Adam Vizina

A Multi-Model Assessment of Climate Change Impact on Hydrological Regime in the Czech Republic

A Multi-Model Assessment of Climate Change Impact on Hydrological Regime in the Czech Republic In present paper we assess the climate change impact on mean runoff between the periods 1961-1990 (control period) and 2070-2099 (scenario period) in the Czech Republic. Hydrological balance is modelled with a conceptual hydrological model BILAN at 250 catchments of different sizes and climatic conditions. Climate change scenarios are derived using simple delta approach, i.e. observed series of precipitation, temperature and relative air humidity are perturbed in order to give the same changes between the control and scenario period as in the ensemble of 15 transient regional climate model (RCM) simulations. The parameters of the hydrological model are for each catchment estimated using observed data. These parameters are subsequently used to derive discharge series under climate change conditions for each RCM simulation. Although the differences in the absolute values of the changes in runoff are considerable, robust patterns of changes can be identified. The majority of the scenarios project an increase in winter runoff in the northern part of the Czech Republic, especially at catchments with high elevation. The scenarios also agree on a decrease in spring and summer runoff in most of the catchments. Dopady Klimatické Změny na Hydrologický Režim v České Republice Podle Souboru Klimatických Modelů V článku předkládáme výsledky modelování změn hydrologického režimu v důsledku změn klimatu mezi časovými obdobími 1961-1990 a 2070-2099 podle souboru patnácti regionálních klimatických modelů pro 250 povodí v České republice. Hydrologická bilance byla modelována pomocí konceptuálního hydrologického modelu BILAN. Časové řady ovlivněné změnou klimatu byly získány jednoduchou přírůstkovou metodou, tj. pozorované časové řady srážek, teplot a vlhkostí vzduchu (vstupy do modelu BILAN) byly opraveny pro každou simulaci pomocí přírůstkových faktorů tak, aby měsíční změny těchto veličin byly stejné jako podle uvažované simulace klimatického modelu. Hydrologický model je nakalibrován s využitím pozorovaných dat, identifikované parametry jsou následně využity pro simulaci hydrologické bilance pro řady ovlivněné klimatickou změnou. Základní podstata možných změn hydrologické bilance na území České republiky vyplývá z projekcí srážek a teplot pro Evropu, tj. postupné zvyšování teplot během celého roku a pokles letních, růst zimních a stagnace ročních srážek. V období od začátku podzimu do začátku léta dochází k růstu srážek, jenž je doprovázen řádově stejným růstem územního výparu způsobeným růstem teplot. V letním období dochází k poklesu srážek a v důsledku úbytku zásob vody v povodí nemůže docházet k výraznému zvyšování územního výparu. Důležitým faktorem ovlivňující změny odtoku je posun doby tání v důsledku vyšší teploty přibližně z dubna na leden-únor. Změny odtoku v období leden-květen jsou tedy dominantně určeny právě odlišnou dynamikou sněhové zásoby, změny v letním období zejména úbytkem srážek. Výsledné odhady změn odtoku jsou zatíženy značnou nejistotou, nicméně lze identifikovat robustní jevy společné pro řadu simulací. Jak ukazují výsledky, na většině modelovaných povodí je pokles odtoků v období od dubna do října společný valné většině modelů. Na druhé straně, růst odtoku v zimních měsících je značně nejistý. S tím souvisí i nejistota spojená se změnami roční bilance odtoků.

Evaluation of Simple Statistical Downscaling Methods for Monthly Regional Climate Model Simulations with Respect to the Estimated Changes in Runoff in the Czech Republic

An ensemble of fifteen regional climate model (RCM) simulations has been used to estimate the climate change impacts on runoff and several drought characteristics for 250 basins in the Czech Republic. The scenario series of precipitation and temperature have been derived with four simple statistical downscaling methods (SDMs): the delta change and bias correction method, both in two alternatives considering the changes/biases in the mean, and in the mean and variance. Bootstrap resampling has been used to assess the effect of sampling variability and the differences in the estimated changes in runoff obtained by different SDMs were evaluated. Further simplification of the SDMs (spatial-average changes/biases and ensemble-average changes in precipitation and temperature) have been considered. It was shown, that given the spread between the projections of individual RCM simulations and the sampling variability, the differences in the estimated changes in mean runoff between the SDMs are not very large. The same partly holds also for the effect of spatial averaging. In general, the SDMs accounting for variability have led to smaller decrease (or larger increase) in runoff and the decrease was also smaller for bias correction methods than in the case of delta change methods. In contrast to changes in mean runoff, significant differences between the estimates based on different SDMs were found for the drought characteristics. In addition, the averaging of the changes in precipitation and temperature over the RCMs resulted in much stronger decrease in runoff than indicated by ensemble average changes in runoff.