Klimawandel und die globale Ozonschicht Sonnenbrand oder Vitamin-D-Mangel? Hella Garny DLR Oberpfaffenhofen

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1 Klimawandel und die globale Ozonschicht Sonnenbrand oder Vitamin-D-Mangel? Hella Garny DLR Oberpfaffenhofen

2 Verschiedenste Prozesse beeinflussen das Klima Der Klimawandel beeinflusst das Leben auf der Erde und wir müssen den Klimawandel verstehen um dagegen zu wirken und vorbereitet zu sein. Aber das Klima ist beeinflusst von gekoppelten, nichtlinearen Prozessen. aus: IPCC AR4 (2007)

3 Motivation: Warum interessiert uns die mittlere Atmosphäre? Die mittlere Atmosphäre ~ 100 km Ozonschicht ~ 10 km Quelle: arise-project.eu

4 Motivation: Warum interessiert uns die mittlere Atmosphäre? Die mittlere Atmosphäre ~ 100 km 2. Dynamische Kopplung 1. Ozonschicht ~ 10 km Quelle: arise-project.eu

5 Die stratosphärische Ozonschicht schützt uns vor UV Quelle: WMO, 2010 Quelle: WMO, 2010

6 Die stratosphärische Ozonschicht wurde über die letzten Jahrzehnte durch den Menschen stark geschwächt Quelle: Loyola et al, 2009

7 Die stratosphärische Ozonschicht wurde über die letzten Jahrzehnte durch den Menschen stark geschwächt Quelle: WMO, 2010

8 Die stratosphärische Ozonschicht wurde über die letzten Jahrzehnte durch den Menschen stark geschwächt Wirksame UV Strahlung beeinflusst von: Ozon Wolken, Aerosole, etc + 4-5% UV Strahlung ( ) In nördlichen mittleren Breiten Quelle: WMO, 2010

9 Wirkung von UV München 530 m Wirkung von UV Strahlung: Sonnenbrand versus Vitamin-D-Mangel Quelle: McKenzie et al, 2011 UV Strahlung in München: Sommer: genug Vitamin D ab ~ 10 minuten, Schädigung ab ~ halben Stunde Winter: Bei Aussetzung von Händen + Gesicht, > 2 Stunden für genug Vitamin D Winter Mittags, klarer Himmel Sommer Mittags, klarer Himmel

10 Wirkung von UV Wirkung von UV Strahlung: Sonnenbrand versus Vitamin-D-Mangel Änderung UV Strahlung in München: Durch Ozonloch ~ 5%, d.h. Im Sommer wenige Minuten Unterschied bis zum Sonnenbrand Sommer Mittags, klarer Himmel Quelle: McKenzie et al, 2011

11 Modellierte Entwicklung der Ozonschicht bis 2050 Quelle: Bodeker 2010 Dank dem Montreal Protokoll (& weiteren Vereinbarungen) gehen Stratosphärische Chlorkonzentrationen zurück Quelle: Loyola et al, 2009 Globale Ozonschicht wird sich etwa 2030 erholt haben

12 Was wäre gewesen wenn...? Prozentuale Änderung in UV Strahlung 2030 zu Heute (ohne Montreal-Protokol) Quelle: McKenzie et al, 2011 Durch das Montreal Protokol verhinderte Fälle von Hautkrebs (im Jahr 2030; pro 1 Mio Menschen) Etwa 15-20% mehr UV Strahlung Etwa / 1 Mio Fälle Hautkrebs Quelle: Van Dijk et al, 2012

13 Was wäre gewesen wenn...? Wirkung von UV Strahlung: Sonnenbrand versus Vitamin-D-Mangel Quelle: McKenzie et al, 2011 Änderung UV Strahlung in München: Durch Ozonloch ~ 5%, d.h. Im Sommer wenige Minuten Unterschied bis zum Sonnenbrand Ohne Montral Protokoll: Schädigung in 2030 schon nach ~ 10 Minuten in der Sonne Sommer Mittags, klarer Himmel Quelle: McKenzie et al, 2011

14 Klimawandel und Ozonschicht Globale Ozonschicht: Modelle und Beobachtung Entwicklung der Treibhausgaskonzentrationen und FCKWs GHGs FCKWs 1960 Quelle: Loyola et al,

15 Klimawandel und Ozonschicht Globale Ozonschicht: Modelle und Beobachtung Einfluß des Klimawandels auf die Ozonschicht Mit Klimawandel Ohne Klimawandel Quelle: Loyola et al, 2009 Quelle: Garny Der Klimawandel beschleunigt die Erholung der Ozonschicht

16 Klimawandel und Ozonschicht: Prozesse Temperatur e Einfluß des Klimawandels auf die Ozonschicht Mit Klimawandel Ohne Klimawandel Ozon Quelle: Garny Abkühlung der Stratosphäre: Ozonabbauende Reakionen werden langsamer mehr Ozon Quelle: Garny Weitere Faktoren: Änderung der Transport-zirkulation in der Stratosphäre Umverteilung von Ozon

17 Klimawandel und Ozonschicht Entwicklung der UV Strahlung Quelle: McKenzie et al, 2011 Im Jahr 2100 wird in mittleren und hohen Breiten weniger UV Strahlung am Boden ankommen als 1960

18 Klima und Ozon: Einfluß des Ozonlochs auf das Klima Änderung im Bodendruck aufgrund stratosphärischem Ozonabbau Thompson et al, 2011 Das Ozonloch hat zu Änderungen im Klima in der Stratosphäre geführt Diese Änderungen beeinfussen auch das Klima am Erdboden Wie man durch seinen Kühlschrank das Meereis in der Antarktis zum schmelzen bringt

19 Einfluß der mittlere Atmosphäre auf das Wetter: Beispiel Jahr 2013 Temperatur Anomalien März 2013 Durchschnittliche Temperaturen in Deutschland: Februar 2013: im Mittel um 1,2 C zu kalt März 2013: im Mittel um 0,2 C zu kalt (Quelle der Daten: Deutscher Wetterdienst) Winter 2012/13 Mittlerer Zonaler Wind, 60 N (Anomalie) 50 km Slingo et al., 2013 Erdboden potential drivers: the stratosphere (Slingo et al., 2013, MetOffice) Oktober 2012 November Dezember 2013 Januar u [m/s] Februar März April Slingo et al., 2013

20 Die mittlere Atmosphäre beeinflußt uns direkt... durch die Ozonschicht, die UV Strahlung abhält die globale Ozonschicht wird sich im Laufe der nächsten 50 Jahre erholen der Klimawandel beschleunigt die Erholung der globalen Ozonschicht Am Ende des Jahrhunderts wird mehr Ozon in der Stratosphäre sein als 1960, und folglich vorraussichtlich weniger UV Strahlung Unsicherheiten existieren bezüglich der Modulation der UV Strahlung duch andere Prozesse (insb. Wolken, Aerosole) und der Wirkung der UV Strahlung durch dynamische Kopplungen (Wetter & Klima) Die starke Ozonzerstörung in der Antarktis beeinflußt durch dynamische Kopplung auch das Klima am Erdboden Einfluß des Wetters der Stratosphäre auf das Wetter der Troposphäre ist nachgewiesen Unsicherheiten existieren bezüglich der Mechanismen, die für die Kopplung verantwortlich sind Ziel: Potential zur Verbersserung der (saisonellen) Vorhersage

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22 Höhe Klima und Ozon: Einfluß des Ozonlochs auf das Klima Änderung im Zonalwind im Winter ( ) O3 T- 90 S 0 Gerber et al., 2012 Änderung im Bodendruck - aufgrund stratosphärischem Ozonabbau Thompson et al, 2011 Das Ozonloch hat zu Änderungen im Klima in der Stratosphäre geführt Diese Änderungen beeinfussen auch das Klima am Erdboden Wie man durch seinen Kühlschrank das Meereis in der Antarktis zum schmelzen bringt

23 Einfluß der mittleren Atmosphäre auf das Wetter Einfluß Stratosphärischer Zirkulation auf die Troposphäre: statistisch nachgewiesen Quelle: Baldwin & Dunkerton, 2001

24 Einfluß der mittleren Atmosphäre auf das Wetter Einfluß Stratosphärischer Zirkulation auf die Troposphäre: statistisch nachgewiesen in manchen Fällen Die Kopplung des Wetters mit dem Wetter der Stratosphäre findet nur in machen Fällen statt Die Prozesse dieser Kopplung sind Gegenstand derzeitiger Forschung Quelle: Runde, 2012