EPISODES EPISODES ist ein empirisch-statistisches Downscalingverfahren (ESD) des Deutschen Wetterdienstes (https://www.dwd.de).

EPISODES ist ein empirisch-statistisches Downscalingverfahren (ESD) des Deutschen Wetterdienstes (https://www.dwd.de). EPISODES wurde ursprünglich für die Regionalisierung von globalen Klimamodellprojektionen für Zeiträume über mehrere Dekaden entwickelt. Inzwischen wird es außerdem operationell in der Klimavorhersagenkette für die Zeitskala von Wochen bis zu Jahren eingesetzt (https://www.dwd.de/klimavorhersagen). EPISODES stellt Zeitreihen mit Tagesdaten in Form von Daten im Rasterformat zur Verfügung.

Aktuell sind die meteorologischen Elemente Minimum-, Mittel-, Maximum-2m-Temperatur, Tagesmittel der relativen Feuchte, die Tagessumme des Niederschlags, die Tagessumme der Globalstrahlung, das Tagesmittel der Bewölkung, Tagesmittel des auf Meereshöhe reduzierten Luftdruckes und das Tagesmittel des Windes im erzeugten Gitterdatensatz enthalten. Datensätze wer-den für das Gebiet Deutschlands bereitgestellt. Datensätze für die Gebiete aller Einzugsgebiete der nach Deutschland entwässernden Flüsse sowie die Staaten Österreich, Schweiz und Dänemark sind in der Entwicklung. Die bereitgestellten Daten haben räumliche Auflösungen von 5 km und 12.5 km Gitterweite.

Methodik

Die Methodik ist in KREIENKAMP et al. (2019) beschrieben. EPISODES ist ein zweistufiges Verfahren. Die erste Stufe führt eine Regionalisierung („Downscaling“) von Ergebnissen eines globalen Klimamodells (GCM) von der europäischen Skala auf die regionale Skala (zum Beispiel Nordost-deutschland) durch. Für das Downscaling kommt ein Perfect-Prognosis-Ansatz auf der Grundlage von analogen Fällen mit nachfolgender Regression zum Einsatz. Ausgangspunkt für die Entwicklung der Regressionsgleichungen sind Daten aus Reanalysen. Im Rahmen der Vorbereitung (Preprocessing) werden die atmosphärischen Felder aus den Reanlaysen und des zu verarbeitenden GCMs auf ein einheitliches Gitter übertragen. Dabei werden Informationen des Geopotentials, der Tempera-tur und der Feuchte in der unteren Atmosphäre auf den Geopotentialniveaus 1000, 850, 700 und 500 hPa genutzt. Auf Grundlage dieser Werte werden abgeleitete Informationen wie die geostro-phische Wirbelstärke (Vorticity) oder relative Topographien berechnet. Zur Reduktion systematischer Fehler werden die Gitterpunktwerte in Anomalien zum mittleren Zustand (1971 – 2000 für jeden Julianischen Tag) umgerechnet. Ein Screening-Verfahren sucht die optimale Kombination aus zwei Feldern, die für die Analogiesuche genutzt werden. Das Screening erfolgt auf der Basis einer Kreuzvalidierung (5-fold-cross-validation). Aus dem gesamten Reanalysedatensatz werden anhand der beiden selektierten Felder in einem Rahmen von ± 20 Julianischen Tagen um den Zieltag die 35 ähnlichsten Tage bestimmt und für die nachfolgende Regression eingesetzt. Beim Niederschlag erfolgt der Einsatz der Regression nur, wenn an mindestens 12 der ähnlichsten 35 Tage aus dem Reanalysedatensatz Niederschlag beobachtet worden ist, ansonsten wird dem Zieltag kein Niederschlag zugeordnet. Wenn die vorab genannte Bedingung Niederschlagstag erfüllt ist, erfolgt die Entwicklung einer Regression auf der Basis logarithmustransformierter Werte aller gewählten Archivtage mit Niederschlag. Für die Bearbeitung des oben genannten Gesamtgebietes erfolgt dieser Schritt für mehrere Teilregionen. Im Ergebnis liegt ein zeitlicher Verlauf täglicher Werte für die gewählten Hauptparameter vor. Diese bilden die Grundlage für den zweiten Schritt.

Mit den Ergebnissen des gerade beschriebenen ersten Schritts erzeugt ein Wettergenerator eine synthetische Zeitreihe für alle genannten meteorologischen Elemente für das gesamte oben genannte Gebiet. Im Gegensatz zu STARS (https://klimanavigator.eu/dossier/artikel/034262/index.php) und WETTREG (https://klimanavigator.eu/dossier/artikel/034288/index.php) werden in EPISODES nicht mehr die beobachteten Werte im Beobachtungsniveau durch den Wettergenerator verbaut. Vor dem Arbeitsschritt Wettergenerator erfolgt für die genutzte Zeitreihe eine Trennung von mittlerem Klimasignal und kurzfristiger Variabilität. Mit den Ergebnissen des Downscaling-Schrittes werden für die meteorologischen Elemente tiefpassgefilterte Jahresgänge (± 15 Tage und ± 5 Jahre) berechnet. Diese Jahresgänge beschreiben den Klimatrend. Der Wettergenerator nutzt auf Basis des beobachteten mittleren Jahresganges erzeugte Anomaliewerte der Elemente. Mit den erzeugten Anomalieperioden wird die kurzfristige Variabilität beschrieben. Diese werden in Verbindung mit den auf Basis des Downscaling-Schrittes erzeugten Jahresgängen genutzt, um neue synthetische Zeitreihen zu erzeugen. Somit sind deutlich veränderte mittlere Niveaus und neue Extremwerte möglich. Da eine erweiterte tägliche Analyse und Extraktion der GCM-Daten erfolgt, kann zielgerichteter auf mehrjährige Schwankungen in den GCM-Ergebnissen, aber auch auf Verschiebungen in den Jahreszeiten eingegangen werden.

Verfügbarkeit von EPISODES-Daten

Die EPISODES-Daten werden über das ESGF-Portal des Deutschen Wetterdienstes bereitgestellt. Daten der Klimavorhersagen finden Sie unter: https://esgf.dwd.de/search/climatepredictionsde; die der Klimaprojektionen https://esgf.dwd.de/search/episodes.