchte (WP E-1 MOSQUITO) oderWind zu ermöglichen. Des Weiteren ist die Kalibrierung probabilistischer Vorhersagen zur Verbesserung der Verlässlichkeit für MiKlip II ein wichtiger Aspekt. Verschiedene Kalibrierungs-Ansätze werden in Modul E innerhalb der Arbeitspakete E-8 PROVESIMAC und E-9 CALIBRATION entwickelt. Zusammen mit der Bias- und Drift-Korrektur wird die Kalibrierung der Vorhersagen zu allgemeinen Nachbereitungsmethoden beitragen, welche von ECO koordiniert werden. Es ist anzunehmen, dass Vorhersagegüte nicht allein von der Vorlaufzeit abhängt, sondern in Abhängigkeit der Jahreszeit und/oder der Phase niederfrequenter Klimamoden, wie Atlantic Multidecadal Variability (AMV), Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), und Pacific Decadal Oscillation (PDO), variiert. Eine Abschätzung der Güte, welche entlang dieser Einflussfaktoren stratifiziert wird, ist sowohl ein nützlicher Beitrag zur allgemeinen Abschätzung, als auch zur prozessorientierten Validierung. Daher wird ECO CES plug-ins zur stratifizierten Verifikation implementieren. Ziele • Konzentration auf Endnutzer-Anforderungen bezüglich des Evaluierungssystems für einen Transfer der Vorhersagen in Richtung eines nutzerorientierten operationellen Systems • Entwicklung von Bias- und Drift-Korrektur Frameworks und Koordinierung von Ansätzen zur Kalibrierung probabilistischer Vorhersagen • Implementierung von Frameworks zur stratifizierten Verifikation

MiKlip II STOC

Prof. Dr. Uwe Ulbrich, Prof. Dr. Henning Rust

Während der ersten Phase des Projektes MiKlip wurde für Sturm- und Zyklonenhäufigkeiten eine positive Vorhersagegüte in den probabilisitischen Vorhersagen des MiKlip-Systems gefunden. Diese positive Vorhersagegüte gibt es sowohl gegenüber den klimatologischen Vorhersagen als auch gegenüber uninitialisierten, historischen Simulationen. Das Projekt STOC zielt auf ein besseres Verständnis der Mechanismen, die zu dieser Vorhersagegüte führen. Vieljährige Schwankungen im Ozean sind eine Basis für dekadische Vorhersagen. Es ist bekannt, dass eine Verstärkung der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik eine erhöhte Baroklinität induziert, was die Entwicklung Europäischer Stürme begünstigt (Nissen et al., 2014).  STOC untersucht die Beziehung zwischen dem Zustand des Ozeans, hier insbesondere des Nordatlantiks, und Europäischen Stürmen im dekadischen Vorhersagesystem MiKliP. Für die Sturmentwicklung relevante ozeanische Variable und damit verbundene Zeitskalen werden identifiziert und dienen als Grundlage für die Modellvalidierung bezüglich jener ozeanischen Prozesse, die zur Entwicklung Europäischer Stürme  beitragen. (Kooperation mit dem Projekt VALOCEAN) STOC analysiert inwieweit die Wiedergabe der identifizierten, ozeanischen Prozesse im Vorhersagesystem die Vorhersagegüte Europäischer Stürme und extratropischer Zyklonen beeinflusst. Das führt zu einem besseren Verständnis der Vorhersagegüte des operationellen Vorhersagesystems  bzgl. Winterstürmen und eröffnet die Möglichkeit Ozeanzustände zu identifizieren, die zu einer höheren Vorhersagegüte führen. Ziele Ziel des Projektes STOC ist es, die Wechselwirkungen zwischen dem Ozeanzustand und der Aktivität von Europäischen Winterstürmen auf dekadischer Zeitskala zu analysieren. Damit trägt STOC zu prozessorientierten Studien zur Güte dekadischer Sturmvorhersagen bei. Relevante Ozeanparameter und Zustände des Nordatlantiks, die die Entwicklung von Winterstürmen begünstigen,  sollen sowohl in beobachtungsnahen Datensätzen als auch im MiKlip-Modellsystem identifiziert werden. Für das Zentrale Evaluierungssystem werden Plug-Ins zur Berechnung beteiligter Größen implementiert. Die Ergebnisse fliesen in die stratifizierte Verifikation von Wintersturmvorhersagen ein. So trägt STOC zum besseren Verständnis und zur Verbesserung des operationellen MiKlip-Systems bei. Im Einzelnen werden folgende drei Projektziele verfolgt: 1. Atmosphäre-Ozean-Wechselwirkungen in Reanalyse-Datensätzen Der Reanalyse-Datensatz „20th century reanalysis“ (20CR) wird bezüglich Ozean-Sturm-Wechselwirkungen im Nordatlantischen Raum ausgewertet. Aufgrund der beschränkten ozeanischen Parameter dieser Reanalyse beziehen sich die Wechselwirkung hier ausschließlich auf Meeresoberflächentemperaturen. Ozean-Sturm-Wechselwirkungen gibt es auf verschiedenen Zeitskalen (Nissen et al., 2014), und diese sind potentiell modellabhängig. Zeitskalen der Kovariabilitäten und damit verbundene Muster in den Meeresoberflächentemperaturen werden identifiziert. In Kooperation mit VALOCEAN wird das MiKlip-Modell-System bezüglich ozeanischer Mechanismen, die zu sturmrelevanten Mustern in den Meeresoberflächentemperaturen führen,  evaluiert. 2. Atmosphäre-Ozean-Wechselwirkungen im Erdsystemmodell MPI-ESM Ozean-Sturm-Wechselwirkungen werden in der vorindustriellen Kontrollsimulation des Klimamodells MPI-ESM untersucht. Im Fokus steht dabei die Beziehung zwischen der Verstärkung der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik und der Häufigkeit Europäischer Stürme auf der dekadischen Zeitskala. Kovariabilitäten von ozeanischer Parameter und dem Auftreten von Winterstürmen werden für verschiedene Zeitskalen analysiert und mit der beobachteten Beziehung verglichen. 3. Analyse der Vorhersagegüte für Winterstürmen in den dekadischen Hindcasts Die vorherige Ergebnisse werden miteinander in Verbindung gebracht und geprüft, inwieweit die gefundenen ozeanischen Prozesse zu einer Vorhersagbarkeit Europäischer Stürme auf der dekadischen Skala führen; zusammen mit dem Projekt VALOCEAN werden die initialisierten dekadischen Hindcasts auf das Vorhandensein dieser ozeanischen Prozesse untersucht. Basierend auf dem im Projekt ECO entwickelten Konzept wird eine stratifizierte Verifikation bezüglich Europäischer Winterstürme  entlang relevanter ozeanischer Parameter durchgeführt.