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Weltweite Klimaänderung?
Dr. Volker Beer
1. Teil
Definitionen:
• Wetter: Atmosphärischer Zustand zu einem
bestimmten Zeitpunkt.
• Witterung: Wetter im Zeitraum von Tagen, Wochen,
Monaten und Jahreszeiten.
• Klima: Mittlerer Zustand der Atmosphäre über einem
bestimmten Erdort, bezogen auf eine bestimmte
Zeitepoche, mit Rücksicht auf die mittleren und
extremen Veränderungen, denen die zeitlich und
örtlich definierten atmosphärischen Zustände
unterworfen sind. (KÖPPEN 1923, 1931, erweitert durch
CONRAD 1936, zitiert aus HEYER 1988)
• Klima ist die Synthese des Wetters über einen
Zeitraum, der lang genug ist, um dessen
statistische Eigenschaften bestimmen zu können.
(HUPFER 1996)
Vom Wetter zum Klima
• Tägliche
Aufzeichnung
meteorologischer
Elemente
• Nebenstehend
Auszug aus einem
Wetterjournal vom
Juni 1976
Vom Wetter zum Klima
• Verdichtung der Daten zu Tages-, Monatsund Jahresmittelwerten
• Obenstehend Temperaturmittel 1975 bis 2001
Vom Wetter zum Klima
• Verdichtung der Daten zu 30 - Jahresmittelwerten
• Obenstehend „Klimadiagramm“
Klimafaktoren
• Externe Faktoren:
• Erdbahnparameter (Exzentrizität, Obliquität,
Präzession)
• Tektonische Prozesse (Kontinentaldrift,
Vulkane, Gebirgsbildung)
• Sonne (Aktivitätszyklen, Zunahme um 25 –30
% in 4 Mrd. Jahren)
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Erdbahnparameter
Lit.: Zachos, J.M. Pagani, L. Sloan, E. Thomas and K. Bilups (2001): Trends, Rhythmus, and Aberration in Global Climate 65 Mato Present,
Science 292, 686-693
Klimafaktoren/Kontinentaldrift
In Ostafrika driften die Kontinentalplatten auseinander, der Graben
verbreitert sich, Indien schiebt sich weiter nach Norden, bohrt sich in
den asiatischen Kontinent, staucht und hebt damit den Himalaja
weiter. Nordamerika und Europa entfernen sich immer weiter.
Kontinentaldrift von der Gegenwart
bis in 200 Millionen Jahren.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Sonnenaktivität
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren
Interne Faktoren:
• Ozeane (CO2-Senke, Meereszirkulationen:
Thermohaline Zirkulation (THC) Auftriebsgebiete,
Nordatlantikstrom, El Nino, …)
• Atmosphärische Zirkulationen wie North Atlantic
Oscillation (NAO), Antarctic Oscillation (AAO), El Niño
Southern Oscillation (ENSO) …
• Albedo (Eisfläche, Vegetationsfläche, planetare
Albedo)
• C-Kreislauf (Karbonat-Silikat-Verwitterung)
• Vegetation (CO2-Senke, Albedo, CH4 …)
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Ozeane
CO2-Senke, Meereszirkulationen: Thermohaline
Zirkulation (THC) Auftriebsgebiete, Nordatlantikstrom,
El Nino, Golfstrom
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Ozeane
Die thermohaline
Zirkulation,
umgangssprachlich auch
"globales Förderband"
(engl. „ocean conveyer
belt“), ist ein
ozeanographischer
Terminus für eine
Kombination von
Meeresströmungen, die
vier der fünf Ozeane
miteinander verbinden
und sich dabei zu einem
Kreislauf globalen
Ausmaßes vereinen.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Atmosphäre
Die globale atmosphärische Zirkulation
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Atmosphäre
Die globale atmosphärische Zirkulation
Klimafaktoren/Atmosphäre
NAO: Die Nordatlantischen Oszillation ist ein Maß für die Stärke der
Westwinde über den Atlantik. Positive Werte weisen auf
überdurchschnittlich häufige Westwindwetterlagen über den mittleren
Breiten. Diese sind mit Tiefdruck in der isländischen Region und
Hochdruck über dem subtropischen Atlantik verbunden. Die Folge
sind kalte Winter im nordwestlichen Atlantik (Ostküste USA, Kanada,
Grönland) und milde, regnerische Winter in West, Mittel- und
Nordeuropa. Ein negativer NAO-Index bedeutet eine schwächere
ausgeprägte Westwindewetterlage, oftmals verbunden mit einem
blockierenden Hochdruckgebiet über Island oder Skandinavien.
Daraus resultieren kalte Winter in Europa. Seit etwa 1980 wird eine
tendenzielle Zunahme positiver NAO Ereignisse beobachtet.
AAO: Die Antarktis Oszillation sind periodisch wiederkehrende
Änderungen des Luftdrucks im Bereich der Antarktis.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimafaktoren/Atmosphäre
ENSO: Periodisch wiederkehrende Luftdruckschwankungen über der
tropischen Indo-Pazifik Region (Southern Oscillation) und El Niño sind
eng miteinander verknüpft. Gemeinsam sind diese als El Niño
Southern Oscillation Phänomen bekannt.
neutraler Zustand
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
El Nino Ereignis
Weitere natürliche Klimafaktoren
• Albedo
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Weitere natürliche Klimafaktoren
• C-Kreislauf (Karbonat-Silikat-Verwitterung)
– Karbonatverwitterung
CaCO3+ CO2+ H2O <=> Ca2+ + 2HCO3Silikatverwitterung
CaSiO3+ 2CO2+ 2H2O => …=> CaCO3+ SiO2.H2O + CO2+ H2O
Temperaturabhängig, Druckabhängig, pH-abhängig,
abhängig vom Salzgehalt.
Die Löslichkeit von Kalk in wässeriger Lösung steigt mit
zunehmendem Salzgehalt, steigender Konzentration gelöster
Kohlensäure, sinkender Temperatur und sinkenden pH-Wert.
Die Löslichkeit von CO2 nimmt mit steigendem Druck zu.
• Vegetation (CO2-Senke)
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Anthropogene Klimafaktoren
• Treibhausgase (THG) aus fossilen Brennstoffen,
Massentierhaltung, Reisanbau, …)
• Aerosole, Rückkopplungseffekte, Wechselwirkungen
• Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
(BGR) in Hannover schätzt den Einfluss der vom Menschen
produzierten Treibhausgase auf den gesamten
Treibhauseffekt der Atmosphäre mit etwa 2,1 % ein.
• Natürlicher Treibhauseffekt (THE): 33K
• Ohne diesen läge die globale mittlere Temperatur bei –18 °C.
Durch den natürlichen THE liegt diese bei 15 °C.
• Anthropogener THE: etwa 0,7 K
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Anthropogene Klimaeinflüsse
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimamodelle
Ein Klimamodell ist ein Computer-Modell zur
Berechnung und Projektion des Klimas für einen
bestimmten Zeitabschnitt. Diese werden zur
Prognose von Klimaänderungen herangezogen. Es
werden sogenannte Szenarien berechnet.
International gebräuchliche Klimamodelle sind:
• HadCM3 (Hadley coupled model, version 3): Dieses
Klimamodell wurde, neben einigen anderen, für den
dritten (TAR) und vierten (AR4) Sachstandsbericht
des IPCC verwendet.
• HadGEM1 (Hadley global environment model 1):
Weiterentwicklung des HadCM3 Klimamodells.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimageschichte
Klimaschwankungen sind in der
Erdgeschichte
Normalität.
Die gegenwärtige
Klimaänderung
verläuft wesentlich
schneller!
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Klimageschichte
Jahresmitteltemperatur in
Leipzig: - 8 °C, jedoch vor
150.000 Jahren (Saaleeiszeit)
und gegenwärtig: + 9,6 °C.
Klimaprognose
Modellgrundlagen: Wirtschaftsprognosen und atmosphärischer CO2 - Anteil!
Der 4. Sachstandsbericht des IPCC (2007) postulierte
einen Anstieg der globalen Mitteltemperatur um 1,5
bis 6,4 K. Der 5. Sachstandsbericht des IPCC (2013)
prognostiziert einen Anstieg von 0,4 bis 4,1 K.
Wahrscheinlich ist ein Anstieg von 2 bis 3 K
Quelle: IPCC, DWD, Dr. Johannes Quaas, MPI Hamburg, Prof. Dr. Manfred Wendisch, Uni. Leipzig
Klimaprognose
Globale
Temperaturänderung
(oben)
Veränderung
der NiederSchlagsverTeilung
(unten)
Quelle: IPCC 2013, 5. Sachstandsbericht
Klimaprognose
Weniger Frosttage, mehr Hitzewellen
Quelle: IPCC, DWD, Dr. Johannes Quaas, MPI Hamburg, Prof. Dr. Manfred Wendisch, Uni. Leipzig
Klimaprognose
Zunahme der Niederschläge, mehr Trockenperioden
Quelle: IPCC, DWD, Dr. Johannes Quaas, MPI Hamburg, Prof. Dr. Manfred Wendisch, Uni. Leipzig
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Intensivierung des Wasserkreislaufes
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Anstieg der mittleren Verdunstung und der mittleren
Niederschlagsmengen um 3 bis 15 %.
Regional äußerst unterschiedliche Niederschlagszunahme.
Massive Intensivierung der Niederschlagstätigkeit
vorwiegend in den Tropen und den höheren Breiten.
Weitere Abnahme in einigen subtropischen
Trockengebieten.
In weiten Teilen Europas wird im Winter mehr Niederschlag
und im Sommer weniger Niederschlag erwartet.
Die Häufigkeit von Starkniederschlägen sowie von
Trockentagen wird auch in Europa zunehmen.
Daraus kann eine Tendenz zur Zunahme von
Extremereignissen abgeleitet werden.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Änderung der polaren Eisschilde
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Großer Einfluss der Eisschilde der Antarktis und Grönlands auf
das Weltklima.
Völliges Abschmelzen hätte einen Meeresspiegelanstieg von 80 m
zur Folge.
Gegenwärtig stabile, ausgeglichene Massenbilanz des
antarktischen Eisschilds.
Diese wird bei einer allgemeinen Erwärmung zunächst beibehalten.
Temperaturzunahme und damit verbundene
Niederschlagsintensivierung führt zu steigender
Schneeakkumulation, damit zur Zunahme von Inlandeis.
Wesentlich höhere liegende Temperaturen in Grönland
verursachen einem Massendefizit.
Aussüßen des Nordatlantiks könnte den Golfstrom zum Erliegen
bringen.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Folgen:
Dämpfung der Erwärmung in
Europa und Nordamerika.
Zusätzliche Erwärmung in
Australien, Südamerika und
Südafrika um 2 K.
Verschiebung des tropischen
Regengürtels in Regionen unfruchtbarer Böden.
Meeresspiegelanstieg um
ca. 1m in Europa.
Rückgang des ozeanischen
Nährstoffangebotes.
CO2-Senkenfunktion verringert/
Verstärkung der Versauerung
der Ozeane.
Abriss des Golfstroms?
Abkühlung in Europa bei gleichzeitig fortschreitender globaler Erwärmung wäre die Folge.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Rückgang der Gletscher in den Hochgebirgen
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Hochgebirgsgletscher reagieren relativ schnell auf die Klimadynamik.
Sie sind repräsentative Indikatoren veränderter Energiebilanzen.
Der fast weltweite Rückzug der Gletscher gilt als Anzeichen einer bereits
begonnenen Klimaerwärmung.
Einige Gletscher Norwegens weisen durch vermehrte Winterniederschläge
Gewinne auf.
Der Gletscherrückgang in den Alpen betrug zwischen 1850 und den 1970er
Jahren etwa ein Drittel der Fläche und die Hälfte der Masse.
Seit 1980 sind nochmals etwa 10-20 % der Fläche abgeschmolzen.
Es wird angenommen, dass bereits in der ersten Hälfte des 21.
Jahrhunderts ein deutlicher Zerfall der Gletscher in den Alpen erfolgt.
Insgesamt werden um 2035 über die Hälfte und nach der Mitte des
Jahrhunderts bereits nahezu alle heutigen Gebirgsgletscher geschmolzen
sein.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Anstieg des Meeresspiegels
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Als weitere Folge der globalen Erwärmung wird eine Erhöhung des
mittleren Meeresspiegels um mehr als 5 mm/Jahr vorhergesagt.
Satellitendaten bestätigen für den Zeitraum von 1993 bis 2006
einen jährlichen Anstieg um 3,3 Millimeter.
Wissenschaftler des IPCC in Washington prognostizieren eine
langsame Zunahme der antarktischen Eismassen, eine etwas
schneller erfolgende Volumenabnahme des grönländischen
Eisschildes.
Thermische Ausdehnung der oberen Wasserschicht der Ozeane
und erhöhter Schmelzwasserzufluss bewirken den
Meeresspiegelanstieg.
Bis zum Jahr 2100 kann ein allgemeiner Meeresspiegelanstieg von
etwa 50 cm gegenüber dem heutigen Niveau erwartet werden.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Wüstenbildung
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Gegenwärtig sind bereits bis zu 20 Millionen km2 der Festlandsfläche von
der Wüstenbildung erfasst.
Diese Fläche entspricht der Größe der USA und Kanadas zusammen.
Hauptursache dieser Wüstenausbreitung sind falsche landwirtschaftliche
und wasserwirtschaftliche Praktiken.
Die jährliche Ausbreitungsrate der Wüsten beträgt in Mittelasien,
Nordwestchina, Nordafrika und in der Sahelzone 0,5 bis 0,7 %. Jährlich
dehnen sich die Wüsten um eine Fläche von 100.000 km2 aus. Diese Fläche
entspricht etwa der Größe Österreichs und der Schweiz.
Verläuft diese Entwicklung weiterhin so rasant, werden im 21. Jahrhundert
fast alle Böden im ariden und semiariden Bereich (Subtropen,
Mittelmeerraum) betroffen sein.
Der betroffenen Bevölkerung (gefährdet sind etwa 1 Mrd. Menschen) wird
die Grundlage ihrer Existenz entzogen. Die künftige Klimaentwicklung wird
die Desertifikation durch Abnahme der Niederschläge in vielen
Trockengebieten weiter verstärken.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Einflüsse auf die Vegetation
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Tiefgreifende Klimaschwankungen führen zu drastischen Verschiebungen
der Vegetationszonen.
Bei einer weltweiten Erwärmung um 2 bis 3 K werden sich die Tundra, die
Taiga, die warmgemäßigten sommergrünen Wälder und die
warmtemperierten immergrünen Wälder um bis zu 600 km polwärts
verlagern.
Die tropischen Regenwälder könnten sich, sofern sie nicht völlig abgeholzt
und degradiert werden, weiter als bisher ausdehnen.
Verschieben sich die Vegetationszonen infolge der Erwärmung zu schnell,
wird die Anpassungsfähigkeit vieler Pflanzen überfordert.
Eine Änderung der Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften ist
unvermeidbar.
Die Waldökosysteme und die Forstwirtschaft werden durch die
Langlebigkeit der Waldgenerationen besonders stark vom Klimawandel
betroffen.
Die Klimawirkungen auf die Pflanzen sind sehr komplex. Weitere Folgen
sind die Erhöhung des Abbaus von organischem Material im Boden und der
Evapotranspiration, d.h. die Gesamtverdunstung von Boden und Pflanze.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Einflüsse auf die Landwirtschaft
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Die Erträge der verschiedenen Kulturen werden regional und
lokal stark schwanken.
Eine Verdoppelung des CO2-Gehaltes gegenüber dem
vorindustriellen Wert wird keinen nennenswerten Einfluss auf
die Erträge haben.
Sinkende Erträge in den Trockengebieten der Erde, Erhöhung
des Risikos für Unterernährung der dort lebenden Bevölkerung.
Zunahme von Ertragsverlusten durch Wetterextreme (Dürre,
Hagel, Sturm, Überschwemmung ...).
Ertragsverluste durch klimabedingte Ausbreitung von
Schädlingen und Krankheiten.
Verkürzung der Wachstumsperioden um 3 bis 4 Wochen in
Trockenregionen der Subtropen.
Verlängerung der Wachstumsperioden in hohen Breiten.
Mit 15 % der Emission klimarelevanter Spurengase trägt die
Landwirtschaft selbst zur Klimaerwärmung bei.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg
Mögliche Folgen der Klimaänderung
Direkte Einflüsse auf die Menschen
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Anstieg der Todesfälle infolge von Hitzebelastung,
insbesondere in Städten.
Klimaabhängige Ausbreitung von Parasiten,
Mikroorganismen / Infektionskrankheiten und Krankheiten
übertragenden Insekten.
Vergrößerung des Anteils der Weltbevölkerung, die in
Malariazonen lebt, von derzeit 45 % auf 60 %.
Jährliche Zunahme der Malariafälle um 10 bis 15 %.
Zunahme der Hautkrebsgefahr infolge des Ozonabbaus.
Zunahme von Migrationsbewegungen und politischen
Unruhen.
Quelle: IPCC, DWD. KRZ Hamburg