Klimawandel und Hochwasserschutz Was hat sich am Klima geändert und wie gehen wir mit steigenden Wassermengen um?

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1 Klimawandel und Hochwasserschutz Was hat sich am Klima geändert und wie gehen wir mit steigenden Wassermengen um? Priv.-Doz. Mag. Dr. Christoph Matulla (CIT *, ZAMG) & Min. Rat Dipl.-Ing. Franz Schmid (BMNT) TU Wien, Getreidemarkt 9, 1060 Wien, Hörsaal GM 8 9 * CIT : Climate Impact Team : Tordai, Andre Schellander-Gorgas, Reisenhofer, Matulla

2 Roadmap : part 1 : Climate Klimawandel : Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft 10 6 a. : kalt-warm : Stadiale und Interstadiale : the meaning of 10 K 10 4 a. : Holozän : aus der Steinzeit ins Anthropozän : ± 1 K impacts 10 3 a. : Das letzte Millennium MCO, LIA, rezente Warmzeit 10 2 a. : instrumentelle Beobachtungen Klimamodelle : Modelle des Klimasystems und Glaskugeln Reproduktion des vergangenen Klimas : das Vertrauen ist da Ohne die Menschheit geht es nicht : the smoking gun Was nun? sozio-ökonomische Szenarien, Projektionen, Downscaling : Entwicklungspfade der Menschheit : Klimaprojektionen : Δ Temp/Prc-Climates : Klimaimpacts : landslides/heavy precipitation events Hochwasservorhersage 10 to 3 days : Großwetterlage, Geopotential, prc-ensembles 3 to 1 days : check-lists, fokussieren, vorbereiten und warnen 2

3 10 6 a. : Stadiale und Interstadiale : the meaning of 10 K ~10 C k yrs. Verlauf der globalen Temperaturanomalie und des CO 2 Gehalts [ ppm] der Atmosphäre über die letzten Jahre. Klar zu erkennen ist der sehr ähnliche Verlauf der beiden Kurven sowie der Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten (Milankovic Zyklen), in denen das Erscheinungsbild der Erde sehr stark unterschiedlich ist. Die Temperaturwerte sind auf die letzten Jahren (Holozän nach der jüngeren Dryas) bezogen. ΔT 10 K zwischen Eis- und Warmzeit! (Quelle: Ben Henley und Nerilie Abram adaptiert) 3300m 2100m 1250m 900m 3

4 10 4 : Holozän : aus der Steinzeit ins Anthropozän ± 1 K + impacts Die letzten Jahre: Ruhiges Klimadie menschliche Zivilisation entwickelt sich: Von User:Glen Fergus, User:hg CC BY-SA 3.0, 4

5 a. : Holozän : aus der Steinzeit ins Anthropozän : ± 1 K + impacts 10 6 Mittelalterliches Kleine Anthropogene Klimaoptimum MCO Eiszeit LIA Warmzeit Das Holozän der Eintritt in ein vergleichbar stabiles Klima: Homo Sapiens ist vom Neanderthaler verlassen : bei ΔT ±1 K von Pfeil und Bogen zur Raumfahrt in einem Wimpernschlag der Erdgeschichte und doch : große Auswirkungen kleiner Klimaschwankungen : dem MCO ( ) folgte die LIA (bis Mitte 19. Jh.), die von ausgeprägten Klimaschwankungen und geringeren Temperaturen geprägt war. Die Temperaturdepression vor 1600, der 1618 der Ausbruch des dreißigjährigen Krieges folgte, war außerordentlich forciert und von geringen Niederschlagsmengen (April bis Juni) begleitet. Der signifikante Temperaturanstieg in der rezenten Warmphase ist auch global außerordentlich. 5

6 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen 10 6 Böhm NW NE 10 2 (nach Böhm adaptiert Ressl): Temperaturentwicklungen in verschiedenen Klimaregionen im Europäischen Alpenraum seit 1760 (GAR Greater Alpine Region, NW, NE, SW, SE). Für die nördliche Hemisphäre (CRU) sind vergleichbare Reihen erst ab 1850 verfügbar (siehe Text). Seit 1850 haben die Temperaturen im Alpenraum etwa doppelt so stark zugenommen wie global. SW SE Auer et al Matulla et al

7 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen Temperaturentwicklung und Klimaantriebe am Beispiel Wien (ab 1775) Solarer Antrieb Anthropogener Antrieb C Aerosol dimming AMO AMO AMO AMO+ AMO+ AMO+ AMO+ 7

8 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen NIEDERSCHLAG Sommer + Winter gleichbleibend Kein Trend feststellbar, große Jahrzu-Jahr Schwankungen feuchte und trockene Phasen aber die Charakteristik der Niederschläge hat sich verändert! 8

9 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen Temperatur Jahresmittel EUROPA-Landflächen EU ggü AT FRÜHLING SOMMER HERBST WINTER 9

10 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen Änderung letzten 50 Jahre: -4% bis -10% Klimaindizes aus ÖKS15 : Niederösterreich Heizgradtagzahl ( C) [Oktober April] Änderung letzten 50 Jahre: +10 bis +100 ( C) Kühlgradtagzahl ( C) 10

11 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen Niederschlagssummen in Österreich ggü % AT FRÜHLING SOMMER HERBST WINTER 11

12 10 2 Jahre : instrumentelle Beobachtungen Veränderung der Niederschlagsintensität Verschiebung in der Häufigkeit des Auftretens von Niederschlagsereignissen niedriger Intensität hin zu solchen mit größeren Intensitäten. 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% <1mm 1mm-30pct 30pct-60pct 60pct-90pct 90pct-95pct 95pct-98pct >98pct trocken schwach moderat beträchtlich stark sehr stark extrem 12

13 Reproduktion des vergangenen Klimas : das Vertauen ist da IPCC 2001 Zorita et al Böhm 2009 Rekonstruktion des Klimawandels mit GCMs / links: Antrieb mit effektivem solaren + nat. GHG + Aerosolen /rechts: Antrieb mit allen auch anthropogenem GHG+Aerosolen > der Mensch ist Klimatreiber geworden! 13

14 Entwicklungspfade der Menschheit und Klimaprojektionen - Der Mensch ist auch ein Klimatreiber geworden -- sein Verhalten hat Auswirkungen auf die künftige Entwicklung des Klimasystems. Es ist nicht egal wie die Menschheit ihre Zukunft gestaltet. - Mit der Klimamodellierung (GCMs + weitere Methoden) haben wir die Möglichkeit die Konsequenzen verschiedener Entwicklungspfade der Menschheit auf das Klimasystem abzuschätzen. - Solche Entwicklungspfade mögliche Zukünfte werden von i.a. von Expertengruppen ausgearbeitet. Deren Erstellung hat sich im Laufe der Jahrzehnte geändert. Wir interessieren uns hier für zwei mögliche Zukünfte : dem business as usual und einem klimafreundlicheren Szenario. - Bei den sogenannten sozio-ökonomischen Szenarien sind für die Klimamodellierung vor allem die von ihnen verursachten Veränderungen des Strahlungs/Energie-Haushalts des Klimasystem relevant. 4.5, 8.5 W/m 2 ist das viel? Sonne-Output: 3.8*10 26 W Distanz zur Erde: 150*10 6 km Radius Erde: 6,371 km Scheibe auf Kugel 342 W/m 2 (1.3, 2,5%)? Variation 7ka ~ 2 W/m 2 -> In dieser Zeitspanne: starke Änderung des solaren Forcings. SRES (IPCC 2001) Nachfolger der IS92 Szenarien RCPs (IPCC 2013) 14

15 Regionale Modelle (OEKS15) Globale Modelle Entwicklungspfade der Menschheit und Klimaprojektionen GCM_AR5 RCM_Cordex Global: +2.1 bis +4.7 bis

16 +10 2 Jahre : kontinental/regional-skaliger Wandel Projektion für die Jahres-Mitteltemperatur und den Jahresniederschlag aus RCP45; RCP85 und SRES-A1b; ggü ÖKS15, Chimani u.a Änderung der Häufigkeitsverteilung der Temperatur: Zunahme der Verdunstung: Zunahme von Trockenheit bei ausbleibendem Niederschlag! 16

17 +10 2 Jahre : Klimawandel im urbanen Raum - WienC 3D Mikroskaliges Urbanes KLImaMOdell (Deutscher Wetterdienst) Dynamisches Stadtklimamodell MUKLIMO_3 (DWD) wird an der ZAMG für die Untersuchung der zukünftigen Wärmebelastung in mehreren österreichischen Städten angewendet Auflösung: horizontal 100 m M. Zuvela-Aloise IPCC Scenario RCP8.5 Input: EURO-CORDEX (EUR-11) Mittlere jährliche Anzahl der Sommertage (T max 25 C) Bokwa et al

18 +10 2 Jahre : Impact Lake Surface Temperature (ALAWA) Millstättersee 18

19 +10 2 Jahre : Klimawandel Europäische Verkehrs- und Transportinfrastruktur & multimodale Logistik Entwicklung der möglichen Eintrittswahrscheinlichkeit verschiedener Schad- und Katastrophenereignisse für die europäische Verkehrs-, Transport- und Logistikindustrie pot. changes in landslides and specific heavy precip. events Matulla et al Schlögl & Matulla

20 Hochwasservorhersage Mittelfristiger Vorhersagezeitraum (10-4 Tage vor dem Ereignis) - Wichtig für die Einleitung von Schutz-Vorkehrungen/Milderungsmaßnahmen - Typische Großwetterlage? (stationäres Tiefdruckgebiet im Alpenraum) - Checkliste Vorgeschichte: Wasseraufnahmevermögen des Bodens Fluss-Pegelstände Aktuelle Schneehöhen Zustand der Hochwasserschutzanlagen, Dämme, Straßen, usw. - Ensembles von Geopotential, Höhentemperatur und Bodendruck verfolgen (generell eher stabile meteorologische Parameter) - Niederschlag-Ensembles 20

21 Hochwasservorhersage Kurzfristiger Vorhersagezeitraum (3-1 Tage vor Ereignis) - Schneefallgrenze-Prognose (Anteil des festen und flüssigen Niederschlag: kalte Luftmasse und tiefe Schneefallgrenze mindert die Auswirkungen) - 0-Grad Grenze: wird auch Schmelzwasser zu den Regenmengen kommen? - Gibt es große/wichtige Flüsse im potentiellen Ereignisraum? - Wieviel Niederschlag fällt im betreffenden Gebiet (z.b. Flusseinzugsgebiet)? - Wie werden die Luftmassen an topographisch komplexes Gelände (z.b. Alpenbogen Nordstau) geführt? -- Strömungsvektoren? - Abfluss-Modelle zur Berechnung von möglichen Szenarien (Hydrologen) 21

22 Hochwasserwarnungen Hochwasser-Frühwarnungen: Hochwasserpotential abschätzen Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Szenarien um den Behörden/Einsatzplanung Zeit zu verschaffen Impact orientiere Warnungen (je nach Vorgeschichte) über die Jährlichkeit des erwarteten Ereignisses ist der mögliche Impact besser in die Gesellschaft zu kommunizieren als über meteorologische Begriffe ständige(gute) Kommunikation mit allen Playern (SKKM) Warnungen anpassen / aktuell halten / Bevölkerung 22

23 Roadmap : part 2 : Hochwasserschutz Österreich (2013 Krems-Stein an der Donau) Brasilien (2015 Munizip Mariana) weiter geht es mit 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! TU Wien, Getreidemarkt 9, 1060 Wien, Hörsaal GM 8 9

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27 SCHNEEREICHE JAHRE (insbes. 1960er!) danach Abnahme durch T-Anstieg (<1000m) und durch fehlenden Neuschnee (Alpensüdseite) Mittl. Schneehöhe Änderung Abnahme Keine Änderung Zunahme PROJEKT SNOWPAT. Leitung Prof. W. Schöner, ZAMG/Uni Graz/Uni IBK/SLF 69 Langzeitmessreihen der Schneedecke (ZAMG, HZB) Gesamtschneehöhe, Neuschnee, Schneedeckendauer Nov-Apr Berechnung von Änderungen (Anomalien, Trends) Zusammenhang mit Wetterlagen