Application of future climate projections in hydrological impact modeling

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-7276-04-4
Title: Application of future climate projections in hydrological impact modeling
Author: Räty, Olle
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Increasing temperature is expected to intensify the hydrological cycle. The accompanied changes in (e.g.) snow cover, water availability and river flows impose challenges for several socio-economical sectors, whose operations are affected by these changes. The main question in these sectors is: how to cost-effectively adapt and mitigate to changes in the hydrological cycle? To answer this question, hydrological modeling run with regional climate model (GCM-RCM) simulations as input is typically required. To reduce biases in the GCM-RCM simulations before using them as input in hydrological modeling, adjustments with statistical tools, such as model output statistics (MOS), is required. While MOS methods have been tested comprehensively in the present-day climate, not much has been known about how they perform in transient climatic conditions. This gap is bridged in this thesis by evaluating a set of MOS methods designed for daily mean temperature and precipitation in a changing climate in Europe, using climate model simulations as proxies, i.e., pseudo-realities for the future. The main message from these exercises is that the identification of a single universally well-performing method is practically impossible, as the best performing method varies in time, space and between different distributional aspects. This conclusion is further strengthened when the selected methods are evaluated from the hydrological modeling perspective. Overall, several methods should ideally be used in impact studies. In addition to the pseudo-reality tests, the relative importance of MOS-method differences was compared against GCM-RCM differences as uncertainty sources both in real-world climate projections in Europe and hydrological simulations in Scandinavia. As the second message of this thesis, although climate GCM-RCM differences explain a larger part of the spread in future projections, MOS-method differences are non-negligible, when the high and low extremes are considered. In line with this result, MOS-method uncertainty has the largest contribution to the spread in projected changes of low and high flows.Ilmaston lämpeneminen vaikuttaa veden kiertokulkuun, mikä näkyy muutoksina esimerkiksi lumipeitteessä ja jokivalunnassa. Muutoksilla on yhteiskunnallisia vaikutuksia ja siksi ne täytyy ottaa huomioon mm. vesivoiman ja veden käytön suunnittelussa. Yhteiskunnan näkökulmasta haasteena onkin, miten sopeutua tehokkaasti tulevaisuudessa vallitseviin olosuhteisiin ja miten muutosten haitallisia vaikutuksia voidaan ehkäistä parhaiten. Veden kiertokulun muutoksia voidaan arvioida hydrologisen mallinnuksen avulla. Syötteenä tulevaisuuden hydrologisissa malliajoissa käytetään tyypillisesti alueellisia ilmastomallisimulaatioita. Ilmastomallien tulokset eivät kuitenkaan sellaisenaan vastaa havaittua ilmastoa ja siksi ne täytyy ensin saattaa vertailukelpoisiksi havaintojen kanssa. Tätä varten on kehitetty tilastollisia, ns. harhankorjausmenetelmiä, jotka pyrkivät yhdistämään havainnoista ja ilmastomallisimulaatiosta saatavan tiedon. Menetelmien kirjo on kuitenkin laaja eikä niiden toimivuudesta nykyilmastosta poikkeavissa olosuhteissa ole juurikaan saatavilla tietoa. Tässä työssä tarkasteltiin joukkoa lämpötilalle ja sademäärälle räätälöityjä harhankorjausmenetelmiä muuttuvassa ilmastossa. Tutkimuksen perusteella selvisi, että menetelmien toimivuus vaihtelee ajallisesti ja paikallisesti sekä tarkasteltavan suureen arvojakauman eri osien välillä. Tästä johtuen yksittäisten menetelmien avulla ei saada parasta mahdollista kuvaa siitä, miten lämpötila- ja sademääräjakaumat muuttuvat tulevaisuudessa. Johtopäätökset ovat vastaavanlaisia, kun menetelmiä tarkastellaan hydrologisten mallitulosten näkökulmasta. Tulevien ilmasto-olojen arvioihin liittyy useita epävarmuuslähteitä. Mikäli harhankorjausmenetelmien välisten erojen vaikutus on muihin hajonnan lähteisiin nähden pieni, ei harhankorjausmenetelmän valinnalla ole kokonaisuuden kannalta suurta merkitystä. Tutkimus kuitenkin osoitti, ettei tilastollisten menetelmien välisiä eroja voida jättää huomiotta. Kaiken kaikkiaan ilmastomallisimulaatioiden väliset erot ovat kokonaisuuden kannalta merkittävämpi hajonnan lähde, mutta tilastollisten menetelmien väliset erot selittävät kuitenkin huomattavan osan erityisesti ääriarvojen kokonaishajonnasta. Siksi tulevaisuuden ilmaston arvioissa tulisi hyödyntää samanaikaisesti useita, hyvin toimivia harhankorjausmenetelmiä.
URI: URN:ISBN:978-952-7276-04-4
http://hdl.handle.net/10138/235190
Date: 2018-06-08
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record