Original paper

Mean versus extreme climate in the Mediterranean region and its sensitivity to future global warming conditions

Paeth, Heiko; Hense, Andreas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 14 No. 3 (2005), p. 329 - 347

published: Jul 12, 2005

DOI: 10.1127/0941-2948/2005/0036

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Abstract

The Mediterranean region (MTR) has been supposed to be very sensitive to changes in land surface and atmospheric greenhouse-gas (GHG) concentrations. Particularly, an intensification of climate extremes may be associated with severe socio-economic implications. Here, we present an analysis of climate mean and extreme conditions in this subtropical area based on regional climate model experiments, simulating the present-day and possible future climate. The analysis of extreme values (EVs) is based on the assumption that the extremes of daily precipitation and near-surface temperature are well fitted by the Generalized Pareto distribution (GPD). Return values of extreme daily events are determined using the method of L-moments. Particular emphasis is laid on the evaluation of the return values with respect to the uncertainty range of the estimate as derived from a Monte Carlo sampling approach. During the most recent 25 years the MTR has become dryer in spring but more humid especially in the western part in autumn and winter. At the same time, the whole region has been subject to a substantial warming. The strongest rainfall extremes are simulated in autumn over the Mediterranean Sea around Italy. Temperature extremes are most pronounced over the land masses, especially over northern Africa. Given the large uncertainty of the EV estimate, only 1-year return values are further analysed. During recent decades, statistically significant changes in extremes are only found for temperature. Future climate conditions may come along with a decrease in mean and extreme precipitation during the cold season, whereas an intensification of the hydrological cycle is predicted in summer and autumn. Temperature is predominantly affected over the Iberian Peninsula and the eastern part of the MTR. In many grid boxes, the signals are blurred out due to the large amount of uncertainty in the EV estimate. Thus, a careful analysis is required when making inferences about the future behaviour of climate extremes.

Kurzfassung

Das Klima der Mittelmeerregion reagiert wahrscheinlich sehr empfindlich auf Veränderungen in der Landbedeckung und in den atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen. Dabei ist insbesondere eine Intensivierung der Klimaextrema mit weitreichenden sozio-ökonomischen Implikationen verbunden. In dieser Untersuchung werden die mittleren und extremen Klimazustände in diesem subtropischen Raum auf der Basis regionaler Klimamodellsimulationen unter gegenwärtigen und zukünftigen klimatischen Randbedingungen analysiert. Die Schätzung der Extremwerte erfolgt unter der Annahme, dass die täglichen Extremniederschläge und positiven Extremtemperaturen durch die Generalisierte Paretoverteilung (GPD) beschrieben werden können. Wiederkehrwerte extremer täglicher Ereignisse werden mit Hilfe der Methode der L-Momente berechnet. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Abschätzung der Unsicherheitsbereiche bei der Bestimmung der Wiederkehrwerte. Die Unsicherheitsbereiche werden mit einem Monte Carlo-Ansatz quantifiziert. Während der vergangenen 25 Jahre ist die Mittelmeerregion im Frühjahr trockener geworden, im Herbst und Winter hingegen zeichnen sich feuchtere Bedingungen ab, insbesondere im westlichen Mittelmeeraum. Gleichzeitig hat sich das Klima deutlich erwärmt. Die Maxima der täglichen Niederschagsextreme treten im Herbst über dem Mittelmeer um Italien auf. Temperaturextreme sind über Land am stärksten ausgeprägt, vor allem über Nordafrika. Vor dem Hintergrund der großen Unsicherheiten beim Abschätzen der Extremwerte werden nur die einjährigen Wiederkehrwerte weiter analysiert. Für die letzten 25 Jahre ergeben sich nur bei der Temperatur statistisch signi fikante Veränderungen in den Extremwerten. Zukünftige klimatische Randbedingungen könnten mit einem Rückgang der mittleren und extremen Niederschläge während der kalten Jahreszeit einhergehen, wohingegen im Sommer und Herbst eine Intensivierung des hydrologischen Kreislaufes vorhergesagt wird. Die Temperatur verändert sich vor allem über der Iberischen Halbinsel und im östlichen Mittelmeerraum. In vielen Regionen werden die Veränderungen in den Extremwerten von den großen Unsicherheiten bei der Abschätzung überlagert. Insofern ist bei der Analyse zukünftiger Veränderungen in den Klimaextremen grundsätzlich Vorsicht geboten.