Aktuelle Erkenntnisse der Klimaforschung -von globalen bis zu regionalen Klimaänderungen-

Transkript

1 Aktuelle Erkenntnisse der Klimaforschung -von globalen bis zu regionalen Klimaänderungen- Andreas Walter Deutscher Wetterdienst Seite 1

2 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie (DAS) Fazit

3 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie (DAS) Fazit

4 Das Klimasystem nur etwas weniger Kälte kalt Durchschnitt mehr Hitze warm mehr Hitzerekorde Quelle: Max Planck Institut für Meteorologie

5 Klimawandel Was heißt das? bisheriges Klima Veränderungen der mittleren Verhältnisse Extremwerte Wetterelemente regionalen Unterschiede Eintrittswahrscheinlichkeit nur etwas weniger Kälte kalt Durchschnitt zukünftiges Klima mehr Hitze warm mehr Hitzerekorde

6 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie (DAS) Fazit

7 Entwicklung der atm. CO 2 -Konzentration 2014 CO 2 Konzentration (ppm) 1000 Jahre vor heute Die atmosphärischen Konzentrationen von CO 2, CH 4 und N 2 O erreichen heute Werte, die in den vergangenen Jahren nicht beobachtet wurden Quelle: Lüthi et al., 2008, NOAA

8 Rekonstruktion der globalen Temperatur seit v. Chr. Rekonstruktion aus verschiedenen Proxydaten Temperature Anomaly ( C) Age (yr BP) Quelle: Marcott et al., 2013, Science

9 Klimawandel hat es schon immer gegeben was war am 20. Jahrhundert so besonders? Übergang von der letzten Kaltzeit zur gegenwärtigen Warmzeit: global gemittelte Erwärmung ca. 5 C Dauer etwa 5000 Jahre (etwa Jahre bis Jahre vor heute) Kaltzeit Warmzeit: 1 ºC Erwärmung in 1000 Jahren 20. Jahrhundert: 1 ºC Erwärmung in 100 Jahren

10 Klimawandel hat es schon immer gegeben was war am 20. Jahrhundert so besonders? Übergang von der letzten Kaltzeit zur gegenwärtigen Warmzeit: ca BP heute C Erwärmung Quelle: S. Joussaume

11 Klimawandel hat es schon immer gegeben was war am 20. Jahrhundert so besonders? Übergang von der letzten Kaltzeit zur gegenwärtigen Warmzeit: global gemittelte Erwärmung ca. 5 C Dauer etwa 5000 Jahre (etwa Jahre bis Jahre vor heute) Kaltzeit Warmzeit: 1 ºC Erwärmung in 1000 Jahren 20. Jahrhundert: 1 ºC Erwärmung in 100 Jahren Die Menschheit erwärmt das globale Klima Mindestens zehnmal schneller als es die Natur je vermochte * *IPCC (2007, WG1, p. 451)

12 Abweichungen der globalen Jahresmitteltemperatur 1850 bis 2014 von der Klimareferenzperiode 1961 bis 1990 Abweichung des Mittelwerts ( C) Zeit 2014 war global das wärmste bisher beobachtete Jahr Quelle: WMO Draft statement of the global climate 2014

13 Abweichungen der Jahresmitteltemperatur in Deutschland 1881 bis 2014 von der Klimareferenzperiode 1961 bis ,3 C 2014 Jahreswerte Mittelwert (8.2 ) linearer Trend 2014 war auch in Deutschland das bisher wärmste Jahr

14 Änderung der Niederschlagshöhen in Deutschland - linearer Trend ab 1881 Winter Sommer Quelle: Deutscher Wetterdienst

15 Änderung der Anzahl der heißen Tage und Eistage heiße Tage Zahl der Tage Eistage > 80 Quelle: Deutscher Wetterdienst

16 Änderung der Anzahl der Trockentage Gebietsmittel Deutschland Quelle: Deutscher Wetterdienst Winter: Kein klarer Trend Sommer: Mehr Trockentage

17 Zusammenfassung Die Erwärmung in Deutschland beträgt um 1.1 K im Jahresmittel in den letzten ca. 100 Jahren und liegt damit noch etwas über dem globalen Trend von knapp 1 K seit Zunahme der Jahresniederschlagshöhe in Deutschland um 10% bis 15% seit 1881 stärkste Niederschlagszunahme im Winter um 20% bis 30%; im Sommer geringe Niederschlagsabnahme um 0% bis -5% regional unterschiedlich ausgeprägter Trend zur Abnahme der Anzahl von Tagen mit Schneedecke bei anderen Parametern (Windgeschwindigkeit, Globalstrahlung, Wolkenbedeckungsgrad u.a.) noch keine eindeutigen Trends

18 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie (DAS) Fazit

19 Die künftigen CO 2 -Emissionen sind entscheidend nur Zunahme CO2-Emissionen (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) Abnahme nach 2060 Abnahme nach 2040 Emissionsszenarien beschreiben die CO 2 -äquivalent Emissionen für verschiedene mögliche Varianten der zukünftigen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklung Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, 2007)

20 Klimamodelle können das 20. Jh. nur mit anthropogenen Einflüssen simulieren Klimamodelle berücksichtigen eine Vielzahl natürlicher und anthropogener Einflüsse auf das Klima. Die Erwärmung des 20ten Jahrhunderts kann nur mit anthropogenen Einflüssen realistisch simuliert werden. Quelle. IPCC, 2013

21 Übergang von der letzten Kaltzeit zur gegenwärtigen Warmzeit ein Vergleich Temperaturänderung [ C] von Mittelwert Letztes Glaziales Maximum IPCC AR5 obere Schätzung für 2100 IPCC AR5 untere Schätzung für Jahre vor heute International Geosphere Biosphere Programme Report no.6, Global Changes of the Past, July1988

22 Prognosen für die Zukunft - Klimaprojektionen

23 Abschätzung von Unsicherheiten Übergang zum Multi-Modell- / Ensembleansatz

24 Globale Modelle HadCM HadCM HadCM BCM ECHAM5 ECHAM5 ECHAM5 ARPEGE 3Q0 3Q16 3Q3 r3 r2 r1 Regionale Modelle CLM HadRM 3Q16 SMHI kein bester SMHI oder REMO wahrscheinlichster Modelllauf HadRM 3Q3 RCA RCA CLM Hirham 5 HadRM 3Q0 C4 RCA3 komplette Bandbreite der Simulationen abgedeckt SMHI Hirham RegCM RCA 5 3 CLM REMO RM Modellkombinationen Racmo 2 REMO Hirham 5

25 Abschätzung von Unsicherheiten Basis: Ensemble von 19 regionalen Klimamodellen Temperaturzunahme (K)

26 Abschätzung von Unsicherheiten Basis: Ensemble von 19 regionalen Klimamodellen Temperaturzunahme (K) 4,63 K 3,32 K 85 % der Modelle unterschreiten diesen Wert 50 % der Modelle unterschreiten diesen Wert 15 % der Modelle unterschreiten diesen Wert 1,78 K Perzentil 50. Perzentil 85. Perzentil 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % 50 % der Modelle liegen über und 50 % liegen unter dem 50. Perzentil. 70 % der Simulationen liegen zwischen dem 15. und 85. Perzentil. 15 % der Modelle errechnen niedrigere und 15 % errechnen höhere Werte.

27 Bandbreite der wahrscheinlichsten Lufttemperaturänderungen (relativ zu ; Klimamodell-Ensembles im DWD) Quelle: Deutscher Wetterdienst

28 Bandbreite der wahrscheinlichsten Niederschlagsänderung Sommer (relativ zu ) 15% 50% 85% Quelle: Deutscher Wetterdienst

29 Bandbreite der wahrscheinlichsten Niederschlagsänderung Winter (relativ zu ) 15% 50% 85% Quelle: Deutscher Wetterdienst

30 Bandbreite der Änderung der Anzahl heißer Tage relativ zu % 50% 85% Anzahl Quelle: Deutscher Wetterdienst

31 Zusammenfassung Deutschland Temperatur Niederschlag Wind großflächige Erwärmung von > 2 C bis 2050 Erwärmung von bis zu 4 C bis 2100 Zunahme der heißen Tage zw. 20 und 35 bis 2100 im Sommer uneinheitlicher Trend (Abnahme im Westen und leichte Zunahme im Osten) deutliche Zunahme im Winter (ca. 15%) kaum Änderung der mittleren Windverhältnisse ( 5%) wahrscheinliche Zunahme der Sturmhäufigkeit (vor allem in Norddeutschland)

32 Klimawandel Änderungen von Extremereignissen bisheriges Klima Veränderungen der mittleren Verhältnisse Extremwerte Wetterelemente regionalen Unterschiede Eintrittswahrscheinlichkeit nur etwas weniger Kälte kalt Durchschnitt zukünftiges Klima mehr Hitze warm mehr Hitzerekorde

33 Was sind überhaupt Extremereignisse? sehr selten relativ (z.b. regional unterschiedlich) lokal begrenzt (konvektive Ereignisse) schwierig zu erfassen und zu quantifizieren statistische Beschreibung und insbesondere Nachweis von Änderungen schwierig EXTREMWERTSTATISK natürlicher oder sozio-ökonomischer Impakt Häufigkeitder Ereignisse Beaufort-, Fujita- oder Saffir-Simpson-Skala Versicherungsschäden/Todesopfer anwendungsspezifische Schwellwerte statistisch über Ränder der Verteilung braucht für robuste Ergebnisse längere Zeitreihen als die Beobachtungen normalerweise liefern ( Jahre) Nachteile NACHTEILE Standardverfahren der Extremwertsstatistik basieren auf der Auswertung von absoluten Werten Problem der Messungenauigkeit an den Rändern der Verteilungen Unsicherheit der verwendeten Modelle Trends unsicher

34 Kernschätzverfahren des DWD Ausgangsbasis 30 Niederschlag (mm) Überschreitung in % Zuweisung Addition Ereignisse der zeitlich gewichteter einzelnen müssen keinem Kerne Eintrittswahrscheinlichkeiten zeitabhängige Zeitpunkt absoluten Ergebnis: Funktion Schwellenwert zugeordnet sogenannte der X Kerne Auftrittshäufigkeit bestimmen werden Zeit

35 Starkregen Beobachtungen Projektionen

36 Starkregen Temperatur Beobachtungen: Projektionen: SRES A1B-ECHAM5-CLM Überschreitung in % Niederschlagextreme Kein eindeutiger Trend, große regionale Unterschiede Sturm JJA Hagel Überschreitungshäufigkeiten des 99. Perzentil für die Sommer- und Wintermonate für 7 Naturräume (Farben entsprechen der Kartendarstellung) Überschreitung in % BEOBACHTUNGEN DJF Zunahme extremer Niederschläge für ganz Deutschland, Ausnahme Alpenrand

37 Starkregen Temperatur Beobachtungen: Projektionen: SRES A1B-ECHAM5-CLM Überschreitung in % Niederschlagextreme Sturm Hagel JJA BEOBACHTUNGEN JJA PROJEKTIONEN Überschreitungshäufigkeiten des 99. Perzentil für die Sommer- und Wintermonate für 7 Naturräume (Farben entsprechen der Kartendarstellung) Überschreitung in % DJF DJF

38 Starkregen Temperatur Sturm Hagel Beobachtungen: Projektionen: SRES A1B-ECHAM5-CLM Überschreitungshäufigkeiten des 99. Perzentil für die Sommer- und Wintermonate für 7 Naturräume (Farben entsprechen der Kartendarstellung) Niederschlagextreme Zunahme besonders Ende des Jahrhunderts, keine großen regionale Unterschiede Zunahme extremer Niederschläge für ganz Deutschland um etwa das 1,5-fache bis 2100, Küstenstreifen: 2-fache Überschreitung in % Überschreitung in % JJA PROJEKTIONEN DJF

39 Temperatur Projektionen

40 Starkregen Temperatur Sturm Projektionen: SRES A1B-ECHAM5-CLM Temperaturextreme Insbesondere nach 2050 Zunahme um das 5- bis 10-fache der Häufigkeiten Überschreitung in % JJA Hagel Überschreitungshäufigkeiten des 99. Perzentil für die Sommer- und Wintermonate für 7 Naturräume (Farben entsprechen der Kartendarstellung) Kontinuierliche Zunahme um das bis zu 20-fache der Häufigkeiten Überschreitung in % PROJEKTIONEN DJF

41 Sturm Projektionen

42 Starkregen Temperatur Projektionen: SRES A1B-ECHAM5-CLM Windextreme Deutschlandweit Zunahme um 1,5- bis 2-fache, Ausnahme Alpenraum Überschreitung in % JJA Sturm Hagel Überschreitungshäufigkeiten des 99. Perzentil für die Sommer- und Wintermonate für 7 Naturräume (Farben entsprechen der Kartendarstellung) Deutschlandweit Zunahme um das 2- bis 2,5-fache, regional unterschiedlich Überschreitung in % PROJEKTIONEN DJF

43 Anpassung an geändertes Extremwertverhalten - Optionen Anpassung von Normungsverfahren VDI-, DIN-, Schnee-, Windlastnormen Anpassung Planungsverfahren Zukünftig auch mögliche Auswirkungen des Klimawandel in Planungsverfahren mit aufnehmen (Verkehrswegeplanung, Trassenführungen, Flughäfen, Gebäude) Anpassung technische Infrastruktur z.b. Klimaanlagen in Zügen, Hagelschutz an Gebäuden Bewusstsein für Unsicherheiten schärfen

44 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie(DAS) Fazit

45 Deutsche Anpassungsstrategie Raumentwicklung und Zivilschutz Energiewirtschaft Menschliche Gesundheit Bodenschutz Wasserwirtschaft, Hochwasserschutz Industrie u. Gewerbe DAS Landwirtschaft Biodiversität u. Naturschutz Finanzwirtschaft Fischerei Bauwesen Forstwirtschaft Verkehr, Verkehrsinfrastruktur Tourismus

46 Überblick Klimawandel Vorbemerkungen Was beobachtet wurde: Klimaänderungen bis heute Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis 2100 Die Deutsche Anpassungs- Strategie (DAS) Fazit

47 Zusammenfassung Der Klimawandel ist Realität Auswirkungen des Klimawandels sind bereits in Deutschland zu beobachteten Die verfügbaren Klimamodelle lassen ein Fortschreiten der globalen Erwärmung als sehr wahrscheinlich annehmen. Die Auswirkungen sich ändernder Parameter sind im Einzelnen jedoch noch mit Unsicherheiten behaftet Vermehrtes Auftreten von Extremereignissen wahrscheinlich Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel als Steuerungswerkzeug etabliert

48 Vermeidung und Anpassung sind wichtig Klimaschutz ist zwingend, aber Anpassung wird unumgänglich sein Handeln / Planen unter Unsicherheiten ist unumgänglich

49 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Andreas Walter Frankfurt, 04. Dezember 2015 Seite 49