Klimaeffekter på vinter- og sommermaksimum afstrømninger i vandløb Danske Vandløb Seminar, Gefion Sorø, 19. Marts 2015 Klimaeffekter på vinter- og sommermaksimum afstrømninger i vandløb Seniorrådgiver Hans Jørgen Henriksen Professor Torben O Sonnenborg Professor Jens Christian Refsgaard GEUS Præsenter dig selv (mit navn) Hydrologisk afdeling, GEUS Projektleder på KFT grundvandsmodellering (PRECIOUS, NONAM, CLIWAT)

Disposition Metode - Hvordan har vi lavet beregningerne? Resultater Klimafremskrivninger National vandressource model Ekstremværdianalyse Resultater Ændret max afstrømning - klimafaktorer Usikkerheder Hvor finder I resultaterne? Relevans – er det de resultater I har brug for? Konklusioner

Beregning af klimaændringers effekt på hydrologi Metode (1/9) Beregning af klimaændringers effekt på hydrologi Nutidigt klima (1961-90) Ned-skalering (1991-2010) Fremtidigt klima (2021-50) Modeller Global 100-250 km Regional 10-25 km Hydrologisk 50-500 m Skala

Klimafremskrivninger Metode (2/9) Klimafremskrivninger Assessment Reports Emissions scenarie: A1B Periode: 2021-2050 IPCC and CRES (2014)

Klimafremskrivninger Metode (3/9) Klimafremskrivninger Lille forskel frem til 2050 Forskel på klimamodeller Usikkerhed på klimaberegninger  Brug flere klimamodeller

Klimadata Metode (4/9) Observations data 1991-2010 10 km grid data fra DMI Fremtidsperiode 2021-2050 25 km data fra klimamodeller (RCM) konverteret til 10 km grid IPCC4 scenarie A1B – ENSEMBLES projektet Data Daglige værdier af P, T, RefET Seaby et al. (2013)

Bias korrektion af output fra klimamodeller nødvendig Metode (5/9) Bias korrektion af output fra klimamodeller nødvendig Bias (model - observeret) på årlig nedbør for 1991-2010 Seaby et al. (submitted)

Den Nationale Vandressourcemodel (DK-model) Metode (6/9) Den Nationale Vandressourcemodel (DK-model) Modelsystem – MIKE SHE/MIKE11 3D grundvands-strømninger 2D overfladisk afstrømning Drænstrømning 1D vandløbs-beskrivelse (routing) 1D umættet zone, two-layer modul (fordampningsberegning) DK-model opsætning Syv delmodeller Horisontal opløsning: 500 m Vertikal opløsning: varierende antal lag og tykkelse 16.000 km vandløb beskrevet med MIKE 11 Data fra nationale databaser om klima, geologi, jordtyper, arealanvendelse, vandindvinding, vandføringer, grundvandstrykniveauer www.vandmodel.dk

Ekstremværdi-analyser Metode (7/9) Ekstremværdi-analyser Peak Over Threshold (POT) Annual Maxima Series (AMS) Software til ekstremværdianalyserne: EVA fra DHI Konsulent til usikkerhedsanalyserne: Henrik Madsen, DHI

Ekstremværdi-analyser Metode (8/9) Ekstremværdi-analyser 30 års vandføringer beregnet med DK model Analyser for alle (250) vandføringsstationer Ekstremværdianalyser Udvælg max vandføringer (Peak Over Threshold – POT) Tilpas sandsynlighedsfordeling (3 parameter generalised pareto fordeling) Estimer extremhændelser for gentagelsesperioderne T = 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 år Estimer konfidensgrænser for ekstremhændelser Gennemføres med data fra flere klimamodeller Hele landet: 3 klimamodeller (våd, medium, tør) Sjælland og Midtjylland: 9 klimamodeller

Klimafaktor Metode (9/9) Definition: Klimafaktor = Forhold mellem fremtidig og nutidig max afstrømninger Eks: Klimafaktor = 1,5  Afstrømning 50% større i 2021-2050 sammenlignet med 1961-1990 Klimafaktorer beregnes for alle 250 stationer og for alle gentagelsesperioder Usikkerhed på klimafaktorer beregnes – jo flere klimamodeller der inddrages jo mere sikker bliver estimatet på klimafaktoren

Klimafaktorer for året Resultater (1/7) Klimafaktorer for året Ændring i max Q (T=100 år)

Resultater (2/7) Klimafaktorer – regionale forskelle Mulig forklaring: Hydrogeologiske forskelle Klimafaktor – max afstrømning Øget grundvandsdannelse GEUS Rapport 2014/38 GEUS Rapport 2012/116

Klimafaktorer for året og for sommerperioden Resultater (3/7) Klimafaktorer for året og for sommerperioden T = 100 år (01/01- 31/12) Ændring i max Q (T=10 år/sommer) T = 10 år (01/05- 01/10) Ændring i max Q (T=100 år/året)

Usikkerheder på klimafaktorer Resultater (4/7) Usikkerheder på klimafaktorer Trykkevælde Skjern Klimafaktor for 2021-2050 sammenlignet med referenceperioden 1961-1990

Usikkerhedsbånd på klimafaktorer (T=100 år; max afstrømning) Resultater (5/7) Usikkerhedsbånd på klimafaktorer (T=100 år; max afstrømning) Midtjylland og Sjælland: 9 klimamodeller  lille usikkerhed Resten af landet: 3 klimamodeller  stor usikkerhed

Resultater (6/7) Aggregerede klimafaktorer for året og for sommerperioden (T=10 og 100 år) T = 10 år (01/01- 31/12) T = 10 år (01/05- 01/10) Resultater T = 100 år, aggregeret: Klimafaktor 100 årshændelse Sjælland Øerne Fyn Sydjylland Midtjylland Nordjylland Bornholm Hele året 1,55 1,54 1,60 1,24 1,19 1,10 2,98 1/5 – 1/10 2,07 2,64 1,81 1,48 1,41 1,35 5,30

Her kan I finde resultaterne Tre rapporter udført for NST Klimaeffekter på hydrologi og grundvand (GEUS/2012/116) Klimaeffekter på hydrologi og afstrømning –klimaekstrem-vandføring (GEUS/2013/29) Klimaeffekter på ekstremværdi afstrømninger (GEUS/2014/38) I GEUS/2014/38 findes: Tabeller med tal fra ca 250 stationer Metodebeskrivelse Diskussion af resultater http://www.klimatilpasning.dk/vaerktoejer/grundvand.aspx

Hvad er relevant for landbruget? Afslutning (1/2) Hvad er relevant for landbruget? Denne her analyse for NST 5 – 1000 års hændelser  Måske mest interessant for bymæssig bebyggelse Afstrømning (Q) – ikke vandstand (h)  Vandstand kræver detaljeret, lokal hydraulisk model (eller data til god Q-h kurve) Landbrugsaspekter Regelmæssige oversvømmelser (1-5 års hændelser) Tidspunkt på året i forhold til afgrøder Varighed af oversvømmelser  Ikke behandlet i denne undersøgelse

Konklusioner Afslutning (2/2) Denne landsdækkende analyse af klimaeffekter Øgede ekstreme afstrømninger for fx en 100 års hændelse i de fleste vandløb De største ændringer i maksimumafstrømning (klimafaktor > 1.5-2.0) forventes i Østdanmark. Ændringer for sommerperiode større end for året Store regionale og lokale forskelle i grundvandsspejl og ekstreme afstrømningsforhold Betydelige usikkerheder på klimafaktorer Vi har ikke undersøgt Effekten på vandstand lokalt Oversvømmelses-karakteristika af særlig relevans for landbrug Hvor god er klimamodeller til at beskrive ekstreme nedbørsforhold

Tak for opmærksomheden! Litteratur: Højberg AL, Troldborg L, Stisen S, Christensen BBS, Henriksen HJ (2012) Stakeholder driven update and improvement of a national water resources model. Environmental Modelling and Software, 40, 202-213 Stisen S, Højberg AL, Troldborg L, Refsgaard JC, Christensen BSB, Olsen M, og Henriksen HJ (2012) On the importance of appropriate rain-gauge catch correction for hydrological modelling at mid to high latitudes. Hydrology and Earth System Science, 16, 4157-4176 Seaby L, Seaby LP, Refsgaard JC, Sonnenborg TO, Stisen S, Christensen JH, Jensen KH (2013) Downscaling and uncertainty in climate projections for Denmark. Journal of Hydrology, 486, 479-493 Henriksen HJ, Højberg AL, Olsen M, Seaby LP, van der Keur P, Stisen S, Troldborg L, Sonnenborg TO, Refsgaard, JC (2012) Klimaeffekter på hydrologi og grundvand – Klimagrundvandskort. GEUS rapport 2012-116. Henriksen HJ, Olsen M, Troldborg L (2013) Klimaeffekter på hydrologi og afstrømning – klimaekstremvandføring. Naturstyrelsen. Fase 1 – GEUS rapport 2013-29. Henriksen HJ, Pang B, Olsen M, Sonnenborg T, Refsgaard JC, Madsen H (2014) Klimaeffekter på ekstremværdi afstrømninger. Fase 2 usikkerhedsvurderinger. GEUS rapport 2014-38. Resultater på kort: www.klimatilpasning.dk Tak for opmærksomheden!