INTERGEO Agenda - deutsch

Unter der Annahme, dass ein sich erwärmendes Klima zu einer Intensivierung des globalen Wasserkreislaufs führt, wird erwartet, dass auch die Häufigkeit und Intensität von Extremereignissen (Dürre und Flut) in den kommenden Jahrzehnten zunehmen werden. GRACE/-FO Beobachtungen der terrestrischen Wasserspeicherung (TWS) wurden bereits dafür genutzt, Extremereignisse sowohl auf globaler als auch auf regionaler Ebene zu identifizieren und analysieren. Diese Analysen sind jedoch durch die begrenzte räumliche und zeitliche Auflösung der Satellitenbeobachtungen eingeschränkt. Insbesondere Hochwasserereignisse treten meist sehr lokal auf und sind von kurzer Dauer (unter einem Monat), was ihre Erfassung erschwert. Zukünftige Satellitengravimetrie-Missionen, insbesondere die Doppelpaar-Konstellation MAGIC, werden die räumliche und zeitliche Auflösung voraussichtlich deutlich verbessern. In dieser Studie untersuchen wir daher mithilfe langfristiger (50-jähriger) End-to-End-Simulationen von GRACE-C und MAGIC auf globaler Ebene die Verbesserungen, die insbesondere MAGIC bei der Erkennung feuchter Extremereignisse erzielen kann.

Die Simulationsumgebung basiert auf dem Beschleunigungsansatz und berücksichtigt gemäß den aktuellen Entwurfsstudien zur MAGIC-Mission sowohl gezeitenbedingte als auch nicht-gezeitenbedingte Hintergrundmodellfehler sowie das Instrumentenrauschen der Beschleunigungs- und Entfernungsmessgeräte. Als Input- und Referenzdatensatz verwenden wir tägliche Ergebnisse eines Klimamodells (GFDL-CM4) aus dem CMIP6-Archiv, das in früheren Studien als realistische Darstellung der Wasserspeicherungsentwicklung identifiziert wurde. Um die von der MAGIC-Konstellation erwartete verbesserte zeitliche und räumliche Auflösung zu untersuchen, vergleichen wir (i) Extremwerte, die aus 5-tägigen Gravitationsfeldsimulationen abgeleitet wurden, mit denen aus monatlichen Feldern, und (ii) zeigen, wie sich die für MAGIC erforderliche schwächere räumliche Filterung positiv auf die Erkennbarkeit von Extremereignissen auswirkt.

Zur Analyse werden zwei verschiedene Ansätze verwendet: Eine Methode konzentriert sich ausschließlich auf die stochastischen Eigenschaften der Zeitreihen im Sinne der Extremwerttheorie und bewertet das Intensitäts-Frequenz-Verhältnis hoher TWS-Werte durch die Berechnung der erwarteten Return Levels feuchter Extreme. Der andere Ansatz nutzt die Tatsache, dass eine 50-jährige Simulationszeitreihe statistisch aussagekräftige Schlussfolgerungen aus dem direkten Vergleich von Referenz- und Simulationsergebnissen auf Zeitreihenebene ermöglicht. Dabei wird der Zeitpunkt des Auftretens von Extremen auf der Grundlage von Klassifizierungs-Scores, die korrekt und falsch identifizierte Extremereignisse berücksichtigen, bewertet.