Feld, Wald und Wiese wie beeinflussen Landoberflächen das Klima?

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1 Feld, Wald und Wiese wie beeinflussen Landoberflächen das Klima? Regionale Klimaänderungen Ursachen und Folgen, Berlin, Hans Peter Schmid, KIT-Campus Alpin (Garmisch-Partenkirchen) INSTITUTE FOR METEOROLOGY AND CLIMATE RESEARCH, Atmospheric Environmental Research (IMK-IFU), Garmisch-Partenkirchen (D)

2 Feld, Wald und Wiese wie beeinflussen Landoberflächen das Klima? Regionale Klimaänderungen Ursachen und Folgen, Berlin, Hans Peter Schmid, KIT-Campus Alpin (Garmisch-Partenkirchen) Landoberfläche: INSTITUTE FOR METEOROLOGY AND CLIMATE RESEARCH, Atmospheric Environmental Research (IMK-IFU), Garmisch-Partenkirchen (D) Atmosphäre Energie Wasser Treibhausgase Vegetation Boden / Wasser

3 CO 2 (ppm) Quelle: GlobalCarbonProject.org Helmholtz Verbund Regionale Klimaänderungen CO 2 Gehalt der Atmosphäre (Trend ) 480 Woher stammt das anthropogene CO 2? % % 46% 26% = % CO 2 Quellen (Emission) Atmosphäre, gemessen Fossile Brennstoffe Globale Emissionen mit Ozean Senke Und wo geht es hin? CO 2 Senken (Aufnahme) Ökosystem Service!

4 biogener Anteil Helmholtz Verbund Regionale Klimaänderungen Quellen von Treibhausgasen: auch aus Feld, Wald & Wiese Verstärkung des biogenen Anteils durch Klimawandel? CO 2 CO 2 : ~20% N 2 O CH 4 CH 4 : ~60% N 2 O: ~60%

5 Helmholtz TERENO Observatorien Messplattformen für interdisziplinäre und langfristige Umwelt- und Klimaforschung als Verbund von 6 Helmholtz Einrichtungen in REKLIM: Konsequenzen von Klimawandel auf Feld, Wald und Wiese (Ökosysteme): Böden, Vegetation, Grundwasser Rückkopplung zwischen Ökosystemen & Atmosphäre: Wasser, Wärme, Treibhausgase

6 Hintergrund: Erlebte Klimaänderung im Deutschland Temperaturanstieg seit 1900: global Deutschland 0.8 Grad 1.2 Grad Alpenbereich 2.0 Grad Deutschland: Erwärmung im Sommer größer als im Winter Sommer generell trockener, Winter eher feuchter Winter (D-Mittel) Sommer (D-Mittel)

7 Helmholtz Verbund Regionale Klimaänderungen Anpassung der Vegetation an Klimawandel Beginn der Apfelblüte (D Mittel) 10. Mai 28. April Erntedatum Winterweizen in Niederbayern 9. Sep 2. Sep 26. Aug Erntedatum 19. Aug 12. Aug 5. Aug 29. Jul 22. Jul Erntedatum Polynomisch (Erntedatum) 15. Jul Jahr

8 Hintergrund: Blick in die Zukunft durch Regionale Klimamodellierung Winter DJF Sommer JJA bis 30% mehr Niederschlag im Winter (Europa +11%) bis 40% weniger Niederschlag im Sommer (Europa -1%) Richard Knoche et al., KIT (DEKLIM)

9 Hintergrund: Blick in die Zukunft durch Regionale Klimamodellierung Tage mit Schneebedeckung: Richard Knoche et al., KIT (DEKLIM)

10 Landoberfläche: Ökosysteme &Infrastruktur Klimawandel äußert sich über Wasser Nicht genug Wasser? der Blaue Planet Oder zu viel?

11 Wasser an der Landoberfläche: essentielle Information Mesoskaliges Hydrologisches Model (Auflösung: 0.25 ): Monatliche Bodenfeuchte Anomalie für oberste Bodenschicht (0-5 cm). Luis Samaniego et al., UFZ-Leipzig

12 Landökosysteme: einerseits betroffen von Klimawandel andererseits aktive Rolle im Klimawandel Landnutzung und management sind wichtig Landoberfläche: Atmosphäre Energie Wasser Treibhausgase Vegetation Boden / Wasser

13 Beispiel: Moore sind effektive Kohlenstoffsenken... Natürliches Moor Moorentwässerung CO 2 CO 2 CH 4? Wiedervernässung CO 2 CH 4 gehören aber auch zu den größten natürlichen Methanquellen. Franziska Koebsch et al., GFZ-Potsdam

14 Wiedervernässte Moore im TERENO Observatorium Norddeutsches Tiefland Hütelmoor Universität Rostock & GFZ Polder Zarnekow GFZ & ZALF Franziska Koebsch et al., GFZ-Potsdam

15 Hütelmoor: Hohe Methanfreisetzung im 1. Jahr nach Wiedervernässung, dann stetiger Rückgang in den Folgejahren Überstau Franziska Koebsch et al., GFZ-Potsdam

16 Andererseits... Kann ein entwässertes forstlich genutztes Hochmoor eine stärkere C-Senke sein als ein natürlicher Hochmoor-Wald? Germany natural drained Research areas Same Latitude (distance 10 km) Geological origin Atmospheric conditions Mean air temperature: 8.5 C Mean annual precipitation: 1202 mm Different Land-use history Soil conditions Vegetation type Different physiology of light-response Hommeltenberg et al. Biogeosciences 2014

17 natürlicher Moorwald entwässert & forstlich genutzt Hommeltenberg et al. Biogeosciences 2014

18 Langzeit Perspektive: Biomasse: ΔC ~ 86 t C ha -1 netto C-Verlust: ΔC ~ 134 t C ha m prä km m Torf Verlust: ΔC ~ 220 t C ha -1 Fichten müssten noch fast 100 Jahre mit der heutigen Rate wachsen und C aufnehmen ( 1.57 t C ha -1 a -1 ), um den Torfverlust zu kompensieren. Dies ist unrealistisch. langfristig sind natürliche Moore effektive C-Speicher. modified from:

19 Beispiel: Treibhausgas Haushalt von Grünland Ökosystemen Entlang einem Klimagradienten im TERENO-präalpin Observatorium Kiese R, Lu H, Fu J, Diaz-Pines E, Papen H, Schmid HP (KIT-Campus Alpin) Graswang (860m) Rottenbuch (750m) Fendt (600m)

20 Feld-Experiment: Setup Prinzip: Klimasequenz Raum für Zeit 600 m 763 m 865 m Klimasequenz ralf.kiese@kit.edu

21 N 2 O Emission nach Klimawandel Experiment Cumulative N 2 O flux [kg N ha -1 year -1 ] intensive n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. extensive n.s. n.s. n.s. control HH_int climate HL_int change control HH_ext climate HL_ext change ** n.s. Autumn Summer Spring Winter

22 N 2 O Emission: differenzierte Betrachtung nötig Kältere Böden in einer wärmeren Welt: Verringerte Schneebedeckung im Winter kann zu höheren N 2 O Emissionen aus Böden führen Ralf Kiese et al., KIT-Campus Alpin

23 N 2 O Emission: differenzierte Betrachtung nötig Kältere Böden in einer wärmeren Welt: Verringerte Schneebedeckung im Winter kann zu höheren N 2 O Emissionen aus Böden führen Ralf Kiese et al., KIT-Campus Alpin

24 Temperatur in 2cm Bodentiefe [ C] mit Schneebedeckung ohne Schneebedeckung Feb 1 Mar 2 Mar 3 Mar 4 Mar 5 Mar 6 Mar Ralf Kiese et al., KIT-Campus Alpin

25 Temperatur in 2cm Bodentiefe [ C] mit Schneebedeckung ohne Schneebedeckung Feb 1 Mar 2 Mar 3 Mar 4 Mar 5 Mar 6 Mar Ralf Kiese et al., KIT-Campus Alpin

26 Wie gestalten Feld, Wald und Wiese den Klimawandel mit? Natürliche und Land-/Forstwirtschaftliche Ökosysteme spielen weltweit eine herausragende Rolle im Klimawandel Rückkopplung mit Klimawandel macht Ökosysteme (hauptsächlich mittlere Breiten) zur Zeit zu Kohlenstoff Senken: tragen wesentlich zur Abschwächung des CO 2 Anstiegs bei Bei weiterem Fortschreiten der Klimaerwärmung kann die C-Senke in eine Quelle umschlagen: Klimawandel wird dann beschleunigt durch Ökosysteme Das Verhalten von Ökosystem-Typen im Klimawandel und im Treibhausgas Haushalt muss weiter experimentell untersucht werden Die Art der Landnutzung und des Land-Managements hat weitreichende Konsequenzen auf die Klimawirksamkeit von Landökosystemen