Spatial climate analysis in complex terrain : generation, evaluation and interpretation of gridded temperature and precipitation datasets for Austria

Modellierungs-, Reanalyse-, Monitoring- und Planungsaufgaben in der Klima(folgen)forschung wie Quantifizierung von Klimasignalen, Umweltmodellierung, Evaluierung regionaler Klimamodelle usw. erfordern flächendeckende Datensätze des beobachteten Klimas. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Gitterdatensatzes von Lufttemperatur und Niederschlag in 1-km- und Tagesauflösung für Österreich ab 1961.Die eingehenden Messreihen beschränken sich auf ein konstantes Stationsnetz. Für gebirgiges Gelände entworfene Interpolationsmethoden werden an die Besonderheiten der Physiografie und Stationsverteilung in Österreich angepasst. Bei der Lufttemperatur werden nicht-lineare Vertikalprofile mit der nicht-euklidischen räumlichen Repräsentativität von Beobachtungen verknüpft. Beim Niederschlag werden Klimafelder, basierend auf Kriging mit topografischen Prädiktoren als externer Drift, mit täglichen Anomaliefeldern, basierend auf Winkeldistanzgewichtung, vereinigt.Selbst in schwierigen synoptischen Situationen liefern die Ergebnisse plausible Muster. Die mittleren Interpolationsfehler sind bei der Lufttemperatur gering (ca. 1 K), beim Niederschlag aber beträchtlich (ca. 1,5 für Ereignisse 3 mm). Eine bedingte Verzerrung beeinträchtigt Auswertungen der Häufigkeitsverteilung des Niederschlags.Der Nutzen des Gitterdatensatzes wird durch die Abbildung der Trends von Klimaindizes dargelegt. So verringerten sich Häufigkeit (11 %) und Intensität (0.02 K/100 m) bodennaher Temperaturinversionen bemerkenswert. Dies hängt mit übermäßiger Erwärmung in niedrigen Seehöhen im Jänner, Oktober und Dezember zusammen.Die wesentlichen Neuheiten des vorliegenden Gitterdatensatzes (genannt SPARTACUS) bestehen in der Kombination von täglicher Auflösung und jahrzehntelanger Ausdehnung bei Schwerpunktlegung auf zeitliche Konsistenz, der Übertragung ausgearbeiteter Interpolationsmethoden auf Verhältnisse in Österreich und seiner tiefgreifenden Evaluierung zur Unterstützung sinnvoller Anwendung.Modelling, reanalysis, monitoring and planning tasks in climate (impact) research like quantification of climate signals, environmental modelling, evaluation of regional climate models, etc. require spatially comprehensive datasets of the observed climate. The aim of this thesis is to develop a gridded dataset of air temperature and precipitation at 1-km and daily resolution for Austria starting from 1961.Input measurement series are restricted to an invariant station network. Interpolation methods developed for mountainous terrain are adapted to specifics of the Austrian physiography and station distribution. For temperature, nonlinear vertical profiles are combined with the non-Euclidean spatial representativity of observations. For precipitation, climate fields based on kriging with topographic predictors as external drift are merged with daily anomaly fields based on angular distance weighting.The results provide plausible patterns even in challenging synoptic situations. The mean interpolation errors are small for temperature (ca. 1 K) but considerable for precipitation (ca. 1.5 for events 3 mm). A conditional bias affects analyses of the frequency distribution of precipitation.The utility of the gridded dataset is demonstrated by mapping trends of climate indices. For example, the frequency (11 %) and intensity (0.02 K/100 m) of near-surface temperature inversions have decreased remarkably. This is related to a warming anomaly at low altitudes in January, October and December.The key novelties of the present gridded dataset (called SPARTACUS) are the combination of daily resolution and multi-decadal extent with focus on temporal consistency, the transfer of elaborate interpolation methods to conditions in Austria and its extensive evaluation to support reasonable application.Hiebl Johann, Mag.rer.natZusammenfassungen in Deutsch und EnglischKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2018OeBB(VLID)294591