The Spatial Distribution of Precipitation in Scania, Southern Sweden. Observations, model simulations and statistical downscaling.

Abstract

This thesis focusses on the spatial distribution of precipitation within Scania and on its relation with large-scale climate. The spatial distribution of Scanian precipitation was analysed using a dense rain-gauge network of daily measurements. The performance of the Rossby Centre regional Atmospheric model in simulating the observed spatial distribution was evaluated. The influence of the regional atmospheric circulation on the observed precipitation distribution was assessed and statistical downscaling models, based on monthly large-scale climate, were established for mean precipitation and frequency of wet-days. The models were used to construct future estimates of these statistics, based on a GCM projection.



It was found that the spatial co-variability of the monthly precipitation within Scania is high. Topography is the major factor influencing the precipitation distribution. Furthermore, there is a significant difference between the southeastern and the northwestern part of Scania related to the land/sea distribution in the area. Consequently, the annual mean precipitation in Scania has a spatial variation with a typical length scale of 20-35 km elongated in the N/NW to S/SE direction. The spatial patterns are not well captured by the RCA1 dynamical downscaling model. This may partly be caused by a too coarse resolution (44 km) of the RCA1. In total, 80-90% of the observed monthly meso-scale precipitation variation of Scania can successfully be related to, and explained by, the regional atmospheric circulation indices. This indicates that the regional atmospheric circulation is an important predictor in the statistical downscaling of precipitation. The daily precipitation patterns are also largely influenced by the pressure patterns in regional scale. Daily mean precipitation and the frequency of wet-days could be successfully modelled by the statistical downscaling procedure, using the monthly predictors of large-scale precipitation, relative humidity and atmospheric circulation indices. The downscaled scenario shows a significant increase of the annual daily mean precipitation by about 10 % and a decrease in frequency of wet-days by 1 % between the control (1961-90) climate and the scenario (2041-70) climate. Both daily mean precipitation and frequency of wet-days increase during winter and decrease during summer. The results also indicate an increase in the intensity of the precipitation, especially during winter. A winter increase and summer decrease of the westerly flow seems to be the major cause of the changes.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Förståelsen av klimatets naturliga variation och dess förändring i regional skala är av grundläggande betydelse för planering och skötsel av ett hållbart samhälle. Nederbörden är en av huvudkomponenterna i den hydrologiska cykeln och har betydande inverkan på såväl vattentillgång som risker för tex översvämningar. I framtiden förväntas nederbördsmängderna öka i norra Europa på grund av en global uppvärmning, den sk växthuseffekten. Sådana skattningar bygger på globala klimatmodeller (GCMs). Dessa har emellertid inte den spatiala och temporala upplösning som behövs för att studera effekterna på natur och samhälle.



Denna avhandling fokuserar på nederbördens spatiala variation inom Skåne och dess relation till det storskaliga klimatet. Den spatiala nederbördsvariationen analyseras med hjälp av ett tätt nät av dagliga nederbördsmätningar i Skåne. Rossbycentrets regionala klimatmodell (RCA1) utvärderas med avseende på dess förmåga att simulera den observerade nederbördsvarationen i landskapet. Inflytandet av storskalig atmosfärsströmning på det observerade nederbördsmönstret analyseras och statistisk nedskalning, baserad på månadsvärden av storskaliga klimatparametrar, används för att modellera dygnsnederbörden i Skåne. Dessa nedskalningsmodeller tillämpas på en global klimatmodell (GCM) för att prediktera Skånes framtida nederbördsklimat med avseende på medelnederbörd och nederbördsfrekvens.



Resultaten visar att den spatiala samvariationen är stor för Skånes månadsnederbörd. Den viktigaste faktorn som styr nederbördsfördelningen är topografin. Dessutom finns en tydlig skillnad mellan sydöstra och nordvästra delen av landskapet, styrt av land- och vattenmassornas fördelning. Årsnederbördens spatiala variation i Skåne har en generell längdskala på 20-35 km, men är utdragen i nordväst-sydöstlig riktning till stor del följande topografin. Den dynamiska nedskalningen med RCA1 kan inte återge den observerade nederbördens typiska spatiala mönster. Detta kan delvis bero på att RCA1 har en för grov upplösning jämfört med den observerade nederbördens längdskala. Regionala index för atmosfärens cirkulation kan till stor del förklara variationen hos den observerade mesoskaliga månadsnederbörden i Skåne, vilket indikerar att dessa index är viktiga prediktorer i statistiska nedskalningsmodeller. Även dygnsnederbördens fördelning är till stor del påverkad av regionala lufttrycksmönster. Statistiska nedskalningsmodeller, där månadsvärden på storskalig nederbörd, relativ luftfuktighet och index för atmosfärens cirkulation används som prediktorer, kan användas för att modellera dygnsmedelnederbörd och nederbördsfrekvens med ett tillfredställande resultat. Framtida scenarier, där dessa modeller används för att uppskatta nederbörden i Skåne, visar en statistiskt signifikant ökning av dygnsmedelnederbörden med ca 10% och en minskning av nederbörds-frekvensen med ca 1% mellan kontrollklimatet (1961-90) och scenario-klimatet (2041-70). Både dygnsmedelnederbörden och nederbördsfrekvensen ökar under vintern och minskar under sommaren. Resultaten indikerar också en ökning av nederbördsintensiteten, särskilt under vintern. Den viktigaste orsaken till dessa förändringar i nederbördsfördelningen är en förändring i västvindsflödet över området.

• author: Linderson, Maj-Lena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Martín-Vide, Javier, Universidad de Barcelona
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Physical Geography
• keywords: physical geography, Geologi, fysisk geografi, Geology, statistical downscaling, atmospheric circulation, spatial distribution, precipitation, Scania, Sweden
• pages: 138 pages
• defense location: Sölvegatan 13, 3 vån, Lund
• defense date: 2002-05-31 10:00:00
• ISBN: 91-973857-5-1
• ISBN: 0346-6787
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Linderson, M-L., 2001: Objective classification of atmospheric circulation over Southern Scandinavia. International Journal of Climatology 21:155-169. Article: Linderson, M-L., 2002: Spatial distribution of the meso-scale precipitation anomalies in Scania, Southern Sweden. Geografiska Annaler. Submitted April 2002. Article: Achberger, C., Linderson, M-L. & Chen, D., 2002: Performance of the Rossby Centre regional Atmospheric model in southern Sweden: comparison of simulated and observed precipitation. Theoretical and Applied Climatology. Submitted April 2002. Article: Linderson, M-L., Achberger, C. & Chen, D., 2002: Statistical downscaling and scenario construction of daily precipitation in Scania, Southern Sweden. Nordic Hydrology. Submitted April 2002.
• id: de624b6e-d466-48d7-b0bc-dc05d49e19f9 (old id 464689)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:06:23
• date last changed: 2018-11-21 21:09:02