Klima und Klimawandel

Transkript

1 Klima und Klimawandel Ursachen, Tatsachen, Erwartungen Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung

2 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus Hans von Storch 2013

3 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus Hans von Storch 2013

4 Das Klimasystem Klimaantriebe Sonne Treibhausgase Vulkanische Gase und Staub Aerosole Erdbahnparameter, Plattentektonik, Gebirgsbildung, Klimawechselwirkungen Atmosphäre-Ozean Atmosphäre-Eis Atmosphäre-Vegetation Menschliche Eingriffe Klimarückkopplungen Positive (Eis-Albedo) Negative (Pflanzenwachstum und CO2) (DWD)

5 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus Hans von Storch 2013

6 SOLARER NETTO- ANTRIEB SOLARKONSTANTE Satellitenmessungen Klimaantriebe die Sonne W/m ENERGIEINPUT VON DER SONNE ÜBER DIE LETZTEN 7 JAHRTAUSENDE W/m <-- v.chr. Kalenderjahre n.chr.--> (Fröhlich 2000, Solanski et al. 2004, Wagner et al. 2010) Langfristig relativ stabiler Verlauf Starke Erhöhung der Aktivität in den letzten 300 Jahren 11-jährige Zyklen unterbrochen durch multidekadische Minima Stehen wir vor dem Eintritt in das nächste große Solare Minimum? (W/m 2 ) Maunder- Minimum SOLARER ANTRIEB SEIT Dalton- Minimum 11-jährige Zyklen bis 1977 indirekte Rekonstruktion

7 ppb ppm direkt gemessen Klimaantriebe - Treibhausgase CH 4 und N 2 O CO rekonstruiert aus Hochakkumulations-Eisbohrkernen 350 CO CH4 N 2 O Kalenderjahre (Robertson et al. 2001) ppm CO Mauna Loa: Aktuell: 398ppm Starker Anstieg von Kohlendioxid und Methan im 20. Jhdt. Signifikant positiver Trend der CO2 Konzentrationen mit saisonalen Schwankungen Bemühungen den CO2 Ausstoß zu verringern hatten bis jetzt keinen Effekt Foto: Forrest M. Mims III

8 Klimaantrieb Klimaantriebe Vulkanausbrüche W/m el Chichón? 1815 Tambora 1883 Krakatau 1992 Pinatubo Kalenderjahre Foto: Steven W. Dengler Starker kurzfristiger Antrieb Zufälliges Auftreten Ausbrüche müssen stark genug sein um das Klima effektiv zu beeinflussen (Eruption von Staubpartikel und Gasen bis in die Stratosphäre > m)

9 Vielfache von 1800 Klimaantriebe anthropogene Aerosole Eisbohrkerne, Colle Gnifetti Winterschneedecke Sonnblick Foto: Urs Ruth Foto: Bernhard Hynek Starker Anstieg bis ca global dimming Luftreinhaltemaßnahmen beginnen ab diesem Zeitpunkt zu greifen. Ab den späten 1970 kontinuierliche Reduktion anthropogener Aerosole global brightening

10 Klimaantriebe in Summe (Hansen et al. 2007)

11 Klimarückkopplungen Positive Rückkopplungen (verstärken einen Effekt) Eis-Albedo Rückkopplung Verstärkung des Treibhauseffektes durch mehr Wasserdampf in der Atmosphäre Negative Rückkopplungen (dämpfen einen Effekt) Abhängigkeit der Oberflächenabstrahlung von der Temperatur Pflanzenwachstum und CO2 und vielleicht andere die wir noch nicht kennen.

12 Klimaantriebe und Klimarückkopplungen resultieren im globalen Temperaturverlauf von 1850 bis 2013

13 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus

14 Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 4,6 Mrd. Jahre: 500 Mio. Jahre vor heute 260 Mio. Jahre vor heute Insgesamt 5 Eiszeitalter Die meiste Zeit über waren die Pole eisfrei Ursachen: Kontinentaldrift Orogenese Treibhausgase Eis-Albedo-Rückkopplung 65 Mio. Jahre vor heute

15 Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten Jahre: heute Ursachen: Treibhausgase Eis-Albedo-Rückkopplung (Erdbahnparameter)

16 Temperaturabweichung global [ C] Temperaturabweichung im Alpenraum [ C] Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 250 Jahre: GLOBAL: +0.8 C ALPENRAUM: +2 C ZAMG 2012

17 Anomalien bezogen auf [ C/hPa] Anomalien bezogen auf [%] Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 250 Jahre: Warum stiegen die Temperaturen im Alpenraum stärker als im globalen Mittel? Sonnenscheindauer Temperatur Luftdruck

18 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle

19 Klimaextreme Niederschlagsextreme, Hochwässer, Stürme etc. von der Vergangenheit bis heute. Kamp Hochwasser 2002 Hurricane Katrina 2005 Tornado in Wien 2010 Sturmtief Kyrill 2007

20 Klimaextreme Wird das Wetter immer verrückter? Als Maß für die Verrücktheit des Wetters wird ein spezieller statistischer Index herangezogen (volatility = Sprunghaftigkeit), der die Unterschiedlichkeit der Temperatur von Tag zu Tag beschreibt. Hier für die Temperaturzeitreihe von Wien Hohe Warte: Hiebl und Hofstätter 2012

21 Klimaextreme Wahrscheinlichkeit für extreme Niederschlagssummen von Basis bildet der HISTALP-Datensatz der monatlichen Niederschlagssummen, Daten sind frei verfügbar unter Haslinger und Co-Autoren 2012

22 PDSI Klimaextreme Sommerliche Trocken- und Feuchtphasen in Wien von : Berechnet anhand eines Bodenfeuchteindexes (Palmer Drought Severity Index, PDSI)

23 Klimaextreme 180 Jahre Hochwasser an der Donau Zeitreihe der jährlich höchsten Durchflussmenge der Donau bei Wien: Blöschl u. Montanari (2010)

24 Klimaextreme Die Ereignisse 2013 und 1899 im Vergleich Niederschlag Jahr Hochwasservolumen [10 9 m 3 ] Retentionsvolumen [10 9 m 3 ] , ,1 < 0,5 Blöschl u. a. (2013) Hochwasser 2013 wäre mit Retentionsvolumen von 1899 wesentlich kleiner Niederschlag Hochwasser Niederschlag + Landnutzung + Wasserbauten= Hochwasser Blöschl u. a. (2013)

25 Klimaextreme Werden tropische Wirbelstürme stärker und häufiger? Es gibt unterschiedliche Antworten seitens der Wissenschaft und dem Versicherungswesen: Pielke und Co-Autoren 2008

26 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus Hans von Storch 2013

27 Klimazukunft Entwicklungsszenarien nach IPCC AR4 2007: A1B: Rasches Wirtschaftswachstum Starker globaler Austausch von Wissen und Gütern Einkommensunterschiede verringern sich Hohe Investition in Bildung und Forschung Balancierter Mix aus unterschiedlichen Energiequellen A2: Wenig globale Vernetzung und geringeres Wirtschaftswachstum Einkommensunterschiede bleiben hoch Energiemix orientiert sich an regionaler Verfügbarkeit Großteil der Wirtschaftsentwicklung fließt in Nahrungsmittelproduktion Nakicenovic et al B1: Hohes Umwelt- und Sozialbewusstsein Stärkere Gemeinschaftswerte weniger Individualismus, weniger Konsum Starke politische Steuerung Konzentration der Energiegewinnung auf erneuerbaren Energiequellen

28 Klimazukunft Emissionsszenarien nach IPCC AR Nakicenovic et al IPCC 2007

29 Klimazukunft Klimamodelle Klimamodelle berechnen atmosphärische Prozesse auf einer 3-dimensionalen Matrix Gitterweite derzeit: km, in Einzelfällen bis 25km; durch stetig steigende Computerleistung kontinuierliche Verringerung der Auflösung Gekoppelt mit Ozean-, Biosphären-, und Eisschildmodellen Neelin 2011 McCuffie und Henderson-Sellers 2005

30 Temperaturänderung [ C] relativ zu Klimazukunft Globale Muster des Temperaturanstiegs bis 2100 IPCC 2007

31 Relative Änderung zum Mittel Klimazukunft Globale Muster der Veränderungen von Variablen des Wasserkreislaufs IPCC 2007

32 Klimazukunft Temperaturszenario (A1B) für den Alpenraum Efthymiadis et al ZAMG 2012

33 Klimazukunft Niederschlagsszenario (A1B) für den Alpenraum Efthymiadis et al ZAMG 2012

34 Klimazukunft Wie gut können Klimamodelle den beobachteten Temperaturverlauf simulieren? Temperaturentwicklung aus eine Klimamodell Ensemble berechnet mit natürlichen und natürlichen plus anthropogenen Antrieben Natürliche Antriebe Natürliche + anthropogene Antriebe IPCC 2007

35 Klimazukunft Aber Die globalen Temperaturen stagnieren seit ca. 15 Jahren und zeigen keine weitere Erwärmung trotz stetig steigender CO2 Emissionen

36 Klimazukunft Nur drei von 114 globalen Klimasimulationen erfassen die aktuelle Temperaturstagnation? IPCC (2013)

37 Klimazukunft Unsicherheiten in Klimaprojektionen: Reaktion der globalen Temperatur auf veränderte CO2 Konzentrationen Natürliche Klimavariabilität (Stichwort El Nino und Ozeanzirkulation) Wolkenbildung und Niederschlagsentwicklung Eisschild- und Vegetationsdynamik Kleinräumige Starkniederschläge (Gewitter) Globale Mitteltemperatur Schöner et al. 2010

38 Etwas zum Mit nach Hause nehmen Die Temperaturen werden (langfristig) wahrscheinlich in dem Maße oder etwas geringer ansteigen wie es globale Klimamodelle simulieren. Die Klimaantriebe in Zukunft sind jedoch mit gewissen Unsicherheiten behaftet die größten Unsicherheiten liegen jedoch in den sozioökonomischen Szenarien. Aussagen über den thermischen Klimakomplexes sind robuster als jene für den hygrischen. Klimaentwicklungen auf großen Raum- und Zeitskalen sind einfacher abzuschätzen als auf kleinen Raum- und Zeitskalen. Aussagen über Entwicklungen über Extremwerte sind schon für die Vergangenheit nicht einfach, für die Zukunft ungemein schwieriger. Meinungsgesteuerte Aussagen hinterfragen (Shell, Greenpeace, Versicherungen ) Kritisch den Stand der Wissenschaft verfolgen

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung