Tagungsband - Publikationsdatenbank der Technischen Universität
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Tagungsband des 9. Österreichischen Klimatags „Klima, Klimawandel und Auswirkungen“ 16. und 17. März 2006 Veranstalter: Klimaforschungsinitiative AustroClim gemeinsam mit: Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) Österreichische Gesellschaft für Meteorologie (ÖGM) Umweltbundesamt GmbH IFF, Institut für Soziale Ökologie – Universität Klagenfurt Inhalt Vorträge: V01 V02 V03 V04 V05 V06 V07 V08 V09 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 V29 Einblicke in die Arbeit eines Lead Author's am IPCC 4th Assessment Report CO2-Grobbilanz für österreichische Klimabündnisgemeinden Die Kohlendioxid-Senken/Quellenstärke alpiner Graslandökosysteme und deren Beeinflussung durch Bewirtschaftungsmaßnahmen Waldbewirtschaftung als Beitrag zur Treibhausgasreduktion - Analyse anhand eines Beispielbetriebes reclip:tom – Untersuchung technologischer Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen Österreichs zu reduzieren Mineralisierung von Bodenkohlenstoff in Bergwäldern in Folge der Klimaänderung Kohlenstoffbilanzierung in Sibirien - ein Beitrag der Mikrowellenfernerkundung Klima-Monitoring mit Radio-Okkultationsdaten des Satelliten CHAMP RAOBCORE - ein homogenisierter globaler Radiosondentemperaturdatensatz Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna Auswirkungen einer Klimaänderung auf den Wasserhaushalt des Neusiedlersees Bisherige Ergebnisse der Kältepolstudie in der Steiermark Projekt reclip:more - Übersicht: Aufgaben, Methoden und Ergebnisse im Projektjahr 2 reclip:more: Hochaufgelöste Klimasimulation für Österreich reclip:more: Dynamisches Downscaling globaler Klimadaten mit ALADIN Modellvalidierung mittels VERA im Rahmen von reclip:more proVISION: Strategien zur nachhaltigen Raumentwicklung von Tourismusregionen unter dem Einfluss der globalen Erwärmung am Beispiel der Wintersportregion um Schladming (STRATEGE) proVISION: A Tale of two Valleys Neue Erkenntnisse über die Schneedeckendauer im Alpenraum Auswirkungen der gegenwärtigen Klimaänderung auf den Alpinismus Neues aus dem Eis der Alpengletscher zur Klimageschichte des letzten Milleniums Hat die Klimavariabilität im Alpenraum zugenommen? Eine Flash-Studie mit 200-jährigen HISTALP-Daten The Global Observation Research Initiative in Alpine Environments (GLORIA): die weltweite Umsetzung eines Netzwerks zur ökologischen Klimafolgenforschung im Hochgebirge Ökologische Klimawandeleffekte in den Tiroler Zentralalpen: 10 Jahre Forschung am Schankogel, Stubaier Alpen Globalstrahlungstrend im Großraum Wien Lokale Bedingungen und Probleme beim Einschlagen eines Pfades der Nachhaltigkeit am Beispiel der Gemeinde Kautzen (NÖ) Monitoringsystem für die Maßnahmen im NÖ-Klimaprogramm Treibhausgasbilanzen, CDM Methodiken und IPCC Aktivitäten im Bereich Land- und Forstwirtschaft Observed Global Climate - ein Klimahandbuch in der Reihe Landolt-Boernstein V30 V31 V32 V33 V34 V35 V36 V37 Klima und Landschaft im Quartär Klimaforschungsbedarf - Strategien und Schwerpunkte im ländlichen Raum Pflanzenphänologische Beobachtungen als Bio-Indikator für den Klimawandel Kopplung zwischen Klimasignal und Algen in Seen: Zeitliche Verschiebung der Frühjahrsblüte in Abhängigkeit von Trends und Schwellenwerten physikalischer Parameter Welche hydrologischen Variable reagieren sensibel auf mögliche Klimaänderungen? Hohe Profit- und Diskontraten als Faktoren der Abwertung zukünftiger Risken und Schäden nach dem Schema der Kosten-Nutzen-Analyse Meteorologische Extremereignisse und siedlungswasserwirtschaftliche Infrastruktur Auswirkungen, Sanierung und Vorsorgemaßnahmen Vorstellung des Videos: "Solar na klar" Poster: P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P08 P09 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P22 P23 P24 P25 Implementierung eines Bewertungsmodells für Trockenschäden in einem GIS Schulprojekt "Solar na klar“ unser Beitrag für eine saubere Umwelt Einsatz von Lysimetern in der Klimafolgenforschung Hourly high resolution short wave solar radiation patterns considering terrain effects Generating temperature indicators out of MM5 applying different temporal resolutions Diagnose von Hitzeperioden in Österreich aus ERA und GCM Feldern Klimaänderung und Starkniederschlagswetterlagen in Österreich Kurzfristige und langfristige Variabilität der solaren UV-Strahlung in Österreich Messungen und Analyse des Gesamtozons in Österreich Untersuchung trockengestresster Getreide anhand Fernerkundungsmethoden Landwirtschaft im Klimawandel: Einfluß von Klimaveränderung (erhöhte CO2 Konzentration und Temperatur) auf wichtige Kulturpflanzen Österreichs Adaption measures to climate change for glacier ski resorts Greenhouse gas and ammonia emission abatement by slurry treatment Influence of different levels of covering on greenhouse gas and ammonia emissions from slurry stores Österreichische Emissionsinventur, Bereich “Landwirtschaft” Climate protection through renewable energy from biogas production Klimaschutzkampagne der Österreichischen Hagelversicherung Dendroklimatologie - Klimainformationen in der Holzstruktur Beobachtungen der Neuschneegrenze im Stubachtal (Hohe Tauern) an der Station Rudolfshütte von 1985 bis 2003 Erstellung eines digitalen Geländemodelles zur Erfassung der Ausaperung am Stubacher Sonnblickkees unter Verwendung von Amateurphotos Klimawandel, Hitzewellen und das Sterben in Wien CIRCLE (Climate Impact Research Coordination for a Larger Europe) Generation of highly resolved wind climatologies in Austria Regionalisierung von Temperatur und Niederschlag in der Alpinen Region Hohe Tauern (Downscaling of Temperature and Precipitation in the Alpine Region Hohe Tauern) Klimatrends in Südösterreich 1961-2004: Region Hohe Tauern und Region Südoststeiermark im Vergleich P26 P27 P28 P29 P30 P31 P32 P33 Outstanding past decadal-scale climate events in the Greater Alpine Region analysed by 250 years of data and model runs COST725 Establishing a European Phenological Dataplatform for Climatological Purposes Klimatologische Evaluierung der REMO (REgionalMOdell) Niederschlagssimulation über dem Alpenraum 1971 – 1999 A High Resolution Temperature Climatology in Complex Terrain PROJEKT FORAPLPS- Daten-Digitalisierung und Analyse HISTALP – 250 Jahre instrumentelle Klimareihen im Großraum Alpen – Status und erste Analysen Empirical Downscaling of dynamically downscaled ERA40 fields Untersuchungen des Stickstoffzyklus und Modellierung des Risikos für Wälder eines kalkalpinen Standortes in Tirol durch eine Klimaerwärmung und durch veränderte Stickstoffeinträge Unter http://www.austroclim.at/index.php?id=39 können Sie das Programm des Klimatages als pdf-File herunterladen. Dort werden nach dem Klimatag Vorträge und Abstracts (in Farbe) veröffentlicht. Kontakt: Ingeborg Schwarzl Klimaforschungsinitiative AustroClim c/o Universität für Bodenkultur Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt, Institut für Meteorologie (BOKU-Met) 1190 Wien, Peter Jordan-Straße 82, E-Mail: [email protected], Tel.: 01/476 54-5618 Der 9. Österreichische Klimatag wird durch die Kulturabteilung der Stadt Wien, Wissenschafts- und Forschungsförderung gefördert und von der Österreichischen Hagelversicherung unterstützt. 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Einblicke in die Arbeit eines Lead Author´s am IPCC 4th Assessment Report Georg Kaser ------------------------------------------------Tropical Glaciology Group Institut fuer Geographie Innrain 52 A-6020 INNSBRUCK AUSTRIA Tel: ++43 512 507 5407 Fax: ++43 512 507 2895 http://meteo9.uibk.ac.at/IceClim/CRYO/cryo_a.html _______________________________________________ V01 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) CO2-GROBBILANZ FÜR ÖSTERREICHISCHE KLIMABÜNDNIS-GEMEINDEN Das Klimabündnis ...ist eine globale Partnerschaft zum Schutze des Weltklimas zwischen insgesamt über 1.600 europäischen Gemeinden und den indigenen Völkern der Amazonas-Regenwaldgebiete. Die Mitgliedsgemeinden, -Städte und -Länder haben sich u.a. verpflichtet, ihre • CO -Emissionen umfassend zu reduzieren 2 • die BündnispartnerInnen im Amazonasgebiet bei der aktiven Regenwalderhaltung zu unterstützen. Ausgangslage Wie viel Kohlendioxid wird in der einzelnen Gemeinde emittiert und wer sind die Hauptverursacher? Die Treibhausgas-Emissionen der verschiedenen Verursachergruppen in einer Gemeinde sind Kenngrößen für die Planung und Bewertung von Reduktionsmaßnahmen und für die laufende Kontrolle des Reduktionserfolges. Bis heute besteht keine einheitliche CO2-Grobbilanz-Methode in Österreich, die es den Gemeinden erlaubt, eine entsprechende Abschätzung der CO2-Emissionen nach Jahren und Sektoren vorzunehmen. Projektziele Das Ziel des Projektes „CO2-Grobbilanz“ war es, eine Methode zu entwickeln, die auf Gemeindeebene weitgehend selbsterklärend angewendet werden kann: • Ausarbeitung eines benutzerfreundlichen Online-Tools • damit Erstellung einer Klimaschutz-Grobbilanz für österreichische Klimabündnisgemeinden • Beitrag, um auf kommunaler Ebene die Effizienz von Klimaschutzmaßnahmen besser abschätzen zu können. • Einbeziehung von lokalen EntscheidungsträgerInnen wie BürgermeisterInnen, UmweltgemeinderätInnen, FachbeamtInnen, AmtsleiterInnen in die Materie CO 2 Bilanzierung. Beschreibung des Online-Tools: Realisiert wurde das Tool als Internet-Applikation mit Datenbank-Anbindung. Ein gesicherter Login-Bereich für User (Gemeinden) wurde eingerichtet, um den Datenschutz zu gewährleisten. Das Tool kann in zwei unterschiedlichen Modi benutzt werden: • Standardmodus für EinsteigerInnen • Expertenmodus für detailliertere Kalkulation Standardmodus: Beim Einstieg wird der/die NutzerIn (User, im Regelfall Gemeinde-VetreterIn) automatisch in den Standard-Modus geleitet, in dem rund 80% der notwendigen Daten automatisch aus statistischen Auswertungen (Quellen: s.o.) generiert werden. Eine minimale zusätzliche Eingabe ___________________________________________ V02 _______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) von Daten ist für die Gemeinde erforderlich. Diese Daten können von der Gemeinde sehr rasch generiert werden. Nach korrekter Eingabe der erforderlichen Daten erfolgt in Kombination mit den statistischen Daten eine erste Berechnung bzw. Ergebnisanzeige. Wurden die für den Standardmodus notwendigen Daten komplett eingetragen, so gibt es die Möglichkeit in den Expertenmodus zu wechseln. Expertenmodus: Im Experten-Modus können die statistischen Daten noch besser an die lokalen Gegebenheiten angepasst werden. Sie können beispielsweise durch genauere, regional erhobene Daten – z.B. durch Haushalts-Befragungen oder Betriebserhebungen – ersetzt bzw. ergänzt werden. Durch die Kombination von statistischen Daten, Daten aus den GemeindeEnergiebuchhaltungssystemen und der Abfrage weniger sonstiger Daten bleibt der Datenerhebungsaufwand für eine Gemeinde im überschaubaren Rahmen. Nach erfolgter Dateneingabe werden die Ergebnisse (in CO2-Äquivalent-Werten gesamt und pro Kopf) tabellarisch und grafisch dargestellt und stehen der Gemeinde auch für weitere Zwecke (z.B.: Präsentation in der Gemeindezeitung etc.) zur Verfügung. Auf Wunsch der Gemeinde führt das Projektteam eine abschließende Interpretation offline durch und präsentiert die Ergebnisse in einem persönlichen Gespräch den interessierten GemeindevertreterInnen. Die Berechnung basiert auf dem CO2-Bilanz-Modell von Dr. Horst Lunzer, Energieagentur Waldviertel (Lunzer 2002-2005). Durchschnittsverbrauchsdaten, Energiekennzahlen aus (Lunzer 2002-2005), (Herry 2004), (Siller 2003). Emissionsfaktoren aus GEMIS 4.2; Austrian Edition 4.0 (Umweltbundesamt 2000-2005). Programmkonzeption und Implementierung erfolgte durch akaryon (akaryon 2003, 2004). Kontakt / Forschungsschwerpunkte akaryon, Weyringergasse 27A, 1040 Wien, Austria, Internet: http://www.akaryon.com DI Petra Bußwald, tel: 01-5039870, email: [email protected] Forschungsschwerpunkte:, CO2- und Energiebilanzen und andere Umweltbewertungen, futuro – nachhaltige Preise (Bußwald/Niederl/Jakubowicz,Schuh 2002a,2002b), Indikatorensysteme, Evaluationen, redaktionelle Aufbereitung wissenschaftlicher Inhalte für verschiedenste Zielgruppen, Umweltwissensvermittlung über neue Medien (von Themenplattformen bis hin zu Ökospielen), Umweltinformationssysteme, Umwelt Internetlösungen ___________________________________________ V02 _______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Energieagentur Waldviertel, Aignerstraße 1, 3830 Waidhofen/Thaya, Internet: http://www.wvnet.at/Energieagentur/ Dr. Horst Lunzer, tel: 02842-9025-40873, email: [email protected], [email protected] Forschungsschwerpunkte: Emissionssimulationen/Energiekonzepte für Gemeinden, kommunale Energiebuchhaltung, Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen Klimabündnis Österreich, Mariahilferstraße 89/24, 1060 Wien, Internet: http://www.klimabuendnis.at Mag. Wolfgang Mehl, tel: 01-5815881, email: [email protected] Forschungsschwerpunkte: Klimaschutz auf kommunaler Ebene, Partnerschaft Amazonasgebiet Literatur akaryon (2003): „Testen Sie Ihre persönliche Energieund CO2-Bilanz“. http://www.umweltnet.at/ecocheck, Austria akaryon (2004): „Der CO2-Rechner Berechne Deine CO2-Emissionen!“, http://www.umweltbildung.at/cgi-bin/cms/af.pl?navid=287, Austria Bußwald P., Niederl F., Jakubowicz D., Schuh B. (2002): Futuro – eine partizipative Plattform für nachhaltigen Konsum, Technikgestaltung im 21. Jahrhundert im Spannungsfeld von Markt, Regulierung und Partizipation, Wien, Mai 2002 Bußwald P., Niederl F., Jakubowicz D., Schuh B. (2002): Futuro – a sustainable consumption network, ENVIRO INFO VIENNA 2002 16th International Symposium on Environmental Informatics, Wien, September 2002 Herry (2004): Mobilität in Niederösterreich – Ergebnisse der landesweiten Mobilitätsbefragung 2003. in der Schriftenreihe NÖ Landesverkehrskonzept, Heft 21. Internet: http://www.herry.at/projekte/noe_befragung.htm Lunzer H (2002-2005): Emissionssimulationen für Gemeinden. Im Rahmen von Energiekonzepten für 10 niederösterreichische Gemeinden, durchgeführt durch die Energieagentur Waldviertel. Land Niederösterreich, Geschäftsstelle für Energiewirtschaft. Siller R. (2003): Energie- und CO2-Bilanz der Klimabündnisgemeinde St. Johann im Pongau. Internet-Download: http://www.salzburg.gv.at/energie_u._co2-bilanz_st.johann.pdf, 135 pages. Umweltbundesamt (2000-2005): GEMIS-Österreich. Globales Emissionsmodell integrierter Systeme. Version 4.0 bzw. international 4.2. Wien ___________________________________________ V02 _______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Die Kohlendioxid-Senken/Quellenstärke Alpiner Graslandökosysteme und deren Beeinflussung durch Bewirtschaftungsmaßnahmen Georg Wohlfahrt, Albin Hammerle, Alois Haslwanter, Michael Bahn, Alexander Cernusca, Ulrike Tappeiner Universität Innsbruck Institut für Ökologie Sternwartestr. 15 A-6020 Innsbruck Web: http://ecology.uibk.ac.at Email: [email protected] Hintergrund Der Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration (CO2), das Treibhausgas CO2 wird für die Hälfte der beobachteten Erderwärmung verantwortlich gemacht, resultiert aus dem Ungleichgewicht zwischen einerseits der CO2-Aufnahme (Photosynthese) durch autotrophe Pflanzen, und der Abgabe von CO2 (Atmung) autotropher und heterotropher Lebewesen und der Verbrennung fossiler Brennstoffe andererseits. Durch die Bewirtschaftung (Mähen, Beweidung, Düngung, etc.) Alpiner Graslandökosysteme greift der Mensch in vielfältiger Art und Weise in den Kohlenstoffkreislauf dieser Ökosysteme ein. Die Auswirkungen auf die Senken/Quellenstärke dieser Ökosysteme für CO2 und damit die Klimarelevanz dieser Bewirtschaftungsmaßnahmen sind allerdings noch ungenügend erforscht. Zielsetzung Ziel der vorgestellten Forschungsaktivitäten ist es die Senken/Quellenstärke für CO2 unterschiedlicher Mähwiesen im Großraum Tirol zu quantifizieren und deren Beeinflussung durch Bewirtschaftungsmaßnahmen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden seit 2001 im Rahmen des EU FP5 Projektes CarboMont (2001-2004) auf einer Mähwiese bei Neustift im Stubaital kontinuierliche Messungen des Nettokohlendioxidaustausches mittels der eddy covariance Methode durchgeführt. Seit 2005 werden im Rahmen eines vom FWF und TWF _______________________________________________ V03 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) geförderten Projektes (http://www.biometeorology.at.tt) eddy covariance Messungen auf drei weiteren Mähwiesenstandorten im Großraum Tirol durchgeführt. Diese mikrometeorologischen Messungen werden ergänzt durch ausführliche ökophysiologische, pflanzenökologische und bodenphysikalische Untersuchungen (Bodenatmung, Blattgaswechsel, Blattflächenindex, Bodenphysik, etc.) sowie durch die Anwendung eines soil-vegetation-atmosphere-transfer (SVAT) Modells. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Forschungsaktivitäten werden dargestellt. Anknüpfungspunkte Die laufenden Forschungsaktivitäten liefern Daten zur Einschätzung der Senken/Quellenstärke von Grünland und den Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen die für die Erstellung der österreichischen CO2-Bilanz sowie für die Ausarbeitung von Strategien zur Minimierung landwirtschaftlicher CO2-Emissionen von Interesse sein könnten. Mittels der eddy covariance Methode werden neben dem CO2-Austausch auch die Flüsse von latenter und sensibler Wärme erfasst – diese Daten können für die Parameterisierung und Validierung von SVAT-Modellen (auch größeren Maßstabs) von Interesse sein. Relevante Publikationen Wohlfahrt G., Bahn M., Newesely Ch., Sapinsky S., Tappeiner U., Cernusca A. (2003) Canopy structure versus physiology effects on net photosynthesis of mountain grasslands differing in land use. Ecological Modelling 170, 407-426. Wohlfahrt G. (2004) Modelling fluxes and scalar concentrations of CO2, H2O and sensible heat within and above a mountain meadow canopy: a comparison of three Lagrangian models and three parameterisation options for the Lagrangian time scale. Boundary-Layer Meteorology 113, 43-80. Wohlfahrt G., Anfang Ch., Bahn M., Haslwanter A., Newesely Ch., Schmitt M., Drösler M., Pfadenhauer J., Cernusca A. (2005) Quantifying nighttime ecosystem respiration of a meadow using eddy covariance, chambers and modelling. Agricultural and Forest Meteorology 128, 141-162. Wohlfahrt G., Bahn M., Haslwanter A., Newesely Ch., Cernusca A. (2005) Estimation of daytime ecosystem respiration to determine gross primary production of a mountain meadow. Agricultural and Forest Meteorology 130, 13-25. Hammerle A., Haslwanter A., Schmitt M., Bahn M., Cernusca A., Wohlfahrt G. (2006) Eddy covariance measurements of carbon dioxide, latent and sensible energy fluxes above a meadow on a mountain slope. Boundary-Layer Meteorology, eingereicht. Wohlfahrt G. and other CARBOMONT participants (2006) Biotic, abiotic and anthropogenic controls on the net ecosystem CO2 exchange of European mountain grasslands. Ecosystems, eingereicht. _______________________________________________ V03 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Waldbewirtschaftung als Beitrag zur Treibhausgasreduktion - Analyse anhand eines Beispielbetriebes Rupert Seidl, Werner Rammer, Dietmar Jäger und Manfred J. Lexer Institut für Waldbau, Department für Wald- und Bodenwissenschaften Universität für Bodenkultur Wien ,Peter Jordan Str. 82, 1090 Wien Tel: 01/47654-4069, Email: [email protected] Einleitung Waldökosysteme stellen einen bedeutenden terrestrischen Kohlenstoffspeicher dar und haben potentiell großen Einfluss auf die atmosphärische Treibhausgaskonzentration. Im 2005 in Kraft getretenen Kyoto-Protokoll (UNFCCC 1997) werden Wälder daher in Bezug auf die Änderungen der Waldfläche berücksichtigt (Art. 3.3), aber auch- fakultativ von jedem Unterzeichnerstaat wählbar- Waldbewirtschaftungsmaßnahmen angerechnet (Art. 3.4). In Österreich entspricht die bewirtschaftete Waldfläche etwa 40% der Landesfläche (3.37 Mio ha), Wald stellt den größten C-Pool des Landes dar (Weiss et al. 2000). Speziell in einem dicht besiedelten und von alpinen Bedingungen geprägten Land wie Österreich erfüllt der Wald aber seit jeher eine Vielzahl von Funktionen. Die potentielle „Klimaschutzfunktion“ des Waldes kann daher nicht losgelöst von anderen gesellschaftlich nachgefragten Waldfunktionen gesehen werden. Des weiteren sind mit Kohlenstoff-Senken im Wald wesentliche Unsicherheiten verbunden, es sind unter anderem mögliche Feedbacks durch Klimaänderung zu berücksichtigen. Material und Methoden Vor diesem Hintergrund wird die Kohlenstoff-Speicherwirkung verschiedener Waldbewirtschaftungsstrategien analysiert, wobei das Waldentwicklungsmodell PICUS v1.41 (Seidl et al. 2005) zum Einsatz kommt. PICUS ist ein räumlich explizites, modular aufgebautes Hybrid-Modell, welches grundlegende physiologische sowie gap-Modell Konzepte integriert. C-Speicherung in Holzprodukten wird, explizit in Produktionslinien und Produktgruppen, mit dem Modell WPM (Briceno-Elizondo und Lexer 2004) quantifiziert. Untersuchungsobjekt ist ein Forstbetrieb (248.7 ha, ~550m ü. NN) im Wuchsgebiet 6.2 (Klagenfurter Becken), welcher fast ausschließlich mit sekundären Fichtenwäldern bestockt ist. Über einen Zeitraum von 100 Jahren werden vier Bewirtschaftungsvarianten simuliert: (i) „business as usual“: Fichten-Altersklassenwald; (ii) Fichten-Dauerwald: erhöhte vertikale Strukturierung und einzelstammweise Nutzung; (iii) Umbau in laubholzreiche Mischbestände und altersklassenweise Bewirtschaftung (iv) unbehandelte Kontrollvariante. Für die geernteten Holzmengen werden zwei unterschiedliche Holzverwendungsszenarios untersucht, welche den momentanen Ist-Zustand und ein Bioenergie forcierendes Szenario repräsentieren. Die potentielle „Klimaschutzfunktion“ des Waldes durch C-Speicherung (Accounting nach dem C-flow Ansatz) wird sowohl der Holzproduktion als auch der Hemerobie (nach Grabherr et al. 1998) in den Szenarien gegenübergestellt. _______________________________________________ V04 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Ergebnisse Die Studie zeigt, dass Waldbewirtschaftung einen deutlichen Einfluss auf die Kohlenstoffspeicherung im Wald hat. Die bei weitem größte Menge an Kohlenstoff wird in der unbewirtschafteten Kontrollvariante gespeichert (+2.54 tC·ha-1·a-1). Es können aber auch deutliche Unterschiede zwischen den bewirtschafteten Strategien festgestellt werden, wobei das vorratsreiche Dauerwaldszenario deutlich mehr C sequestriert (+0.46 tC·ha-1·a-1) als die altersklassenweise bewirtschafteten Strategien. Wird nur der Kohlenstoff im Wald betrachtet, so führt eine intensive Bewirtschaftung mit unter sogar zu einer leicht negativen C-Bilanz (Kohlenstoff-Quelle; -0.08 tC·ha-1·a-1 in der „business as usual“ Bewirtschaftungsstrategie). Um aber eine schlüssige Bilanzierung zu ermöglichen, ist die in Holzprodukten gespeicherte Kohlenstoffmenge miteinzubeziehen. Dies führt zu einer deutlich positiven CBilanz in allen vier Managementstrategien und vermindert die Differenz zwischen den bewirtschafteten und unbewirtschafteten Strategien. Der größte C-Speicher in Holzprodukten wird im Dauerwaldszenario erzielt, welches sich durch einen höheren Anteil an Starkholz und daraus resultierend langlebigen Sägeprodukten auszeichnet (+1.16 tC·ha-1·a-1 im StandardHolzverwendungsszenario). Als dritte Stufe der C-Sequestrierung wird die potentiell durch Bioenergie substituierbare C-Menge berücksichtigt: Diese ist erwartungsgemäß im alternativen, die energetische Nutzung forcierenden Holzverwendungsszenario deutlich höher und erzielt in der Umbau-Strategie den höchsten Wert (+0.27 tC·ha-1·a-1 bezogen auf Heizöl EL). Die Forcierung von Bioenergie führt zwar zu einer Reduktion von in Holzprodukten gespeichertem C, das Substitutionspotential ist aber bedeutend höher als diese Reduktion, e.g., die vermehrte Verwendung von Holzsortimenten für Bioenergie führt zu positiven Effekten auf die gesamtheitliche Kohlenstoffbilanz. Trade-offs zu gesellschaftlich nachgefragten Waldfunktionen werden exemplarisch für die Holzproduktion und Hemerobie dargestellt. Die Holzproduktion zeigt deutliche Vorteile für das „business as usual“ Management und deutlich geringere Holzerntemengen in der Dauerwaldstrategie durch Vermögensaufbau. Die Naturnähe zeigt einen deutlichen Vorteil des Umbauszenarios, in welchem das Einbringen von Mischbaumarten die Naturnähe in den ursprünglichen Fichtenreinbeständen deutlich verbessert. Ausblick Es kann gezeigt werden, dass Waldbewirtschaftung einen bedeutenden Einfluss auf die CBilanz hat. Darüber hinaus deutet die Studie auf die Wichtigkeit der gesamtheitlichen Betrachtung von C-Sequestrierung durch Waldbewirtschaftung, eine Analyse ohne Berücksichtigung der Holzproduktepools, wie sie für die erste Commitment Period des Kyoto Protokolls vorgesehen ist, ist nur bedingt geeignet, die C-Dynamik in intensiv bewirtschafteten Wäldern sinnvoll zu erfassen. Des weiteren ist es wichtig, trade-offs zu anderen Waldfunktionen in der Beurteilung der C-Sequestrierung durch Waldbewirtschaftung zu berücksichtigen. Über das im Rahmen des Klimatages 2006 präsentierte Material hinaus quantifiziert die vom BMLFUW Sektion Umwelt co-finanzierte Studie die trade-offs zur Holzproduktion ökonomisch und beurteilt die Szenarioperformance auch in bezug auf weitere Indikatoren einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung (siehe Seidl et al. 2006a). Des weiteren wird auf Unsicherheiten eingegangen, indem verschiedene Klimaänderungsszenarios simuliert werden und der Effekt von biotischen Störungen explizit quantifiziert wird (siehe Seidl et al. 2006b). Weitere Informationen sind bei den Verfassern erhältlich. Eine Zusammenfassung des Simulationsansatzes findet sich unter http://www.wabo.boku.ac.at/picus.html. _______________________________________________ V04 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Literatur Briceno-Elizondo, E., Lexer, M.J., 2004. Estimating carbon sequestration in the wood products pool: Model adaptation and application for Austrian conditions. Cent.bl. gesamte Forstwes. 121, 2, 99-119. Grabherr, G., Koch, G., Kirchmeir, H., Reiter, K., 1998. Hemerobie Österreichischer Waldökosysteme. Österreichische Akademie der Wissenschaften. Wagner, Innsbruck. 493 S. Seidl, R., Lexer, M.J., Jäger, D., Hönninger, K., 2005. Evaluating the accuracy and generality of a hybrid patch model. Tree Phys. 25, 939-951. Seidl, R., Rammer, W., Jäger, D., Currie, W.S., Lexer, M.J., 2006a. Assessing trade-offs between carbon sequestration and timber production within a framework of multi-purpose forestry in Austria. In review. Seidl, R., Rammer, W., Jäger, D., Lexer, M.J., 2006b. Biotic disturbance and forest management under climate change: effects on timber production and carbon sequestration. In review. UNFCCC, 1997. 1997. Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change. http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpeng.pdf (2006-02-22) Weiss, P., Schieler, K., Schadauer, K., Radunsky, K., Englisch, M., 2000. Die Kohlenstoffbilanz des Österreichischen Waldes und Betrachtungen zum Kyoto-Protokoll. Monographien 106, Umweltbundesamt Wien. 94 S. _______________________________________________ V04 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) reclip:tom – Untersuchung technologischer Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen Österreichs zu reduzieren. Wilfried Winiwarter1, Barbara Amon2, Martina Fröhlich2, Ernst Gebetsroither1, Andreas Müller3, Nebojsa Nakicenovic3 1) ARC systems research, A-1220 Wien 2) Universität für Bodenkultur, A-1190 Wien 3) TU Wien, A-1040 Wien Kontakt: [email protected] Im Rahmen des dreijährigen Forschungsprojektes reclip:tom („research for climate protection: technological options for mitigation“) werden Möglichkeiten geprüft, die nationalen österreichischen Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren, sowie der Umfang und die Kosten dieser Möglichkeiten bestimmt. Die dafür gewöhnlich verwendeten sektoralen Ansätze werden hier unter Verwendung einer gemeinsam erarbeiteten Struktur miteinander kombiniert. Nach Abschluss des ersten Projektjahres liegt die Struktur nun vor. Für jeden der definierten Sektoren (Energie, industrielle Prozesse, Landwirtschaft, Böden – alle in Anlehnung an die IPCC Sektoren) wurden Entitäten und Maßnahmen definiert. Entitäten sind Systemeinheiten, deren Zustand sich über statistische Größen (Energiefluss, Stoffströme, Kopfzahl o.ä.) eindeutig festlegen lässt. Insgesamt wurden bisher knapp 90 solcher Einheiten definiert. Die Quantität oder Bezugszahl der diesen Einheiten zuzuordnenden Daten wird im Rahmen des Projektes für das Basisjahr (2000) und für zwei Zeitpunkte in der Zukunft (2020 und als mittelfristiger Ausblick 2050) unter Annahme einer Fortschreibung der derzeitigen Entwicklung (business-as-usual, BAU) abgeschätzt. Allein aus den Entitäten ist eine erste Näherung der Emissionen auf Basis der ihnen zugeordneten Bezugszahlen und der ebenfalls im Rahmen des Projektes zu erfassenden Emissionsfaktoren möglich. Zu jeder dieser Entitäten können nun eine oder mehrere Interventionen (Maßnahmen) erfolgen. Zunächst zielen solche Maßnahmen auf eine Änderung des Emissionsfaktors der Entität, sie können aber auch auf eine Änderung der Bezugszahl dieser Entität oder einer anderen Entität (auch eines anderen Sektors) hinwirken. Dieses Konzept erlaubt es, Maßnahmen auf unterschiedliche Systemebenen fortzuschreiben und auf diese Weise Prozessketten abzubilden. Ebenso ist es dadurch möglich, Querverbindungen bzw. Auswirkungen von Maßnahmen auf andere Entitäten, auch solche die anderen Sektoren _______________________________________________ V05 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) zugeordnet sind, zu simulieren, und zwar unabhängig davon ob es sich um Synergien oder um Interferenzen handelt. Bisher wurden knapp 60 solcher Maßnahmen definiert. Jeder dieser Maßnahmen sind spezifische Kosten zugeordnet, die auf Basis ihres Implementierungsgrades zu der jeweiligen Entität zuzuordnenden Gesamtkosten summiert werden können. Es ist im System erlaubt, den Implementierungsgrad auf eine maximal mögliche Größe zu limitieren. Auf diese Weise können auch Maßnahmenbündel zu einer Entität mit stufenweise ansteigenden Kosten modelliert werden. Manche der Maßnahmen sind bereits teilweise oder vollständig in den BAU-Szenarien integriert. Dies ist dann der Fall, wenn gesetzliche Vorschriften die Implementierung bestimmter Maßnahmen für zukünftige Zeiträume vorsehen. Daher ist bereits das BAU Szenario mit Kosten verbunden, von weiterem Interesse sind jedoch lediglich die zusätzlichen Kosten. Diese über den Basisfall hinausgehenden Maßnahmen können nun mit allen Auswirkungen auf andere Sektoren dargestellt und nach den Kosten (bezogen auf die Wirkung) sortiert werden, um optimierte Minderungsstrategien für Treibhausgasemissionen vorschlagen zu können. Die Auswahl der Maßnahmen wird auf in weiterem Sinn technologische Optionen eingeschränkt, da solche Maßnahmen gewöhnlich wesentlich besser definierbar und quantifizierbar sind als solche, die eine grundlegende Verhaltensänderung der Bevölkerung erwarten. Wir gehen also davon aus, dass Maßnahmen grundsätzlich keine Verschlechterung der Lebensbedingung erfordern, berücksichtigen aber nicht notwendigerweise individuelle Vorlieben. Dies erlaubt es etwa, den öffentlichen Verkehr mit dem Individualverkehr auf Ebene der Transportdienstleistung zu vergleichen, ohne schwer quantifizierbare subjektive Betrachtungsweisen berücksichtigen zu müssen, die auch in der Praxis die Umsetzung erschweren. Im derzeitigen Projektstadium stehen in erster Linie die gemeinsame Struktur sowie ein Verknüpfungsmodell zur Verfügung. Als Ergebnis des Projektes wird jedoch eine Aufstellung von Maßnahmen vorliegen, die nicht nur über alle Sektoren vergleichbar die Kosten und den möglichen Umfang von Emissionsminderungen wiedergibt, sondern auch die Querbeziehungen von Maßnahmen auf andere Sektoren berücksichtigt. Der derzeitige Stand der Projektentwicklung und weitere Projektdetails werden in der Internet-Präsentation unter http://systemsresearch.ac.at/projects/reclip.tom dargestellt und laufend aktualisiert. _______________________________________________ V05 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Mineralisierung von Bodenkohlenstoff in Bergwäldern infolge der Klimaänderung Andreas Schindlbacher1, Robert Jandl2, Sophie Zechmeister-Boltenstern2, Gerhard Glatzel1 (1) Institut für Waldökologie, Department für Wald- und Bodenwissenschaften, Universität für Bodenkultur Wien – BOKU, Peter Jordan Str. 82, A-1190, Wien, Österreich. Email: [email protected] (2) Institut für Waldökologie und Boden, Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft - BFW, Seckendorff-Gudent-Weg 8, A-1131 Wien, Österreich. Am Intensiv-Versuchsstandort Achenkirch wurde eine Versuchsanordnung zur kontrollierten Bodenbeheizung eingerichtet (Abb.1). Zielsetzung des Experiments ist die Abschätzung der Klimaerwärmung auf den Bodenkohlenstoffvorrat. Diese Fragestellung ist brisant, weil in Böden von Bergwäldern erhebliche Kohlenstoffmengen festgelegt sind, die unter geänderten natürlichen Bedingungen zum Teil als CO2 mobilisiert werden können. Dabei stellt sich die Frage, ob die Umsetzung des Kohlenstoffs überwiegend von der Temperatur oder von der chemischen Qualität des Substrats abhängig ist. Im ersten Fall würde der Klimawandel durch höhere Durchschnittstemperaturen und die Verlängerung der Vegetationsperiode zu beträchtlichen Kohlenstoffverlusten führen. Bei einer überwiegenden Substratqualitätsabhängigkeit wären der zusätzlichen Humusmineralisierung engere Grenzen gesetzt. Die Beheizung (+3°C) erfolgt mittels Wärmekabeln, die im oberen Mineralboden eingebracht sind. Der Response des Bodens wird durch Monitoring der CO2-Emission erfasst. Dazu werden eine automatische und eine manuell zu bedienende Messanlage eingesetzt. Zusätzlich wird die Atmung der Bodenorganismen (heterotrophe Respiration) von der Wurzelatmung (autotrophe Respiration) unterschieden. Dazu wurden in Teilparzellen die Wurzeln der Bäume abgetrennt (‘trenching’), sodass die gesamte messbare CO2-Emission den Mikroorganismen zuordenbar ist. Als vorläufiges Ergebnis liegt die zeitliche Entwicklung der Kohlenstoffmineralisation während der Vegetationsperiode 2005 vor. Die Bodenorganismen haben auf die Erwärmung deutlich reagiert, sodass die Humusmineralisierung um etwa 30% höher lag, als auf der Kontrollparzelle. Falls dieser Trend anhält, wird der Boden-Kohlenstoffvorrat der Bergwälder durch die globale Erwärmung möglicherweise drastisch verringert. Eine Abnahme der Signalstärke in den nächsten Jahren würde darauf hinweisen, dass nur ein begrenzter Teil des Bodenkohlenstoffes mobilisierbar ist und die hohen Kohlenstoffvorräte auch in einer wärmeren Welt erhalten bleiben. _______________________________________________ V06 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) A B D C E F Abb. 1: A, B und D: automatische CO2 Messanlage; C: Heiztrafos; E: Sensorkabelbox; F: manuelle CO2 Messung. 300 heated control 200 -2 mg CO2-C m h -1 250 150 100 50 0 Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Abb. 2: CO2 Emissionen aus dem Waldboden. Im Juli (rote Linie) wurde die Heizung eingeschaltet. Ende August fiel die Heizkontrolle kurzfristig aus, was zu einer Überbeheizung der Flächen und zu dementsprechend hohen Emissionen führte. _______________________________________________ V06 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Kohlenstoffbilanzierung in Sibirien – ein Beitrag der Mikrowellenfernerkundung A. Bartsch & W. Wagner 1 Die Arbeitsgruppe Mikrowellenfernerkundung am Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung der TU Wien war in den letzten Jahren aktiv am Siberia II Projekt2 zum Thema der Treibhausgasbilanzierung in Zentralsibirien beteiligt. Dieses Projekt zielte auf die Entwicklung von Methoden zur Verwendung unterschiedlicher Satellitendaten in Modellen zur Quantifizierung terrestrischer Kohlenstoffquellen auf regionaler Ebene ab. Eine Vielzahl von Forschungseinrichtungen in der EU und Russland war an diesem von der EU geförderten Projekt (EVG1-CT-2001-00048) beteiligt. Dies umfasste sowohl Fernerkundungsspezialisten als auch Modellierer (Sheffield Dynamic Vegetation Model, Lund-Potsdam-Jena Dynamic Vegetation Model and IIASA’s GIS based greenhousegas accouting model). Es wurde ein Areal von insgesamt 3 Mio km² untersucht. Dabei richtete sich die Aufmerksamkeit von Seiten der Mikrowellenfernerkundung auf die Ausweisung von Feuchtgebieten und offenen Wasserflächen und die Bestimmung von Frost-Tau-Zyklen welche dem Zeitpunkt des alljährlichen Einsetzens des Kohlenstoffaustausches von Vegetation und Boden zu Grunde liegen. Für die Analyse der Frost-Tau-Zyklen wurde ein Scatterometer (Seawind QuikSCAT, NASA) verwendet der zwar eine geringe räumliche (25 km), jedoch sehr hohe zeitliche Auflösung hat. Messungen der Erdoberfläche vom Morgen und Abend des gleichen Tages wurden verglichen und Veränderungen die auf das Tauen der Schneedecke zurückzuführen sind erfasst. Das Einsetzen der Schneeschmelze und somit das Einsetzen des Kohlenstoffaustausches variiert um drei Monate im Testgebiet welches sich von der Taymirhalbinsel bis zum Baikalsee erstreckt. Die Ausweisung der Feuchtgebiete basierte auf Daten des ENVISAT ASAR Instruments mit 150 m Auflösung. Für die Sommer 2003 und 2004 wurden jeweils mehr als 100 Szenen aufbereitet und ausgewertet. Bisherige flächendeckende Datensätze welche für Zentralsibirien zur Verfügung stehen stammen von MODIS. Dies ist ein optisches System mit 500 m Auflösung. Mit einer solch groben Auflösung werden besonders im Bereich der Tundren viele kleinere permafrostbedingte Seen übersehen. Mit Hilfe der erheblich genaueren ENVISAT ASAR wide swath Daten konnten hier 90 % mehr Wasserfläche ausgewiesen werden. Diese Gebiete repräsentieren Feuchtgebiete welche insbesondere für die Methanbilanzierung von Bedeutung sind. Die Erstellung dieser umfangreichen Datenbanken stellt jedoch nur den Beginn der Auswertung von Mikrowellendaten unter dem Aspekt des globalen Wandels dar. Sowohl die Fortführung der Zeitreihen und Übertragung der entwickelten Algorithmen auf andere Regionen als auch deren Weiterentwicklung und Kombination mit anderen Produkten (insbesondere globale Bodenfeuchte) sind Bestandteil der gegenwärtigen und zukünftigen Forschungsaktivitäten am IPF. 1 Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, TU Wien, Gusshausstrasse 27-29, 1040 Wien Tel.: +43 1 58801 12221, [email protected], www.ipf.tuwien.ac.at 2 www.siberia2.uni-jena.de _____________________________________________ V07 _________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klima-Monitoring mit Radio-Okkultationsdaten des Satelliten CHAMP Ulrich Foelsche, Michael Borsche, Andrea K. Steiner, Armin Löscher, Barbara Pirscher, Bettina C. Lackner und Gottfried Kirchengast Wegener Center für Klima und Globalen Wandel (WegCenter) und Institut für Geophysik, Astrophysik und Meteorologie (IGAM), Kar-Franzens-Universität Graz, Österreich. Projektleiter: Projektmanager : Univ.-Prof. Dr. Gottfried Kirchengast Tel.: +43 316 380 5260 e-mail: [email protected] Dr. Ulrich Foelsche Tel.: +43 316 380 8590 e-mail: [email protected] Klima-Monitoring mit Radio-Okkultationsdaten Die Bereitstellung genauer, langzeit-stabiler Messdaten wurde vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) im Report des Jahres 2001 als eine der Aktionen höchster Priorität für die zukünftige Klimabeobachtung definiert. Bis jetzt war es nicht möglich, Trends in der Atmosphärentemperatur mit Satellitendaten in überzeugender Genauigkeit zu bestimmen. Radio-Okkultationsdaten (RO), die mittels Signalen von Navigationssatelliten (GNSS – Global Navigation Satellite System) gewonnen werden, haben das Potential, die Probleme traditioneller Datenquellen zu lösen. Die besondere Eignung für die Klimabeobachtung resultiert aus der einzigartigen Kombination aus hoher Genauigkeit, hoher vertikaler Auflösung, Langzeit-Stabilität, globaler Bedeckung und Allwetter-Tauglichkeit. Die Eignung zur Klimabeobachtung wurde durch Simulationsstudien und klimatologische Analysen echter Daten nachgewiesen. Die Grundlage der Radio-Okkultationsmethode sind Signale von GNSS (Global Navigation Satellite System) Satelliten, die von einem Satelliten in niedriger Umlaufbahn (Low Earth Orbit, LEO) empfangen werden, nachdem sie die Atmosphäre der Erde durchquert haben und dabei verdunkelt („okkultiert“) wurden. In Okkultationsgeometrie durchqueren die Radiosignale kurz vor dem Untergang eines GNSS Satelliten immer dichtere Atmosphärenschichten und werden dabei entsprechend den Brechungseigenschaften der Atmosphäre gebrochen und verlangsamt. Aus der gemessenen Phasenwegverlängerung werden Profile fundamentaler atmosphärischer Parameter wie Dichte, Druck, Temperatur und Wasserdampf berechnet. Die vertikale Auflösung beträgt in der Nähe der Erdoberfläche etwa 0.5 km und in der Stratosphäre etwa 1 km bis 1.5 km. Die größten Genauigkeiten (z.B. monatliche Temperaturmittel besser als 0.2°C) werden in Höhen zwischen 8 km und 30 km erzielt, also genau dort, wo ausgehend von Klimamodell-Rechnungen in den nächsten Jahrzehnten besonders große Temperaturänderungen zu erwarten sind. Durch die direkte Ableitung von Phasenwegmessungen aus einem äußerst präzisen Zeitnormal (Atomuhren bzw. WasserstoffMaser auf GPS Satelliten der neuesten Generation, ultrastabile Quarz-Oszillatoren auf LEO Satelliten) liefert die Radio-Okkultation selbstkalibrierte langzeit-stabile Messwerte. Gerade dieser Punkt ist für die Überwachung des Klimawandels von besonderer Bedeutung. _______________________________________________ V08 ___________________________________________________________ Klimatag 2006 Klima-Monitoring mit CHAMP-Daten Foelsche et al. Das CHAMPCLIM Projekt CHAMPCLIM ist ein Projekt zur Erforschung von Atmosphäre und Klima unserer Erde durch Beobachtung von Temperatur, Refraktivität und Druckschichtung in der globalen Atmosphäre mit Hilfe der Radio-Okkultationsmethode. Finanziert wird das Projekt im Rahmen des Austrian Space Applications Programme (ASAP). Das konkrete verwendete Satellitenexperiment ist CHAMP/GPS (Foelsche et al., 2003). Der deutsche Forschungs-Satellit CHAMP wurde im Juli 2000 in eine niedrige Erdumlaufbahn gestartet. Das Radio-Okkultationsexperiment, das Signale von Global Positioning System (GPS) Satelliten verwendet, wurde erstmals im Frühjahr 2001 aktiviert. Seit Dezember 2001, also seit mehr als 4 Jahren, liefert CHAMP als erster Satellit überhaupt kontinuierlich Radio-Okkultationsdaten, die diese Art der Klimabeobachtung nun erstmals über längere Zeit möglich machen. Von den etwa 230 Okkultationsprofilen, die CHAMP pro Tag empfängt, können im Schnitt etwa 150 erfolgreich in Profile atmosphärischer Parameter umgerechnet werden, die den hohen Qualitätsstandards genügen. Die Lebensdauer des Satelliten sollte nach derzeitigen Prognosen mindestens bis ins Jahr 2007 reichen. Enge Kooperation mit dem deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam, das den CHAMP-Satelliten betreibt, ermöglicht dem Projektteam am Wegener Center für Klima und Globalen Wandel der Universität Graz Zugriff auf den kompletten Satz der wertvollen Daten. Ergebnisse Das gesamte Wegener Center Prozessierungssystem läuft stabil und liefert Ergebnisse deren Qualität sich — trotz geringerem Einsatz von Vorinformations-Daten — mit der Qualität der Produkte anderer international führender einschlägiger Forschungsgruppen messen kann bzw. diese durch die sorgfältige klimatologische Aufbereitung auch übertrifft (Borsche et al., 2006). Der Vergleich mit Analysen des Europäischen Zentrums für Mittelfrist-Wettervorhersage (EZMW), die Daten aller herkömmlichen Beobachtungssysteme enthalten, beweist die hohe Qualität der CHAMP Daten, vor allem im Höhenbereich zwischen etwa 8 km und 30 km. Darüber hinaus zeigen insbesondere die Ergebnisse der Sommersaisonen (2002 bis 2005), dass CHAMP Daten in Zukunft einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung von EZMW Analysen leisten können, vor allem dort, wo die Dichte der herkömmlichen Daten gering ist. Besonders deutlich ist dieser Umstand im Bereich des antarktischen polaren Wirbels (“Polar Vortex”) und in der tropischen Tropopausen-Region (siehe Abb. 1). Ein genauere Darstellung findet sich in Gobiet et al. (2005) und Foelsche et al. (2006). Durch eine eingehende Untersuchung der Fehlerstruktur von Radio-Okkultationsdaten ist es weiters gelungen, zusätzlich zu den CHAMP Klimatologien auch eine realistische Abschätzung der zu erwartenden Fehler bereitzustellen, und damit den Wert dieser Produkte weiter zu erhöhen. Insgesamt ist dank CHAMPCLIM und darauf aufbauender Projekte das Wegener Center in Graz auf gutem Weg einen neuen bisher nicht erreichten Qualitätsstandard im KlimwandelMonitoring der globalen Atmosphäre einzuführen. Informationen über das Wegener Center findet man unter: http://www.wegcenter.at Informationen über Forschungsaktivitäten des IGAM sind unter http://www.uni-graz.ac.at/igam zu finden. Die Homepage der Arbeitsgruppe Atmosphärenfernerkundung und Klimasystem ist: http://www.uni-graz.at/igam-arsclisys _______________________________________________ V08 ___________________________________________________________ 35 30 230 205 15 210 215 200 215 220 10 225 223305 225 230 235 24 0 245 250 250 235 5 -85 -75 -65 -55 -45 -35 -25 -15 -5 0 5 15 Latitude [deg] 25 35 45 55 65 75 15 5 1.00.5 0.0 1.5 0.0 0.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -0.5 0.0 25 35 45 55 65 35 45 55 65 75 85 JJA2003 : CHAMP-ECMWF Dry Temp Sampling Error (Zonal Mean) 75 0.0 25 20 0.0 15 0.0 0.0 0.0 10 0.0 .5 -85 -75 -65 -55 -45 -35 -25 -15 -5 0 5 15 Latitude [deg] 25 0.0 0.0 5 230 235 24240 5 250 -0 0.0 -0.5 0.5 0.0 225 235 -0.5 0.0 MSL Altitude [km] MSL Altitude [km] 0.5 220 250 0.0 10 35 0.5 0.0 223305 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 [K] 30 0.0 225 0.0 15 5 1. 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 205 -85 -75 -65 -55 -45 -35 -25 -15 -5 0 5 15 Latitude [deg] -0.5 0.0 215 230 225 0.0 25 20 1.0 -2.0 215 10 1.0 0.5 220 0.0 30 1.5 200 195 215 JJA2003 : CHAMP-ECMWF Dry Temp Bias (Zonal Mean) 0 2. 5 1. 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 195 190 185 210 85 240 235 20 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 [K] 35 230 230 210 205 225 5 215 20 25 JJA2003 : ECMWF Dry Temp (Zonal Mean) 215 210 205 200 20 220 MSL Altitude [km] 225 Foelsche et al. 210 240 5 MSL Altitude [km] 235 0 22 230 21 25 5 22 0 30 JJA2003 : CHAMP Dry Temp (Zonal Mean) 220 215 210 205 200 195 190 18 5 22 35 Klima-Monitoring mit CHAMP-Daten 0.5 Klimatag 2006 5 85 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 [K] -85 -75 -65 -55 -45 -35 -25 -15 -5 0 5 15 Latitude [deg] 25 35 45 55 65 75 85 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 [K] Abb. 1. Zonal gemittelte Temperaturfelder für die Sommersaison (Juni-Juli-August) 2003: Oben: CHAMP (links) und EZMW (rechts); unten: systematischer Unterschied (links) and Abtastfehler der CHAMP Klimatologie (rechts). Literatur Borsche, M., A. Gobiet, A.K. Steiner, U. Foelsche, G. Kirchengast, T. Schmidt, and J. Wickert, PreOperational Retrieval of Radio Occultation based Climatologies, in: Atmosphere and Climate: Studies by Occultation Methods (U. Foelsche, G. Kirchengast, A.K. Steiner, eds.), Springer, BerlinHeidelberg, in press, 2006a. Foelsche, U., G. Kirchengast, and A.K. Steiner, Global climate monitoring based on CHAMP/GPS radio occultation data, in First CHAMP Mission Results for Gravity, Magnetic and Atmospheric Studies, (C. Reigber et al., eds.), Springer, Berlin-Heidelberg, 397–407, 2003. Foelsche, U., A. Gobiet, A.K. Steiner, G. Kirchengast, M. Borsche, T. Schmidt, and J. Wickert Global Climatologies Based on Radio Occultation Data: The CHAMPCLIM Project, in: Atmosphere and Climate: Studies by Occultation Methods (U. Foelsche, G. Kirchengast, A.K. Steiner, eds.), Springer, Berlin-Heidelberg, in press 2006. Gobiet, A., U. Foelsche, A.K. Steiner, M. Borsche, G. Kirchengast, and J. Wickert, Climatological validation of stratospheric temperatures in ECMWF operational analyses with CHAMP radio occultation data, Geophys. Res. Lett., 32, L12806, doi:10.1029/2005GL022617, 2005b. Danksagung Unser Dank gilt dem Geoforschungszentrum Potsdam und insbesondere Dr. Jens Wickert für die Bereitstellung der CHAMP Rohdaten, sowie dem Europäischen Zentrum für MittelfristWettervorhersage für die Bereitstellung von Analysedaten. Die Arbeit wurde von der Agentur für Luft- und Raumfahrt der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft finanziell unterstützt. _______________________________________________ V08 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) RAOBCORE - ein homogenisierter globaler Radiosondentemperaturdatensatz Leopold Haimberger Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Wien Althanstraße 14, A-1190 Wien [email protected] +43 1 4277 53712 Das globale Radiosondenmessnetz liefert seit etwa 1945 einen wertvollen Datensatz über die Temperaturen in höheren Atmosphärenschichten. Bevor man diesen Datensatz zur Erfassung von Klimaänderungen verwenden kann, müssen die Radiosondentemperaturzeitreihen homogenisiert werden, d.h. künstliche Brüche in den Zeitreihen (durch Änderungen im Meßsystem) müssen entfernt werden. Bild 1: Analyse der Temperaturzeitreihe der Station Saigon (Vietnam, 48900 in 200 hPa). Oben: Rote Kurve: Differenzzeitreihe Beobachtung-ERA-40 Background, blaue Kurve ist Teststatistik des Standard Normal Homogeneity Tests, deren Maxima Brüche anzeigt. Bunte Dreiecke/Trapeze deuten dokumentierte Ereignisse in der Stationsgeschichte an. Mitte: Mit RAOBCOR berechnete Korrekturen. Unten: Differenzzeitreihe Beobachtungen-Background nach erfolgter Korrektur. RAOBCORE steht für “RAdiosonde OBservation COrrection using REanalyses”. Es ist ein automatisches Korrekturverfahren, das im Rahmen eines Marie CurieFellowships „RASOHOM“ (MEIF-CT-2003-503976) und des FWF-Projekts P18120_______________________________________________ V09 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) N10 entwickelt wurde, um die Temperaturzeitreihen des globalen Radiosondennetzes ab 1958 zu homogenisieren. Als Eingangsdaten dienen Radiosondendaten von ERA-40 (Uppala et al. 2005), sowie das Integrated Global Radiosonde Archive (IGRA, Durre et al. 2005). Insgesamt 1184 Zeitreihen konnten homogenisiert werden, viel mehr als in vergleichbaren verfügbaren Datensätzen. Bild 1 zeigt als Beispiel die Korrektur der Temperaturzeitreihe von Saigon (Vietnam) in 200 hPa. Dort wurden 1977 nach dem Abzug der Amerikaner die französischen Radiosonden durch russische Fabrikate ersetzt, die bis 1994 im Einsatz waren. Danach erfolgte ein Umstieg auf finnische Radiosonden. Die dadurch verursachten Sprünge zeigen die Unsicherheiten in den Temperaturmessungen in diesem Niveau. Die Sprünge sind viel stärker als jedes Klimasignal. Die starken systematischen Abweichungen haben natürlich auch negative Auswirkungen auf die Qualität von (Re)analysen wie ERA-40, wenn sie nicht korrigiert werden. Als Referenz für die Korrektur der Radiosondenzeitreihen dienen Zeitreihen von 6stündigen Vorhersagen (so genannte Background-Vorhersagen) mit dem assimilierenden globalen Vorhersagemodell, das im Rahmen von ERA-40 verwendet wurde. Diese sind mit den Radiosondenbeobachtungen hoch korreliert. Sie sind aber zeitlich und räumlich homogener und werden von Sprüngen in einzelnen Radiosondenzeitreihen kaum beeinflusst. Die Erkennung der Brüche erfolgt automatisch durch Analyse der Differenzzeitreihe zwischen Radiosondenbeobachtungen und den Backgroundvorhersagen mit dafür adaptierten statistischen Verfahren (Standard Normal Homogeneity Test, Alexandersson and Moberg, 1997). Die Stationsgeschichten, sofern als digitaler Datensatz vorhanden, wurden berücksichtigt, indem bestimmten Ereignissen (z.B. Radiosondentypwechsel) eine höhere a-priori Wahrscheinlichkeit für einen Bruch zugeordnet wurde. Das automatische Korrekturverfahren führt zu räumlich wesentlich konsistenteren Verteilungen von Radiosondentemperaturen und –trends. Unrealistisch große Temperaturunterschiede zwischen Aufstiegen am Tag und in der Nacht wurden ebenfalls korrigiert. Auch die Übereinstimmung der zonal gemittelten Trends aus Radiosondentemperaturen verglichen mit Trends aus Satellitenmessungen ist nach Anwendung von RAOBCORE wesentlich besser. Die korrigierten Radiosondendaten werden unter anderem in der so genannten „Interim-Reanalyse“ (eine neue globale Reanalyse ab 1989 bis zur Gegenwart), die in den kommenden Wochen am Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage beginnen soll, zum Einsatz kommen. Es ist das Ziel, die Korrekturen bis zum Start der nächsten großen europäischen Reanalyse (ca. 2010) weiter zu verbessern. Die Korrekturen können über www.univie.ac.at/theoret-met/research/raobcore/ heruntergeladen werden. Eine Web-Visualisierung der Stationszeitreihen und der globalen Karten von Temperaturtrends ist ebenfalls verfügbar. Alexandersson, H., and A. Moberg, 1997: Homogenization of Swedish temperature data. Part I: Homogeneity test for linear trends. Int. J. Climatol., 17, 25-34. Durre, I. , R. S. Vose and D. B. Wuertz, 2006: Overview over the Integrated Global Radiosonde Archive. J. Climate 19, 53-68 Haimberger, L. 2005: Break detection and correction of radiosonde temperature time series using ERA-40 analysis feedback information. ERA-40 project report series 23, 75pp. Uppala, S. et. al., 2005: The ERA-40 Re-Analysis. Q. J. R. Meteorol. Soc. 131, 2961-3012 _______________________________________________ V09 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna A. Melcher1), S. Schmutz1), C. Matulla2, 3), T. Gerersdorfer2), P. Haas2), H. Formayer2) 1) IHG - Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement, Department für Wasser, Atmosphäre und Umwelt, BOKU Wien 2) MET - Institut für Meteorologie, Department für Wasser, Atmosphäre und Umwelt, BOKU Wien 3) Climate Research Branch, Meteorological Service of Canada, Downsview, Ontario, Canada Kontakt: [email protected]; +43 1 47654 5223 Klimaänderungen zählen zu den stärksten zukünftigen Bedrohungen von Ökosystemen. Obwohl sich die Nachweise für Klimaänderungen ständig verdichten, liegen erst wenige Untersuchungen über deren Folgewirkungen für einzelne Organismengruppen vor. Während in Österreich bereits einige Untersuchungen hinsichtlich der möglichen klimabedingten Auswirkungen auf terrestrische Ökosysteme vorliegen, ist kaum etwas über den aquatischen Bereich bekannt (Kromp-Kolb & Gerersdorfer 2003, Graf & Moog 2003, Schmutz & Jungwirth 2003). Neben den Veränderungen hydromorphologischer Prozesse in den Gewässern steht v.a. die Wassertemperatur im Zentrum des Interesses. Die Temperatur der Lebensräume aquatischer Organismen ist eng mit ihrer Evolution, Verbreitung und Ökologie verknüpft. Fische reagieren als wechselwarme Organismen besonders sensibel auf Temperaturveränderungen. Alle Lebensbereiche sind stark von der Wassertemperatur beeinflusst, oftmals limitieren schon geringfügige Abweichungen das Überleben einzelner Arten oder Lebensstadien und damit auch das Vorkommen bzw. die Verbreitung. Im Rahmen des interdisziplinären Projektes „Beurteilung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna anhand ausgewählter Fließgewässer“ im Auftrag des Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Abteilung V/4, Immissions- und Klimaschutz wurden 2004 in Zusammenarbeit von IHG-BOKU und BOKU-MET grundlegende Zusammenhänge zwischen klimatischen Faktoren und der Fischfauna untersucht. Ziel dieser Studie war es, Szenarien beobachteter und vorhergesagter Veränderungen der Wassertemperatur für österreichische Fliessgewässer zu erstellen und deren Einfluss auf die Fischfauna abzuschätzen. So galt besonderes Augenmerk der Einschätzung der Einsetzbarkeit empirischer Verfahren zur Generierung von Klimaszenarien in Fliessgewässern. Bisher gab es keine Studien, die GCM (General Circulation Models) Szenarien auf Fliessgewässer in Österreich übertragen oder Zusammenhänge zwischen Fischregionen und der Wassertemperatur modellieren. Eine der Hypothesen war, dass sich infolge der Wassertemperaturerhöhungen Fischregionen (Gewässerabschnitte mit charakteristischen Fischartenvergesellschaftun_______________________________________________ V10 ___________________________________________________________ gen) sich höhenzonal nach oben verschieben. Der Lebensraum von Kaltwasserfischarten wird dadurch eingeschränkt, jener von wärmeren Wasser bevorzugenden Arten erweitert. 12 11 10 95% CI Wassertemperatur [°C] 9 8 7 Jahre 6 1976 - 2001 5 2001 - 2050 4 MR (4) MR/HR (5,5) EP (6) EP/MP (6,25) FRI potentiell Aktuelle Aktuelle Fischregion Fischregion Abbildung 1: Vergleich der Jahresmittelwerte und 95 % Konfidenzintervalle der Wassertemperatur für das Metarhithral (MR, Untere Forellenregion), Hyporhithral (HR, Äschenregion), Hyporhithral/Epipotamal (HR/EP, Äschenregion/Barbenregion), Epipotamal (EP, Barbenregion) und den Übergang vom Epipotamal zum Metapotamal (EP/MP, Barbenregion/Brachsenregion) im Zeitraum von 1976 bis 2001 und von 2001 bis 2050 an der Mur. Eines der wichtigsten Ergebnisse war der Vergleich des mittleren Trends der Wassertemperaturentwicklungen einzelner Fischregionen an der Mur. Für die Prognose von Klimaänderungen wurde schließlich ein multiples Regressionsmodell erstellt, das die Fischregion anhand der Wassertemperatur und der Quelldistanz vorhersagt. Jeder Fischregion kann anhand dieser empirischen Modelle ein entsprechender Wassertemperaturwert zugeordnet werden. Eine Gegenüberstellung der Wassertemperaturentwicklung von 1976 bis 2001 und von 2001 bis 2050 zeigte für die einzelnen Fischregionen hoch signifikante Unterschiede (t–Test, p < 0,01). Die Wassertemperatur nimmt in diesen Zeiträumen um 0,7 °C im MR und bis 1,9 °C im EP/MP kontinuierlich zu (Abbildung 1). Geht man davon aus, dass sich die Fischfauna an prognostizierte Klimaentwicklungen insofern anpasst, als dass es infolge der Temperaturerwärmung zu einer längszonalen Verschiebung der Fischregionen und somit auch zu einer Verschiebung nach flussauf kommt, so ist mit einer Änderung der Artenzusammensetzung zu rechnen. Dies bedeutet aber auch, dass der Lebensraum für forellenartige Fische zugunsten der karpfenartigen zurückgehen würde. _______________________________________________ V10 ___________________________________________________________ Für Österreich relevante Klimaszenarien zeigen zwar keinen räumlich und saisonal einheitlichen Trend für den Niederschlag und den Abfluss, dennoch werden insgesamt eine Abnahme der Sommerabflüsse, eine Zunahme der Häufigkeit und Stärke der Hochwasserereignisse und größere Schwankungen in der Abflussdynamik prognostiziert (Kromp-Kolb & Gererstrofer 2003). Dies sind zusätzliche Faktoren, die die Fischfauna beeinträchtigen können, denn Fische sind in vielfältiger Weise vom Klimawandel betroffen. Arten, wie z.B. die Äsche, sind derzeit infolge anderer anthropogener Eingriffe in ihrem Bestand schon so stark gefährdet, dass zusätzliche, klimabedingte Beeinträchtigung sie an den Rand des Aussterbens bringen könnten. Literatur: Graf W. & O. Moog, 2003: Auswirkungen von Klimaveränderungen auf das Makrozoobenthos. In Kromp-Kolb et al.. In Kromp-Kolb et al., Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Tierwelt. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für für Landund Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Wien. Kromp-Kolb H. & T. Gerersdorfer (Hrsg.), 2003: Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Tierwelt. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft. 141pp, Wien. Schmutz S. & M. Jungwirth, 2003: Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Fischfauna. In Kromp-Kolb et al. "Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Tierwelt". Studie im Auftrag des Bundesministeriums für für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Wien. Schmutz S., C. Matulla, A. Melcher, T. Gerersdorfer, P. Haas, H. Formayer, 2004: Beurteilung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Fischfauna anhand ausgewählter Fließgewässer (GZ 54 3895/163-V/4/03). Studie im Auftrag des Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Abteilung V/4, Immissions- und Klimaschutz, Wien. _______________________________________________ V10 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Auswirkungen einer Klimaänderung auf den Wasserhaushalt des Neusiedler Sees Forschungsprojekt im Auftrag des Amtes der Burgenländischen Landesregierung Dipl. Ing. Gerhard KUBU Wissenschaftliche Projektleitung: A.o. Prof. Dipl.Ing. Dr. Josef EITZINGER Projektmitarbeiter: Dipl. Ing. Gerhard KUBU Mag. Dr. Herbert FORMAYER Mag. Dr. Patrick HAAS Dipl. Ing. Thomas GERERSDORFER In den letzten Jahren zeigt sich immer deutlicher, dass eine Änderung bzw. Erwärmung des Klimas weltweit stattfindet. Die künftigen Auswirkungen dieser Änderungen auf die vielfältigen Ökosysteme und auf den Lebensbereich des Menschen wurden und werden in vielen Projekten untersucht, wobei hier vor allem ein regionaler Bezug herzustellen ist. Abgesehen von den Unsicherheiten in globalen Klimamodellen und daraus berechneten Klimaszenarien bzw. in abgeleiteten regionalen Klimaszenarien sind dabei die vielfältigen Wechselwirkungen und Rückkoppelungen innerhalb natürlicher Systeme und des menschlichen Einflusses zu berücksichtigen, wobei hier ebenfalls noch Wissenslücken bzw. Unsicherheiten bestehen. Das vorliegende Forschungsprojekt beschäftigt sich mit den Auswirkungen einer möglichen Klimaänderung, beschrieben durch regionalisierte Klimaszenarien in den künftigen Dekaden auf die Wasserbilanz des Neusiedler Sees, eines Steppensees, im klimatisch relativ trockenen Gebiet des Burgenlandes im Osten Österreichs. Die hydrologischen Randbedingungen dieses Sees mit einer Wassertiefe von maximal ca. 2m, wie z.B. die sehr hohe Abhängigkeit der Wasserbilanz vom Niederschlag, wurden in etlichen Projekten bereits ausführlich untersucht und als Basis für diese Untersuchung verwendet. Die aus Vorprojekten verfügbaren Ergebnisse und Methoden der Verdunstungsberechnung bzw. der Wasserbilanzberechnung wurden innerhalb dieses Projektes anhand der Daten der letzten Jahrzehnte (Seespiegel, Witterungsdaten) verglichen und evaluiert. Die am besten kalibrierten Methoden wurden schließlich verwendet, sodass für die Berechnung der Wasserbilanz unter den ausgewählten Klimaszenarien für die nächsten Dekaden die bestmögliche Güte garantiert werden kann. Es muss deutlich darauf hingewiesen werden, dass die Ergebnisse dieses Projektes vor allem die Trends (Änderung der Häufigkeiten, Wahrscheinlichkeiten von Zuständen innerhalb bestimmter Zeitperioden bzw. zwischen Szenarien) der Wasserbilanz bzw. des Seespiegels aufzeigt und dass die angegebenen absoluten Größen der Wasserbilanz bzw. des Seespiegels durchaus mit Unsicherheiten behaftet sind, die aus der zugrunde liegenden Methodik, nicht berücksichtigten Komponenten, unbekannten Einflussfaktoren und unbekannten zukünftigen Änderungen von Einflussfaktoren auf die Seewasserbilanz zu erklären sind. Als Beispiel sei hier die in unserer Untersuchung nicht berücksichtigte (weil weitgehend unbekannte) künftige Verschlammung des Sees oder die mit hoher Unsicherheit behaftete Niederschlagsverteilung des hydrologischen Einzugsgebietes des Sees zu nennen. Auch die Tendenz künftiger Verschilfung und deren Wechselwirkung mit Verschlammung, Bewirtschaftung ist unbekannt _______________________________________________ V11 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) und wurde als konstant angenommen. Schließlich ist der Niederschlag in den regionalisierten Klimaszenarien mit hoher Unsicherheit behaftet, was für den Neusiedler See eine große Rolle in der künftigen Wasserbilanz spielt. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind daher als Szenarien zu sehen und nicht als Prognosen. Szenarien zeigen uns die möglichen Entwicklungen und Trends unter bestimmten definierten Randbedingungen (nach dem derzeitigen Stand des Wissens) und sind dahingehend zu verstehen. In diesem Forschungsprojekt wurde im Auftrag der Burgenländischen Landesregierung die Sensitivität der Wasserbilanz des Neusiedler Sees unter den Klimaszenarien für die 2020er Periode (Mittel 2010-2030) und die 2040er Periode (Mittel 2030-2050) mit einer mittleren Temperaturerhöhung von 1,9 °C (2020er Periode) bzw. 2,5 °C (2040er Periode) untersucht. Dabei wurde auf vielseitige Informationen und Daten zurückgegriffen die bereits in früheren Projekten untersucht wurden bzw. die für das Projekt nützlich waren. So sind zum Beispiel die hydrologischen Randbedingungen wie Zu- und Abflussverhältnisse oder die wissenschaftlich anerkannten Klimaszenarien vorgegeben. Da die Wasserbilanz des Neusiedler Sees stark auf klimatische Verhältnisse wie den Niederschlag reagiert, wurde auf die Auswahl der Klimaszenarien bzw. die Regionalisierungsmethodik großer Wert gelegt. Für die Klimaszenarien wurden „mittlere“ Szenarien aus den IPCC anerkannten Szenarien gewählt. Diese für die Wasserbilanzberechnung ausgewählten Szenarien (ECHAM4-IS92a) zeigen bei der Bestimmung der Temperaturänderung eine größere Güte als bei der Bestimmung der Niederschlagsänderung, weshalb für den Jahresniederschlag eine Sensitivitätsanalyse mit stufenweiser Änderung hinzugefügt wurde. Auch andere Szenarien wie dynamisches Downscaling und Paläoanaloge Szenarien wurden für die Region Neusiedler See berechnet, aber nicht für die Wasserbilanzberechnung weiterverwendet, da sie in einer ähnlichen Bandbreite liegen. Der Wasserbilanzberechnung liegt eine Kalibrierung von geeigneten Wassertemperaturgleichungen und Verdunstungsformeln zugrunde, wobei schließlich die am besten geeignete (eine modifizierte Dalton Gleichung) in den Wasserbilanzberechnungen verwendet wurde. Die Ergebnisse der Studie zeigen grundsätzlich die große Sensitivität der Wasserbilanz des Neusiedler Sees zum Jahresniederschlag auf. Bereits geringfügige Änderungen von 5-10% unter den derzeitigen Klimaverhältnissen haben einen deutlichen Effekt auf die Auftrittswahrscheinlichkeit von Niedrigwasserständen. Zum Beispiel würde der See bei einer ständigen Aufeinanderfolge des extrem trockenen Jahres 2003 (ca. 60% weniger Jahresniederschlag als im Mittel 1961-1990) nach 4-6 Jahren weitgehend austrocknen, bei einer ständigen Abwechslung von 2003 mit dem niederschlagsreichen Jahr 2004 nach ca. 10 Jahren ebenfalls noch sehr niedrige Wasserstände erreichen und bei einer ständigen Aufeinanderfolge von 2004 den höchsten geregelten Pegelstand halten. Da unter den Klimaszenarien der 2020er und 2040er Periode eine Temperaturerhöhung zu verzeichnen ist, wird in den verwendeten Klimaszenarien ein höheres Verdunstungspotential wirksam, was zu einer noch größeren Sensibilität des Wasserstandes des Neusiedler Sees hinsichtlich künftiger Niederschlagsschwankungen führt. Schon in der Periode 1991-2004 gab es eine Jahresmitteltemperaturerhöhung von 0,7 °C und eine Abnahme des mittleren Jahresniederschlages von 6 % (ca. 40 mm) im Vergleich zu 1961-1990. Unter diesen, derzeitigen Klimabedingungen wird die kritische Wassermarke von 115,20 m über Adria im statistischen Mittel alle 12 Jahre unterschritten. In der wärmeren 2020er Periode, würden – bei gleichen Niederschlägen bzw. Niederschlagsverteilung wie in der Basisperiode 1961-1990 – diese Unterschreitung durchschnittlich schon alle 5,7 Jahre auftreten und in den 2040er Jahren _______________________________________________ V11 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) alle 3,4 Jahre. Eine Verringerung des Niederschlages um 5 % in den Klimaszenarien erhöht diese Wiederkehrwahrscheinlichkeit auf 2,6 (2020er Periode) bzw. 1,8 (2040er Periode) Jahre. Schon eine geringe Abnahme des mittleren Niederschlages der Region von z.B. 5 % hat also eine signifikante Häufung von Niedrigwasserständen zur Folge, die im seltener auftretenden Extremfall bis zur Austrocknung führen würde. Ein Pegelstand von 114,5 m, der einer Fast-Austrocknung entspricht, würde beim derzeit herrschenden Klima (1991-2004) statistisch gesehen nicht auftreten, in der wärmeren 2020er Periode - bei gleich bleibendem Niederschlag wie in der Basisperiode 1961-1990 - alle 166 Jahre und in der 2040er Periode alle 83 Jahre. Eine Verringerung des Niederschlages um 5 % in den Klimaszenarien erhöht diese Wiederkehrwahrscheinlichkeit der Austrocknung auf 50 (2020er Periode) bzw. 25 (2040er Periode) Jahre. Falls der Niederschlag noch weiter abnimmt, mehr extreme Trockenperioden im Vergleich zur derzeitigen Klimavariabilität auftreten würden, oder die Klimaerwärmung stärker ausfällt als in unseren Klimaszenarien angenommen, würde sich die Situation verschärfen und umgekehrt, entspannen. Die Auswertungen und Simulationen bis zur Wasserbilanzierung wurden unter bestimmten definierten Randbedingungen durchgeführt. Zusätzlich steckt in vielen verwendeten Daten ein gewisses Maß an Unsicherheit. Neben den hydrologischen Randbedingungen und den ausgewählten Klimaszenarien zählen zum Beispiel die Bestimmung des Gebietsniederschlages aus Punktmessungen oder der Einfluss der zunehmenden Verschlammung oder die künftige Entwicklung des Schilfgürtels dazu. Diese Tatsachen müssen bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden. _______________________________________________ V11 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Bisherige Ergebnisse der Kältepolstudie in der Steiermark Univ.-Prof. Dr. Reinhold Lazar, David Eckart, Universität Graz, Institut für Geographie und Raumforschung Im Rahmen einer Diplomarbeit wird seit Beginn dieses Jahres ein Sonderstationsnetz in kalten Tal- und Beckenlagen betrieben, welche aufgrund der Topographie die potentiell kältesten Punkte der Steiermark darstellen. Das Stationsnetz umfasst 7 Stationen in der Steiermark und zusätzlich eine Station an einem klimaökologischen Sonderstandort in Kärnten, sowie 4 Stationen der Fa. Pilz. Die Messungen erfolgen mit Hilfe elektronischer Datalogger; die mit einer Genauigkeit von +/- 0,05 K und einer Auflösung von 0,01 K arbeiten und alle 5 Minuten einen Wert aufzeichnen. Durch die Studie sollen repräsentative Temperaturminima für extreme Tal- und Beckenlagen erfasst und die Abweichungen zu den amtlichen Referenzstationen quantifiziert werden. Die tiefsten Temperaturen wurden in diesem Winter am 24. und 25. Jänner 2006 verzeichnet, als ein Hoch mit arktischen Luftmassen das Wettergeschehen in Österreich bestimmte. Dabei wurden an zwei Stationen in der Steiermark sowie jener in Kärnten die -30°C-Marke unterschritten. Absoluter Kältepol war Halltal bei Mariazell mit -32,3°C am 24. Jänner; am 25. Jänner verzeichneten die Stationen Hörfeld und Freundsamer Moos -30,5 bzw. -30,0°C. Der Vergleich mit der Referenzstation soll am Beispiel Gaal mit Zeltweg, die bekanntlich auch zu den kältesten in Österreich gehört, gezeigt werden. In Hochdruckperioden und nach klaren Nächten wurden durchwegs Abweichungen von 4-6 K am Morgen festgestellt. Zudem ist der Tagesgang im Seitentalbecken von Gaal noch akzentuierter als im Aichfeld. So betrug zB am 3. Februar 2006 die Abweichung exakt 4,5 K, die Tagesschwankung in Gaal 22 K, in Zeltweg hingegen nur 15,3 K. Bei Tiefdruckwetterlagen hingegen verzeichnen beide Stationen annähernd die gleichen Werte. Besonders auffällig waren auch die extremen und hochreichenden tagesperiodischen Inversionen in den ersten Februartagen des Jahres 2006. So wurden bei Hochdruckwetter und milden Temperaturen in mittleren Höhen zwischen den Stationen Semriach (675 m) und Schöckl (1.445 m) Inversionen von bis zu 21,5 K bei ähnlichen Tageshöchstwerten festgestellt. _______________________________________________ V12 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Project reclip:more - overview: Objectives, tasks and results 2004-2005 The reclip:more team Contact: Dr. Wolfgang Loibl Tel.: +43(0)50550-4587 email: [email protected] URL: http://www.systemsresearch.ac.at Abstract: The rising public discussion about climate change has raised the concern about consequences those changes might have for natural environment and human society. Conducting climate impact assessments requires reliable regional climate change predictions. Besides changes in mean temperature and yearly precipitation, most severe impacts of climate are often caused by extreme events (droughts, flooding rain, floods, storms, avalanches) that occur on a time scale of some days to weeks. Thus climate impact assessment requires information not only on a fine spatial, but also with a high temporal resolution. Furthermore, climate-vulnerable systems are affected by several climate parameters, which are related to each other. Information provided for climate impact research has to reproduce these relationships with high accuracy in order to deliver a meteorologically consistent image of future climate. Global Circulation models (GCM’s) do not provide detailed spatial features of the general atmospheric circulation as they show only coarse horizontal resolution, which is currently 120 kilometres in the European mid latitudes. Thus for assessing regional future climate impacts at meso- and microscale resolutions it is necessary to provide regional climate models (RCM’s) to deliver high resolution datasets for future climate. The 3-year project reclip:more (Research for Climate Protection: Model Run Evaluation) is developed and financed by the Austrian Research Centres – ARC systems research GmbH (ARC-sys). It concentrates: • • • • on applying regional climate models on statistical downscaling, on conducting sensitivity and validation analyses through test, development, adaptation or improvement of modelling and validating techniques, aiming at scientifically sound transient data sets describing the future climate for the entire Alpine area for climate impact research at local to regional scale. Thus it will provide for the fist time long term regional climate model runs for Austria providing data with sufficient spatial and temporal resolution completed with sensitivity and validation analysis to judge the plausibility and depict the range and variation of the results. ARC-sys has therefore invited 4 Austrian institutions engaged in climate modelling to establish a strong climate modelling research team: • • • • • Department of Meteorology and Geophysics, Vienna University (2 teams:IMG-ALADIN, IMG-VERA) Institute of Meteorology, Vienna Univ. of Natural Resources and Applied Life Sciences (BOKU-Met) Wegener Center for Climate and Global Change, University of Graz (WegCenter) Central Institute for Meteorology and Geodynamics (ZAMG) - and ARC Systems Research GmbH itself, who is leading the project. Two regional climate models (RCMs) are used: the French ALADIN and the U.S. American MM5. (Both models are well established in regional weather prediction but not extensively tested in long term climate modelling). RCMs work similar to GCMs by applying fundamental physical equations and parameterisations describing the state and dynamics of the atmosphere and on a grid mesh. GCM results are input for RCMs with a finer grid resolving spatial details such as topography and land use, generating information on a higher spatial resolution which is physically consistent with the large-scale features. The GCM lattice information is transferred to the RCM lattice as lateral boundary condition. The interaction between GCM and RCM is (as usual) realised one-way with no feed back-loop from RCM to GCM. “Nesting” RCM lattice into the lower GCM resolution leads to horizontal resolutions at least an order of magnitude finer as GCMs. Multiple nesting can increase the spatial resolution – which is here conducted _______________________________________________ V13 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) by the MM5 to achieve first 30km and then 10 km resolution. In reclip:more model results are achieved for the Eastern Alps for a past decade (1981-1990 and different episodes in 1999) for model validation and for a future decade (2041-2050). After intensive discussions the reclip:more-team decided on retrospective and prospective driving data from the new ECHAM5 GCM with a spectral truncation of T106 (corresponding to 1.125° or ~120 km horizontal grid spacing) and 31 vertical model levels (L31) as basis for the planned 10-year downscaling runs The ECHAM5 T106 results assure sufficient horizontal resolution even for one-fold nesting as conducted with ALADIN by IMG involving a resolution jump of factor ~10 (In contrast to the two-nest strategy carried out with MM5 by ARC-sys and WegCenter involving a resolution jump of 3-4). 10-year RCM control runs a driven by re-analysis data and by a new ECHAM5 (T106 L31) run. This new GCM run is performed at the IAC-ETH Zurich by Wild & Tschuck modelling the 1960-1990 period, driven by observed sea surface temperatures (SST) and greenhouse gas concentrations. For the prospective period 2041-2050 an IS92a scenario run was conducted at IAC-ETH Zürich in cooperation with IMG. Building proper climate scenarios requires a quantification of the uncertainty associated with the climatechange projections. The availability of a wide range of model projections for a region provides a sense of uncertainty, preventing users from simple deterministic interpretations derived from single model results. Though some rough uncertainty estimates can be accomplished using reclip:more data in combination with results from European regional climate modelling projects. As extensive uncertainty analysis is beyond the scope of reclip:more this has to be be addressed in succeeding projects. The tasks within the project are in detail: (1) Development and application of methods and tests • RCM application, validation - (statistical methods, indicators) • Downscaling (regionalization of observation data and gridded model results) (2) Dynamical regional modelling • retrospective model runs with 2 RCMs using Re-analysis/GCM-datasets for 1981-1990 • prospective model runs with 2 RCMs using GCM-data sets for 2041-2050 (3) Downscaling of data and gridded model results (4) Benchmarking of the retrospective model run results • comparative analysis of RCM and downscaling results, • documentation of advantages and disadvantages of the RCMs of different model settings (5) Comparison of prospective model results (6) Delivery of high resolution future climate results for reference regions: • temperature (mean, max, min), wind, short wave radiation (daily sum), precipitation (daily sums) The 6 teams contribute to the reclip:more objectives with following work packages: • • • • • • ARC-sys: project management; GCM-dataset preparation for MM5; MM5 short runs + sensitivity tests; 1km- downscaling of RCM-results Tmin, Tmax, short wave radiation, exemplary climate impact indicators; IMG-VERA: providing European synoptic datasets; validation via VERA; IMG-ALADIN: GCM-dataset preparation for ALADIN; RCM ALADIN short runs, sensitivity tests, long runs; BOKU-Met: sensitivity tests and model validation concept, domain-setup; RCM benchmarking WegCenter: MM5 long runs; vertical validation; downscaling of wind fields ZAMG: preparation of monitoring data; 1km- downscaling of RCM-results: Tmean, precipitation, snow-cover calculation _______________________________________________ V13 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) During 2004 preparation and initialization work regarding data sets, model implementation, downscaling method tests and further description of sensitivity tests had been carried out. A huge number of sensitivity studies aiming at finding the “optimal” RCM-setups (e.g. extent and position of the nests (“domains”), nesting strategy, parameterisation, etc.) were conducted. Additionally, different examinations concerning further statistical downscaling of the RCM results and the preparation of validation data and methods were done. During 2005 the emphasis lays on retrospective model runs with the two RCMs and the re-analysis/GCMdatasets for 1981-1990. IMG conducted ALADIN-Model runs, WegCenter and ARC-sys the MM5-runs. In addition several shorter and some long episodes of the years 1981-1990 and 1999 and 7 annual runs for 1999 with different model settings were evaluated. At the end a comprehensive benchmarking of the model-outputs was done. The IMG-VERA team and the BOKU-Met team provided the evaluation of the various model runs. At the same time the prospective model runs were prepared. The second main topic was the development of several downscaling techniques for the regionalisation of observation data and model results in the Alpine region. A further downscaling of the 10 km model results is necessary, as the results will be required for a horizontal resolution of 1 km. Many former investigations have shown, that in some cases higher resolution nesting of numerical models lead to less valid results. To overcome this, ZAMG, ARC-sys and WegCenter improved methods for statistical downscaling of temperature, precipitation, snow cover and solar radiation. The first two parameters are downscaled applying EOF using terrain-related response variables, while for irradiation modelling besides the RCM-results, terrain data and radiation-physics-related numerical functions are used. Snow cover is calculated out of the already downscaled precipitation and temperature layers. For near-surface-wind a dynamical downscaling via MM5 and CALMET was adapted. ARC-sys finally has tested data sets of different temporal resolution climate impact indicator maps: accumulated temperature and irradiance maps for vegetation periods and number of frost-day maps out of RCM-results that shall be finally applied for climate impact research. In 2006 the prospective model runs for 2041-2050 will be carried out with ALADIN and MM5, whose results will be downscaled to 1km for three study regions in Austria (Tyrol, Styria, Vienna/Lower Austria). After the validation tests, general high resolution results and monitoring data can be provided to the climate impact research community through download or CD. As all reclip:more results will sum up to 1 terabyte of data, the dissemination needs further collaboration not only for data delivery in terms of extracting or re-formatting certain data sub-sets but also due to advice for interpretation and application considering uncertainty ranges. Reports and results of reclip:more The results of all sub-teams are published in certain reports (see list) and can be downloaded from the project’s homepage http://systemsresearch.ac.at/projects/climate where further information about reclip:more can be obtained. The results of 2005 are the following: Reclip:more PY2 – WegCenter Dynamical Downscaling with MM5, Upper Air Evaluation and Wind Downscaling Reclip:more PY2 - IMG-ALADIN Dynamical downscaling of reanalysis data using ALADIN Reclip:more PY2 - ARC-sys Generating data sets for climate impact research focussing on temperature and irradiation Reclip:more PY2 - IMG-VERA Model Comparisons of Annual Model Runs and Very Short Episode Runs Reclip:more PY2 - BOKU-Met Precipitation evaluation of the one year model runs Reclip:more PY2 – ZAMG Statistical downscaling and spatial refinement of dynamically downscaled data Impact of nesting strategies in dynamical downscaling of reanalysis data Paper, published 6 October 2004 -received 30 March 2004 ; revised 14 June 2004 ; accepted 27 August 2004 . GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 31, L19101, doi:10.1029/2004GL020115, 2004 Further posters and lecture-abstracts published at conferences during 2005 can be downloaded _______________________________________________ V13 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) High Resolution Climate Scenarios for Austria A. Gobiet1, H. Truhetz1, H. Formayer2, M. Themessl1, A. Riegler1, and G. Kirchengast1 1 Wegener Center for Climate and Global Change (WegCenter) and Institute for Geophysics, Astrophysics, and Meteorology (IGAM), University of Graz, Leechgasse 25, 8010 Graz, Austria [email protected] / Phone: +43-316-380 8448 / Web: http://www.wegcenter.at 2 Institute of Meteorology, Vienna Univ. of Natural Resources and Applied Life Sciences (BOKU-Met), Peter Jordan Str. 82, 1190 Vienna, Austria Keywords: reclip:more, dynamical downscaling, alpine region In the framework of the Austrian project reclip:more [Loibl et al., this issue] the Wegener Center for Climate and Global Change (WegCenter) develops highly resolved climate scenarios for Austria and the Alpine region. The basic method applied is dynamical downscaling using the mesoscale model MM5 [Dudhia, 2005] to refine climate information from the ERA-40 reanalysis [Uppala et al., 2004] and the global climate model (GCM) ECHAM5 [Roeckner et al., 2003] (horizontal grid resolution ~100 km) to a horizontal grid resolution of 10 km. Figure 1: Seasonal mean precipitation 1999 in the Alpine Region downscaled from ERA-40 with MM5 (~ 10 km grid resolution). Left panel: Summer (June, July, August), right panel winter (December, January, February). Several retrospective simulations (climate hindcasts, e.g., Fig. 1) have been conducted in order to evaluate the model-performance, to analyze the sensitivity to model domain and parameterization, and to find an adequate model setup. Results from these simulations as well as a brief evaluation relative to observational datasets will be presented. After optimizing the model setup, three decadal climate simulations are carried out: A climate hindcast of the decade 1981-1990 based on lateral boundary conditions from ERA-40 and two climate simulations based on boundary conditions of the GCM ECHAM5 (1981-1990, observed greenhouse gases; 2041-2050, greenhouse-gas scenario). While the former is used to assess the model performance on decadal time-scales and can further be used in climate process studies, the latter two simulations will serve to analyze a scenario of climate change in the Alpine region in _______________________________________________ V14 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) unprecedented resolution and will be basis for climate impact studies. First results from the decadal simulations will be presented as well. Since many applications in climate impact research need even finer resolutions than currently obtainable by dynamically downscaling GCM results, additional refinement techniques aiming at 1 km resolution and below, are developed at WegCenter within reclip:more and in the framework of other projects: Associated recent projects include downscaling of the wind field to the 100 m scale [Truhetz et al., this issue] and statistical downscaling of daily temperature and precipitation [Themessl et al., this issue] to station locations. References Dudhia, J., D. Gill, K. Manning, W. Wang, and C. Bruyere (2004), PSU/NCAR Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and User's Guide: MM5 Modeling System Version 3, Software Manual, Mesoscale and Microscale Meteorology Division of the National Center for Atmospheric Research, Boulder. Roeckner, E., G. Baeuml, L. Bonaventura, R. Brokopf, M. Esch, M. Giorgetta, S. Hagemann, I. Kirchner, L. Kornblueh, E. Manzini, A. Rhodin, U. Schlese, U. Schulzweida, A. Tompkins (2003): The Atmospheric General Circulation Model ECHAM5. Part 1: Model Description, Report 349, Max Planck Institute for Meteorology (MPI), Hamburg. Uppala, S., P. Kllesberg, A. Hernandez, S. Saarinen, M. Fiorino, X. Li, K. Onogi, U. Andrea, and V. da Costa Bechtold (2004), ERA-40: ECMWF 45-years reanalysis of the global atmosphere and surface conditions 1957-2002, ECMWF News-letter, 101, 2-21. _______________________________________________ V14 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) reclip:more: Teilprojekt Dynamisches Downscaling globaler Klimadaten mit ALADIN Alexander Beck Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Wien Im Rahmen von reclip:more werden mittels dynamischem Downscaling hochauflösende Datensätze (räumlich ~10km, zeitlich 1-6h) für den Alpenraum erstellt. Als Antriebsdaten dienen sowohl Reanalysen (ERA40) als auch globale Klimasimulationen (ECHAM5). Ziel dieses Teilprojektes ist die Bereitstellung der hochauflösenden Datensätze mit Hilfe des Modells ALADIN (siehe http://www.cnrm.meteo.fr/aladin). Dazu wird Aladin mit einer numerischen Auflösung von etwa 12km (und 40 vertikalen Schichten) direkt in die globalen Antriebsdaten genestet. Die atmosphärischen Felder werden täglich neu initialisiert, wodurch eine starke Kopplung an die globalen Antriebsdaten erzwungen wird. Die Simulationen auf Basis von ERA40 Daten sind abgeschlossen und umfassen einerseits mehrere Sensitivitätsexperimente für das Jahr 1999 sowie andererseits den Produktionslauf für den Zeitraum 1981-1990. Die Simulationen mit ECHAM5 Antrieb haben begonnen (control-Lauf, 1981-1990) beziehungsweise sind für das Frühjahr 2006 geplant (SzenarioLauf IS92a, 2041-2050). Kontakt: Dr. Alexander Beck Institut für Meteorologie und Geophysik Universität Wien Althanstrasse 14 1090 Wien Tel. 4277-53716 Email: [email protected] _______________________________________________ V15 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Model validation with VERA within the framework of reclip:more Manfred Dorninger, Theresa Gorgas and Reinhold Steinacker Contact: Dr. Manfred Dorninger Department of Meteorology and Geophysics, University of Vienna Tel.: +43(0)1-4277- 53731 Email: [email protected] URL: http://www.univie.ac.at/img-wien/VERA Abstract: VERA (Vienna Enhanced Resolution Analysis) is a high resolution, real-time analysis tool which has been developed at the Department of Meteorology and Geophysics of the University of Vienna. It is particularly suitable for the use over complex topography. The basic philosophy of VERA is to use physical a priori knowledge (the so called fingerprints) of typical meteorological patterns in meteorological fields that occur over complex terrain. The VERA analysis is related to the thin-plate spline method, but calculation is done by using finite differences. (Steinacker et al., 2000; Steinacker et al., 2006) A comprehensive data quality control is used previous to the VERA analysis in order to exclude erroneous data from the analysis process. This module is able to detect and filter out unrealistic single measurements and gross errors as well as systematic errors. Hence, erroneous patterns in the analysis which are due to data errors can be eliminated in the run-up of the analysis. (Häberli et al., 2004) In the framework of the VERACLIM – project a complete data set over 22 years (1980-2001) was provided by making use of the VERA analysis method. The data set includes 3-hourly analysis fields of equivalent potential temperature, potential temperature, sea level pressure and wind. The model evaluation of MM5 and ALADIN in reclip:more is conducted on the basis of the VERACLIM – data. The parameters used for evaluation ((equivalent) potential temperature, mean sea level pressure (direct model output and reduced by the standard-reduction-method ), mixing ratio and wind speed) are calculated from the appropriate model output parameters on the lowest model level or the surface, respectively. Further the model data are interpolated to the VERA grid (20km resolution) using Cressman – Interpolation. For the statistical assessment of the correspondence between analysis and model runs following measures are chosen: • • • • Bias RMSE Bias-corrected RMSE, standard deviations of model and VERA and linear correlation coefficient for application in the Taylor - diagram. Fisher Skill Score, Bias Skill Score and Total Skill Score Concerning the spatial variability of model deviations all statistics are determined for pre-defined subdomains, so called climate regions within the VERA – domain (Fig.1). Fig. 1: VERA-grid (crosses) with climate regions. _______________________________________________ V16 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) The range of various statistical measures and the temporal (different times of day, months and seasons) and spatial (climate regions) stratification of the results enable a detailed overview over potentials and uncertainties of the evaluated model settings. Selected results will be mentioned in the presentation. Fig.2: Example of the evaluation of sensitivity tests for a case of a significant frontal passage (Episode No. 6). Time series of bias of equivalent potential temperature for climate region “alles” (includes all grid points within any of the areas 1-6 shown in Fig.1). Model runs named with a06xe (blue) are initialized by ERA40 data, those named with a06x (red) by ECMWF forecasts. 6 is the number of the episode and x=[1,4] describes the case of domain setting with horizontal chosen resolutions of 45 and 30 km. All runs based on ERA40 data show a smaller bias at the beginning and at the end of the period. References: Häberli C., I. Groehn, R. Steinacker, W. Pöttschacher and M. Dorninger, 2004: Performance of the surface observation network during MAP. Meteorol Z., 13, 109-121. Joliffe Ian T., David B. Stephenson (eds.), 2003: Forecast Verification, A Practioner’s Guide in Atmospheric Sciences, Chichester:Wiley. Steinacker R., C. Häberli, W. Pöttschacher , 2000: A Transparent Method for the Analysis and Quality Evaluation of Irregularly Distributed and Noisy Observational Data. Mon. Wea. Rev., 128, 2303-2316. Steinacker R., M. Ratheiser, B. Bica, B. Chimani, M. Dorninger, W. Gepp, C. Lotteraner, S. Schneider, S. Tschannett, 2006: Downscaling meteorological information over complex terrain with the Fingerprint-Technique by utilizing physical a priori knowledge. Mon. Wea. Rev., accepted. Taylor Karl E., 2001: Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. Journal of Geophysical Research, 106, 7182-7192. See also: The reclip:more team: Project reclip:more - overview: Objectives, tasks and results 20042005, presented at this meeting _______________________________________________ V16 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimawandel und Wintersport Strategien zur nachhaltigen Raumentwicklung von Tourismusregionen unter dem Einfluss der globalen Erwärmung am Beispiel der Wintersportregion um Schladming Der Klimawandel und seine möglichen Folgen für Wintersportorte und -regionen zählen zu den aktuellen Herausforderungen der naturwissenschaftlichen, touristischen sowie regionalwirtschaftlichen Forschung. Derzeit besteht jedoch noch seitens der Wissenschaft eine Reihe von Defiziten, die zu unscharfen und unwahrscheinlichen Prognosen geführt haben. Die tatsächlichen Auswirkungen des Klimawandels einerseits aber auch seine Wahrnehmung in den Medien der Politik und Gesellschaft andererseits haben Einfluss auf die unternehmerischen Entscheidungen und die Entwicklung einer Region. Es stellt sich die Frage der Investitionssicherheit, der Planungssicherheit und der Kompensationsmöglichkeiten, u.a. temporär durch technische Beschneiung bzw. langfristig durch neue Tourismuskonzepte sowie betriebliche, nach regionale den und sektorspezifische Entwicklungspotentialen einer Untersuchungsregion bei veränderter klimatischer Situation. Diesen Themen wird am Beispiel und in enger Abstimmung mit der Wintersportregion Schladming nachgegangen. Dazu sollen in einem ersten Schritt auf der Grundlage regionaler Daten und vorliegenden Eigenmessungen der Betreibergesellschaften bestehende Klimamodelle verfeinert und regional angepasst werden. Parallel dazu werden in Zusammenarbeit mit den Seilbahn- und Skiverbänden die Einstellungen von Wintertouristen, Medien und lokaler Wirtschaft durch eine in diesem Bereich spezialisierte Marktforschungsgesellschaft erhoben. Anhand einer regionalstatistischen Analyse wird die wirtschaftliche Bedeutung des Wintersports für diesen Raum beschrieben. Dabei werden Vertreterinnen und Vertreter aus Wirtschaft, Politik und Verwaltung sowie weitere lokale Akteurinnen und Akteure miteinbezogen. Das Ergebnis einer differenzierte SWOT-Analyse, lässt die Stärken, Schwächen, Möglichkeiten und Hindernisse im Hinblick auf eine nachhaltige touristische Entwicklung und eine Neuorientierung bezogen auf den Klimawandel erkennen. Die transdisziplinäre Bestandsaufnahme schafft die Grundlage, um das eigentliche Ziel des Projektes, die Entwicklung von Strategien zur nachhaltigen Raumentwicklung von Tourismusregionen unter dem Einfluss der globalen ___________________________________________ V17 _____________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Erwärmung zu erreichen. und dafür notwendige Strategien und Maßnahmen zu formulieren. Internationale Studien zeigen, dass effiziente und innovative Lösungen dann entstehen können, wenn der Handlungsrahmen einer Region im Dialog mit den Akteurinnen und Akteuren festgelegt wird. Ein erprobtes Methodenset bietet die LAC (Limits of Acceptable Change) zur partizipativen Entwicklung von Zielen und Indikatoren. Das Tourism Optimization Management Modell (TOMM) stellt eine Weiterentwicklung des LAC dar und zielt auf eine nachhaltige Tourismusentwicklung ab. TOMM gilt weltweit als jenes Instrumentarium, das die Vorgaben und Interessen von Wirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung, Umwelt und Gesellschaft am besten integriert. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird dieses Konzept erstmals an die Verhältnisse einer Wintersportregion in Europa angepasst. STRATEGE – ist ein Projekt des Programms proVision gefördert vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur Partner Leadpartner: Universität für Bodenkultur Wien Institut für Landschaftsentwicklung, Erholung- und Naturschutzplanung Forschungspartner: Universität für Bodenkultur Wien Institut für Meteorologie Manova – Meinungsforschung, Wien Ungargasse 53, A-1030 Wien, Austria ÖIR, Österreichisches Institut für Raumplanung und ÖIR – Informationsdienste GmbH Franz-Josefs-Kai 27, 1010 Wien, Austria Praxispartner: Fachverband der Österreichischen Seilbahnen Wiedner Hauptstraße 63, Postfach 172, 1045 Wien, Austria Planai-Hochwurzenbahnen Gesellschaft m.b.H. Coburgstraße 52, 8870 Schladming, Austria Kontakt: Ulrike Pröbstl Universität für Bodenkultur Peter Jordanstr.82, 1190 Wien [email protected] Tel: +43-01-47654-7207 ___________________________________________ V17 _____________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) PROVISION: A TALE OF TWO VALLEYS: THE CONTRARY STRATEGIES IN TWO NEIGHBOURING VALLEYS TO DEAL WITH CLIMATE VARIABILITY AND CLIMATE CHANGE Ingeborg Auer1, Reinhard Böhm1, Anna Kirchengast2, Eva Korus1, Franz Prettenthaler2, Herwig Proske3, Nadja Vetters2, 1 2 Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien Institut für Technologie und Regionalpolitik, Joanneum Research, Graz 3 Institut für Digitale Bildverarbeitung, Joanneum Research, Graz Die Menschheit erlebt derzeit eine zum Teil selbst verursachte Veränderung einer der grundlegenden Rahmenbedingungen für das Leben auf der Erde, jener des Klimas. Dieser Klimawandel geht schleichend vor sich und ist daher schwerer erkennbar als kurzzeitige Klimaschwankungen und Extremwerte, die wesentlich stärker sind als langfristige Trends. Neben den historischen instrumentellen Klimamessreihen geben uns sichtbare Veränderungen in der Landschaft, wie Gletschervorstöße bzw. –rückzüge, oder sich ändernde Vegetationsgrenzen Zeugnis über das Ausmaß der veränderten Klimabedingungen. Das Projekt „A tale of two Valleys“ befasst sich mit der Klimaänderung und seiner Auswirkungen in zwei benachbarten Alpentälern, in der Gemeinde Rauris im Rauriser Tal (Salzburg) und in der Gemeinde Flattach im Mölltal (Kärnten). Das Studium des Weges dieser beiden benachbarten, aber bezüglich Wetter, Klima, sozio-ökonomischen, naturräumlichen und politischen Entwicklungen sehr unterschiedlichen Gemeiden durch das 20. Jahrhundert ist der Kern des Projekts. Basierend auf bereits vorhandenem naturwissenschaftlichen Material, ergänzt durch fachspezifische Arbeit, soll in enger Zusammenarbeit von Natur-, Wirtschafts-, Sozial- und GeisteswissenschafterInnen mit der Bevölkerung, mit Schulen, mit alpinen-, Fremdenverkehrs- und Kulturvereinen, mit den wirtschaftlichen und politischen Entscheidungsträgern vor Ort ein inter- und transdisziplinäres Gesamtbild geschaffen werden. Die Klimaentwicklung der letzten 100 Jahre eröffnet durch zwei Aspekte gute Chancen, aus der Vergangenheit für die Zukunft zu lernen: Einerseits konnte seit dem 19. Jahrhundert ein langfristiger Erwärmungstrend beobachtet werden, wie er auch für das 21. Jahrhundert erwartet wird. Andererseits sorgte die für das Klima typische Zeitstruktur (starke Kurzzeitschwankungen - schwächere Langfristtrends) bereits in der Vergangenheit für Wetter- und Klimaextreme mit entsprechenden Folgen für die Natur und die Gesellschaft, wie sie auch für die Zukunft prognostiziert werden. Leitende Fragestellungen (Auswahl) innerhalb des Projektes sind: immer in Hinblick auf die tatsächlichen oder scheinbaren Unterschiede oder Gemeinsamkeiten der beiden Täler (Rauris – Mölltal-Fragant): • Wie waren die Klimatrends, die extremen Wetterereignisse in der Vergangenheit • Wie haben sie sich auf die Natur ausgewirkt (Gletscher, Permafrost, Stürme, Überschwemmungen, Muren, Gletscher, Vegetation,…)? • Wie ist die Bevölkerung damit umgegangen (praktische Risikobewältigung)? • Wie unterscheiden sich die Grundmuster der Entwicklung der beiden Täler, (Einkommen, Beschäftigungssituation, Abwanderung,…): von Agrarund Forstwirtschaft zur technischen Nutzung der Natur mit intensiver Wasserkraftnutzung und Gletscherskigebiet in dem einen Fall – vom anfänglich _______________________________________________ V18 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) noch Bergbaugebiet zur jetzigen Nationalpark-Gemeinde mit eher sanfter Nutzung des Naturraumpotentials im anderen Fall? • Wie unterscheiden sich die öffentlichen (veröffentlichten) und privaten Meinungen und Ansichten gegenüber den Risiken durch Naturgefahren, Naturausbeutung im allgemeinen, gegenüber der Klimaproblematik im besonderen? • Welche geschlechtsspezifischen Unterschiede lassen sich bezüglich der letzten beiden Punkte feststellen? • Welche Szenarien der künftigen Risikoentwicklung lassen sich für die beiden Täler erarbeiten (inklusive Aufzeigen der Unsicherheiten solcher Szenarien)? • Wie können Bewältigungsstrategien, wie etwa business as usual, VermeidungEindämmung, Anpassung in dieser Hinsicht bewertet werden? Das Projekt kann nur in interdisziplinärer Zusammenarbeit erfolgreich abgewickelt werden. Denn für jede Fragestellungen gilt es festzustellen: Welcher Input aus welcher Disziplin nötig ist (Klimatologie, Glaziologie, Ökonomie, Soziologie, Geographie, Geologie, gender Expertise), mit dem Ziel das disziplinäre Wissen zu Gesamtwissen zu integrieren. Dementsprechend setzt sich das Projektteam aus MitarbeiterInnen verschiedener Institutionen zusammen, die wiederum in enger Zusammenarbeit mit Schulen und externen Projektpartnern gemeinschaftlich agieren werden. Projektpartner: Zentralanstalt für Meteorologie (Wien), Joanneum Research, Institut für Digitale Bildverarbeitung (Graz), Joanneum Research, Institut für Technologie und Regionalpolitik (Graz), BG/BRG Zell am See, BORG Spittal an der Drau, Stiftsgymnasium Melk. Die Zusammenarbeit von WisenschafterInnen und Schulen unter dem Motto „Research + Education = cognition“ bietet eine Fülle von Lernchancen, die durch die proVision Forschungs-Bildungskooperation ermöglicht wird. Umfassende Fragestellungen motivieren zu selbständigem und fächerübergreifenden Lernen (Vernetzung verschiedener Fächer), SchülerInnen werden für ökologische und ökonomische Fragen sowie Genderaspekte sensibilisiert und erhalten Einblick in die konkrete Arbeit von WissenschafterInnen und sammeln frühzeitig Erfahrung mit Projektarbeit Der Kreis der externen, unterstützenden Projektpartner hat sich seit Projektbeginn erweitert. Bis jetzt haben folgende Institutionen und Personen ihr Interesse an einer Zusammenarbeit bekundet: Naturfreunde Wien, Sonnblick Verein, Literaturtage Rauris, Tourismusgemeinschaft Mölltaler Gletscher, Marktgemeinde Rauris, Kulturverein Rauris, Landesforstdirektion Salzburg, Wildbach- und Lawinenverbauung Sektion Kärnten, Hauptschule Rauris, ÖAV Sektionen Mallnitz, Mölltal, Rauris, Naturfreunde Rauris, Herr Herbert Demoser (Verfasser des Overvellacher Lesebuches), Lug Rasser. Da das Projekt nur in Zusammenarbeit von interdisziplinärem Projektteam und der Bevölkerung erfolgreich sein wird, fanden in den beiden betroffenen Gemeinden im Jänner 2006 Vortragsveranstaltungen statt, mit der anschließenden Möglichkeit die WissenschafterInnen kennen zu lernen und mit ihnen über die Thematik und Problematik von Climate Change zu diskutieren. Die Bewohner und Bewohnerinnen der beiden Gemeinden zeigten großes Interesse an regionalen und globalen Klima- und UmweltVeränderungen, und es besteht Bedarf an weiteren Informationen. Das Projektteam wird daher in regelmäßigen Abständen den Kontakt zur Bevölkerung suchen und sie über die Projektsarbeit und Projektsfortschritte informieren. Kontaktadresse: Ingeborg Auer Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik Hohe Warte 38 1190 Wien email: [email protected] _______________________________________________ V18 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Neue Erkenntnisse über die Schneedeckendauer im Alpenraum Lucia-Maria Wielke Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie Institut für Meteorologie und Geophysik Universität Wien Althanstrasse 14,1090 Wien [email protected] Die Menge und Dauer der winterlichen Schneebedeckung schwankt von Jahr zu Jahr. Diese Schwankungen sind vorwiegend durch natürliches Klimarauschen bedingt. Als eine von vielen Klimaelementen ist die Dauer der Schneedecke ein Indikator für mögliche Klimaänderungen und wegen des Einflusses auf z.B. den Wasserhaushalt, die Vegetation oder den Tourismus vielfach gefragt. In einem statistischen Modell, das ursprünglich für Österreich entwickelt wurde (Hantel et al. 2000), wurde der Zusammenhang zwischen der Dauer der Schneebedeckung, der Temperatur und der Stationshöhe quantitativ studiert. Anhand von Messdaten der letzten 40 Jahre (1961-2000) an 268 Klimastationen im gesamten Alpenraum wurde das bestehende Modell angewandt und verbessert. Die qualitativ bekannte Antikorrelation dieser Größen – wärmeres Klima bewirkt Abnahme der Schneedecke, größere Höhe über Meeresniveau bewirkt Zunahme der Schneedecke und vice versa – konnte daher quantifiziert werden. Die Anzahl der Schneetage, an denen eine Schneehöhe von z.B. mindestens 5 cm gemessen wurde, wird mit der maximal möglichen Anzahl (im Winter DJF: 90 bzw. 91 Tage) normiert. Die dadurch erhaltene relative Dauer der Schneebedeckung n soll als Funktion der Parameter Temperatur T und Stationshöhe H betrachtet werden. Wir legen das Augenmerk unserer statistischen Methode auf die Empfindlichkeit der Schneetage gegenüber der Temperatur: s ≡ ∂n(H,T)/∂T. Sie ist überall negativ, geht bei n=0 und n=1 in die Sättigung und nimmt ihr Extremum s0 bei n=0.5 an. Abbildung 1: Die extremen Empfindlichkeiten s0 alpiner Stationen sind abhängig von der geographischen Lage dargestellt. Die Interpolation dieses funktionalen Zusammenhangs kann mit einer beliebigen Logistikfunktion gemacht werden. Es kann gezeigt werden, dass die Wahl der Fehlerfunktion im statistischen Sinne die Beste ist. Die Wahrscheinlichkeit die besten Anpassungsparameter zu erhalten ist dann maximal, wenn die Summe der Fehlerquadrate (und damit die Kostenfunktion) minimal ist (Maximum Likelihood Prinzip). Abbildung 1 zeigt exemplarisch die regionalen Unterschiede der extremen Empfindlichkeiten der Schneetage gegenüber der _______________________________________________ V19 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Temperatur. Die alpinen Stationen zeigen extreme Empfindlichkeiten s0 zwischen -0.45 (tendenziell südlich des Alpenhauptkamms) und -0.20 gültig für den Winter (DJF). Abbildung 2: Die globale Anpassung der relativen Dauer der Schneebedeckung n aller alpinen Stationen ist gegen die Alpine Temperatur τ (eine Temperatur, die die unterschiedliche Stationslage in alle 3 Raumrichtungen berücksichtigt) dargestellt. Durch die Verbesserung des Modells ergibt sich gegenüber den früheren Auswertungen global eine etwas geringere extreme Empfindlichkeit von -0.33 (± 0.03) Grad pro Erwärmung (siehe Abbildung 2). Diese Abhängigkeit von der Klimaerwärmung ist bei tiefgelegenen Stationen („niemals Schnee“), ebenso wie bei hochgelegenen Bergstationen („immer Schnee“) vernachlässigbar. In mittleren Höhenlagen von ca. 700m ist diese Empfindlichkeit repräsentativ für den gesamten Alpenraum im Winter aber extrem (siehe Abbildung 3). In diesen Niveaus würde eine Erhöhung der mittleren Temperatur um 1 Grad die saisonale Dauer der Schneebedeckung im Winter um maximal 4 Wochen vermindern. Abbildung 3: Die Höhenabhängigkeit der Reduktion der Schneebedeckungsdauer. Literatur Beniston et al. (2003): Snow pack in the Swiss Alps under changing climatic conditions: an empirical approach for climate impact studies. Theor. Appl. Climatol., 74, 19-31. Hantel et al. (2000): Climate sensitivity of snow cover duration in Austria. Int. J. Climatol., 20, 615640. Wielke et al. (2004): Snow cover duration in Switzerland compared to Austria. Meteorol. Z., 13, 1317. _______________________________________________ V19 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Auswirkungen der gegenwärtigen Klimaänderung auf den Alpinismus Wolfgang Schöner1), Michael Behm2), Georg Raffeiner3) 1) Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Klimaabteilung, Wien 2) Institut für Geodäsie und Geophysik, Technische Universität Wien, Wien 3) Umweltdachverband, Wien Eine Vielzahl von wissenschaftlichen Studien belegt eine markante Temperaturzunahme in den Alpen, besonders seit den beginnenden 1980er Jahren. Auswirkungen der Klimaänderung auf den Alpinismus bzw. Alpintourismus (Bergsport und davon abhängige Berufe, Hütten- und Infrastrukturerhaltung im Gebirge) sind dabei jedoch kaum untersucht und zudem stark von der Region abhängig. In einem Projekt der Technischen Universität Wien, des Umweltdachverbandes und der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) wurden gemeinsam mit den wichtigsten alpinen Verbänden (OeAV, DAV, NFÖ, ÖTK), sowie mit Unterstützung des Nationalparks Hohe Tauern, mögliche Auswirkungen der Klimaänderung auf den Alpinismus näher untersucht und zusammenfassend dargestellt. Als Untersuchungsgebiet wurde – auf Grund der langjährig verfügbaren Daten des Sonnblick Observatoriums, der Lage im Nationalpark Hohe Tauern und der intensiven Nutzung als alpintouristisches Gebiet – die Glockner- und Goldberggruppe ausgewählt. Neben einer wissenschaftlichen Recherche und ergänzenden Untersuchungen wurde mittels einer Umfrage unter Hüttenpächtern und -wirten, Wegeerhaltern, Bergführern und Tourenwarten erhoben, ob sich die Klimaänderung im alpin-touristischen Umfeld bereits bemerkbar macht und wenn ja, in welchen Formen. Die Ergebnisse des Projektes werden präsentiert und mit entsprechenden Daten aus anderen Alpenregionen verglichen. Wie macht sich Ihrer Beobachtung nach die Klimaänderung im alpinen Raum bemerkbar? (Frage 3; n=102) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Veränderung der Schneefallgrenze Mehr Stürme Mehr Gewitter Mehr Extremereignisse Unsichere Wetterverhältnisse Verspäteter Sommerbeginn Verpäteter Winterbeginn Mehr Niederschlag/Sommer voll und ganz Mehr Niedersclag/Winter eher Trockenere Sommer teils/teils 0% Trockenere Winter eher nicht Allg. Erwärmung 10% überhaupt nicht _______________________________________________ V20 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Neues aus dem Eis der Alpengletscher zur Klimageschichte des letzten Milleniums David Bolius1*, Andreas Laube1, Theo Jenk1,2, Margit Schwikowski1, Heinz W. Gäggeler1,2, Michael Sigl1,2, Carlo Barbante3, Claude Boutron4 1 Paul Scherrer Institut, Schweiz 2 Universität Bern, Schweiz 3 Universität Venedig, Italien 4 Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement, Grenoble, France * Contact: [email protected], 0041 56 310 4395, http://lch.web.psi.ch/ Für die Rekonstruktion der europäischen Klimageschichte wurden als Archive bis jetzt hauptsächlich Baumringe, historische Daten und Seesedimente herangezogen. Gegenwärtig sind in der internationalen Fachliteratur keine Rekonstruktionen publiziert, die auf Isotopenanalysen von europäischen Eisbohrkernen basieren und entsprechend weit in die Vergangenheit zurückreichen. Von den über 5,000 in den Alpen erfassten Gletschern [Paul, et al., 2004], eignet sich nur ein winziger Bruchteil als Klimaarchiv. Die meisten haben ihr Nährgebiet auf einer Höhe von weniger als 4,000 Metern, womit im Sommer die Lufttemperaturen oft in den positiven Bereich kommen. Dann kommt es zum oberflächlichen Schmelzen der Schneeschichten und das entstehende Wasser durchdringt die unteren Schichten, bis es wieder gefriert. Dabei wird die im Schnee gespeicherte Signatur der Spurenstoffe und der stabilen Isotope im Wasser, die für die Interpretation herangezogen werden, beschädigt oder zerstört. Erst ab einer Höhe von ca. 4,000 m in den Nordalpen bzw. 4,300 m in den Südalpen sind die Gletscher- und Lufttemperaturen tief genug, sodass derartiges Schmelzen nur mehr ganz vereinzelt vorkommt [Suter, et al., 2001]. Weiterhin wird die Zahl der geeigneten Gletscher dadurch eingeschränkt, dass Orte mit zu schnellem Eisfluss (Steilgelände) oder hoher Akkumulation oft nur wenige Jahrzehnte an Klimageschichte speichern. Hier werden die Ergebnisse eines 80 Meter langen Eiskerns präsentiert, der im September 2003 am Colle Gnifetti (Monte Rosa, Schweiz) auf einer Höhe von 4450 m gebohrt wurde. Dieser Gletscher scheint aufgrund seiner geringen Akkumulationsrate (440 mm/Jahr) ein besonders vielversprechendes Archiv zu sein, das weit in die Vergangenheit zurückreicht. Aufgrund von glaziologischen Studien konnte ein Alter des Eises am Felsbett von mehr als 2,000 Jahren erwartet werden [Lüthi and Funk, 2000]. Damit ist der Colle Gnifetti vielleicht der einzige Ort in den Alpen, wo derart lange kontinuierliche Zeitreihen zugänglich sind. Die Datierung solcher Eiskerne stellt eine große Herausforderung dar und ist im Allgemeinen nur durch Kombination verschiedener Methoden zuverlässig möglich. In diesem Fall wurden das Abzählen von Jahresschichten, das Auffinden von Referenzhorizonten (Maximum der Atombombentests, 1963, belegte Saharastaubeinträge 1901, 1936 & 1977) und nukleare Datiermethoden eingesetzt. Insbesondere kam auch eine speziell für Eiskerne neu entwickelte Variante der Radiokarbonmethode, basierend auf der Analyse von im Eis abgelagerten Kohlenstoffpartikeln biogener Herkunft, zum Einsatz. Dadurch konnte eine kontinuierliche Datierung erreicht werden. Die tiefste und älteste Probe des Eiskerns lieferte ein Alter von mehr als 11,700 Jahren. Mittels Isotopen-Massenspektrometrie wurde das Verhältnis 18O/16O (auch δ18O) über die ganze Kernlänge bestimmt. Dieser Parameter spiegelt unter anderem die Kondensationstemperatur bei der Niederschlagsbildung wider und kann daher (unter gewissen Voraussetzungen) zur Temperaturrekonstruktion herangezogen werden. Dabei entsprechen höhere δ18O Werte höheren Temperaturen. Abbildung 1 zeigt den Verlauf für die Jahre 700-2003 A.D. Gezeigt werden die Rohdaten (grau) und eine geglättete Kurve (spline), die den Trend über viele Jahre darstellt. Der _____________________________________________ V21 _________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Bereich zwischen den Jahren 1976 und 1800 wurde bis jetzt nur in grober Auflösung gemessen, was die verringerte Amplitude in diesem Bereich erklärt. Abb.1 Verhältnis der beiden Sauerstoffisotope 18O/16O (δ18O) während der letzten 1,300 Jahre. Aus der Abbildung lässt sich ein steiler Temperaturanstieg im 20. Jhdt. erkennen, der sich insbesondere nach 1980 intensiviert. Zwischen 1450±50 und 1800±10 liegen die Werte auf vergleichsweise tiefem Niveau, dieser Zeitbereich entspricht der Kleinen Eiszeit, für die geringe Temperaturen und Gletschervorstösse in den Alpen historisch belegt sind. Die höchsten Isotopenwerte des Eiskerns treten um das Jahr 1100±100 auf, und zwar in Form der absolut höchsten Einzelmesswerte (-7.6‰), sowie als Maximalwert einer dreissigjährigen Periode (1081—1110 A.D., -11.8‰). Im Vergleich dazu lag der Mittelwert für 1976—2003 bei -13.1‰. Dies legt den Schluss nahe, dass dieser Teil der sogenannten Mittelalterlichen Warmzeit wärmer als das 20. Jahrhundert war. Als nächster Schritt in diesem Projekt steht die Fertigstellung der Analysen für jenen Bereich, der bis jetzt nur in grober Auflösung gemessen worden ist, an. Dies sollte die Kalibration des Isotopenthermometers (δ18O) ermöglichen, da in diesem Zeitbereich (1800—1976 A.D.) auch viele instrumentelle Daten zur Verfügung stehen. Die vorhandene Datierung soll durch das Auffinden von Vulkanhorizonten weiter erhärtet werden. Da dieser Eiskern auch ein ideales Archiv für Luftverschmutzung darstellt, soll außerdem der älteste Teil noch auf Spuren untersucht werden, die dem Römischen Imperium zugeschrieben werden können (z.B. Blei). Lüthi, M., and M. Funk (2000), Dating ice cores from a high Alpine glacier with a flow model for cold firn, Annals of Glaciology, 31, 69-79. Paul, F., et al. (2004), Rapid disintegration of Alpine glaciers observed with satellite data, Geophysical Research Letters, 31. Suter, S., et al. (2001), Cold firn and ice of high-altitude glaciers in the Alps: measurements and distribution modelling, Journal of Glaciology, 47, 85-96. _____________________________________________ V21 _________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Hat die Klimavariabilität im Alpenraum zugenommen? Eine Flash-Studie mit 200jährigen HISTALP-Daten Ingeborg Auer, Reinhard Böhm, Anita Jurkovic, Alexander Orlik, Helfried Scheifinger, Wolfgang Schöner, Markus Ungersböck Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), Wien In der aktuellen Klimadiskussion wird oft eine bereits stattfindende Zunahme der Klimavariabilität postuliert. Darunter werden nicht nur Extremereignisse wie Starkregen, Hagel, Muren, Sturm, etc. verstanden (die hier nicht behandelt werden, da sie Daten mit täglicher oder sub-täglicher zeitlicher Auflösung erfordern, für die im Alpenraum und auch anderswo noch an einer adäquaten Datenbasis gearbeitet wird), sondern auch Phänomene wie Hitzesommer (2003 z.B.), extreme Winter (2005/06?), Dürre, Überschwemmungen in größeren Flusssystemen u.ä. – alles Klimaphänomene, die sich auch oder ausschließlich in Klimadaten geringerer zeitlicher Auflösung (monatlich, jahreszeitlich, jährlich) manifestieren. Gerade die peniblen Ausreißer-Korrekturen, die an den HISTALP Datensätzen für Lufttemperatur, Niederschlag und Luftdruck angebracht worden sind (tausende Ausreißer erkannt und entfernt, die speziell bei Fragen über Extremwerte zu inakzeptablen Fehlern führen kann) machen diese Zeitreihen sehr brauchbar für derartige Fragestellungen. Ein zweiter Vorteil des HISTALP Datensatzes ist seine Länge, die statistisch abgesicherte Aussagen zulässt, (ein Manko von vielen Untersuchungen auf der Basis von zu kurzen Stichproben ist deren Insignifikanz im Hinblick auf das „Signal to Noise Ratio“). Es wird hier mit Hilfe eines Sub-Satzes der längsten HISTALP Zeitreihen die Variabilität und evt. vorhandene Trends der Klimavariabilität in den letzten 200 Jahren analysiert. Ein vielleicht überraschendes aber eindeutiges Ergebnis ist – allgemein formuliert – das Vorherrschen von keinen bis eher abnehmenden Trends der Schwankungsbreite des Klimas in Großraum Alpen vom 19. zum 20. Jahrhundert. Es werden die bis dato verwendeten Analysemethoden erläutert und auch erste regionale Erklärungsversuche für das Phänomen zur Diskussion gestellt. _______________________________________________ V22 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) The Global Observation Research Initiative in Alpine Environments (GLORIA): die weltweite Umsetzung eines Netzwerks zur ökologischen Klimafolgenforschung im Hochgebirge Vortragender: Harald PAULI Institution: Universität Wien, Department für Naturschutzbiologie, Vegetations- und Landschaftsökologie E-mail: [email protected] Tel.: +43-1-4277-54383 www: www.gloria.ac.at Themen: Hochgebirge, Vegetation, Biodiversität, ökologische Effekte der Klimaerwärmung, Monitoring Die alpine Vegetation ist kältedeterminiert. Dadurch könnten alpine Pflanzen besonders sensibel auf eine nachhaltige Klimaerwärmung reagieren (LESICA & STEELE 1996; MCCARTY 2001; THEURILLAT & GUISAN 2001; KÖRNER 2003). Die Biodiversität alpiner Lebensräume ist im Vergleich mit tieferen Lagen überdurchschnittlich hoch – in Europa haben etwa 20% aller Gefäßpflanzen ihren Schwerpunkt in Regionen oberhalb der Waldgrenze – ein Gebiet das kaum mehr als 3% des Kontinents umfasst (VÄRE et al. 2003). Zudem sind Hochgebirge weltweit verbreitet und sind damit besonders für großräumige Vergleiche klimainduzierter Biodiversitätsveränderungen geeignet. Zielsetzung des GLORIA-Netzwerk (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments; http://www.gloria.ac.at) ist die Erfassung klimainduzierter Biodiversitätsverluste und Veränderungen der Vegetationsmuster sowie die Entwicklung von Prognosemodellen. GLORIA wurde in den ausgehenden 1990er-Jahren am Department für Naturschutzbiologie, Vegetations- und Landschaftsökologie der Universität Wien in Hinblick auf zunehmende ökologische Signale des Klimawandels in alpinen Lebensräumen initiiert. Der Dringende Bedarf für ein Langzeit-Monitoring war und ist auch in internationalen Forschungsrichtlinien manifestiert (z.B., MESSERLI & IVES 1997; BECKER & BUGMANN 2001; KÖRNER & SPEHN 2002; PRICE & NEVILLE 2003; EEA 2004; PAULI et al. 2005). Die Testphase (1997-2000) zur Entwicklung einer standardisierten Erhebungsmethodik wurde von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen des nationalen IGBP-Budgets und vom BMBWK unterstützt. Die erste große Umsetzung erfolgte zwischen 2001 und 2003 mit dem Projekt GLORIA-Europe im 5. Rahmenprogramm der Europäischen Union. Darin wurden in 18 Europäischen Gebirgsregionen vom Mediterranraum bis zur Subarktis Beobachtungsgebiete (GLORIA Target Regions; TRs) eingerichtet. Jede TR besteht aus vier entlang eines Höhengradienten (von der Baumgrenze bis zur obersten Vegetationszone) angeordneten Gipfelzonen, die anhand eines standardisierten Protokolls eingerichtet werden (Multi-Summit Approach, PAULI et al. 2004; siehe www.gloria.ac.at). Gipfelzonen sind für ein vergleichendes Monitoring aus folgenden Gründen besonders geeignet: (1) alle Himmelsrichtungen sind innerhalb eines kleinen Areals repräsentiert; (2) geringe Überschattungseffekte; (3) typische höhenzonale Vegetation; (4) auch nach Jahrzehnten leichte wieder auffindbar; (5) potentielle Artenfallen im Zuge erwärmungsbedingter Migrationsprozesse. Zudem wurde auf Alpengipfeln mehrfach eine Zunahme der Artenzahl festgestellt, die auf ein klimainduziertes Höhersteigen der Artenverbreitung schließen lässt (GOTTFRIED et al. 1994; GRABHERR et al. 1994; PAULI et al. 2001; BAHN & KÖRNER 2003; WALTHER et al. 2005). Im Jahr 2005 bestand das Europäische GLORIA-Netzwerk aus 24 TRs. Außerhalb Europas sind derzeit 14 TRs aktiv (Tabelle 1). Anhand von drei Beispielen werden die Fortschritte der weltweiten Umsetzung des GLORIA-Netzwerkes dargestellt: (a) GLORIA-Gipfel in UNESCO-MAB Biosphärenreservaten in Südamerika und Zentralasien, eingerichtet in Kooperation mit der UNESCO (siehe GRABHERR et al. 2004, 2005), dem BMLFUW und der ÖAW; (b) der Aufbau des Nordamerikanischen Programms als Bestandteil des im Jahr 2003 entstanden Netzwerks CIRMOUNT zur Klimafolgenforschung in den Hochgebirgen Nordamerikas (siehe _______________________________________________ V23 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) www.fs.fed.us/psw/cirmount/wkgrps/ ) und (c) Strategien der Umsetzung in China in Zusammenarbeit mit Institutionen in Sichuan, Yunnan und dem Missouri Botanical Garden. Tabelle 1. Aktive GLORIA Target Regions (vollständig oder teilweise eingerichtet) TR code TR Name AT-HSW NE-Alps/Hochschwab (Austria) AT-SK Schrankogel (GLORIA Master site) AU-KNP Kosciuszko National Park (New South Wales, Australia) CH-SN1 Central Alps/Swiss National Park - calcareous (Switzerland) CH-SN2 Central Alps/Swiss National Park - siliceous (Switzerland) CH-VAL W-Alpes/Alps of Valais-Entremont (Switzerland) CL-ARA S-Andes/Araucarias BR/Conguilló National Park (Chile) CN-DXS Hengduan Shan/Da Xue Shan/Birong (Yunnan, China) CN-RZL Hengduan Shan/Ruizila M. P./Gonka/Deqin (Yunnan, China) DE-NPB N-Alps/National Park Berchtesgaden (Germany) ES-CPY Central Pyrenees/Ordesa (Spain) ES-SNE Sierra Nevada (Spain) FR-AME SW-Alps/Mercantour (France) FR-CRI Corsica/Monte Cinto (France) GE-CAK Central Caucasus/Kazbegi region (Georgia) GR-LEO Crete/Lefka Ori (Greece) IT-ADO S-Alps/Dolomites (Italy) IT-CAM Central Apennines/Majella (Italy) IT-MAV W-Alps/Mont Avic (Italy) IT-NAP Northern Apennines (Italy) IT-TEX Central Alps/Texelgruppe (Italy) NO-DOV S-Scandes/Dovrefjell (Norway) NZ-MTB Southland/Fiordland National Park/Mt. Burns (New Zealand) NZ-PIS Otago/Pisa Range (New Zealand) PE-HUA Tropical Andes/Huascarán BR and National Park (Peru) PE-SIB Tropical Andes/Cordillera Vilcanota (Peru) RO-CRO E-Carpathians/Rodna Mts. (Romania) RU-AKA Atai/Katunskiy Biosphere Reserve (Rep. Altai, Russia) RU-NUR North Urals (Russia) RU-PUR Polar Urals (Russia) RU-SUR South Urals (Russia) SE-LAT N-Scandes/Latnjajaure (Sweden) SK-CTA W-Carpathians/High Tatra (Slovakia) UK-CAI Cairngorms (Scotland, UK) US-GNP Rocky Mountains/Glacier National Park (Montana, USA) US-NCS North Cascades National Park (Washington, USA) US-SND Sierra Nevada/Dunderberg (California, USA) US-WDS White Inyo Mountains - calcareous (California, USA) US-WIM White Inyo Mountains - siliceous (California, USA) 1) in der nahen Umgebung eines Biosphärenreservats Jahr der Einrichtung 2001 1994 2004 2002 2002 2001 2005 2005 2005 2004 2001 2001 2001 2001 2001 2001 2001 2001 2002 2001 2003 2001 2002 2003 2005 2002 2001 2005 2003 2001 2001 2001 2001 2001 2003 2005 2004 2005 2004 UNESCO Biosphere Reserve or World Heritage Site BR Kosciuszko BR Parc Suisse BR Parc Suisse BR Araucarias WHS BR Berchtesgaden Alps BR Ordesa-Viñamala BR Sierra Nevada BR Gorge of Samaria1) WHS BR Huascarán; WHS BR Pietrosul Mare BR Katunskiy; WHS BR Lake Torne Area1) BR Tatra BR Glacier WHS Verwendete Literatur Bahn M, Körner C (2003) Recent increases in summit flora caused by warming in the Alps. In: Nagy L, Grabherr G, Körner C, Thompson DBA (eds) Alpine Biodiversity in Europe - A Europe-wide Assessment of Biological Richness and Change. Ecological studies 167, Springer, Berlin, pp 437-441 Becker A, Bugmann H (2001) Global Change and Mountain Regions. The Mountain Research Initiative. IGBP Report 49, Stockholm _______________________________________________ V23 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) EEA (2004) Impacts of Europe's changing climate - an indicator-based assessment. EEA (European Environment Agency) OPOCE (Office for Official Publications of the European Communities) Gottfried M, Pauli H, Grabherr G (1994) Die Alpen im "Treibhaus": Nachweise für das erwärmungsbedingte Höhersteigen der alpinen und nivalen Vegetation. Jahrbuch des Vereins zum Schutz der Bergwelt, München 59:13-27 Grabherr G et al. (2005) Long-term environmental observations in mountain biosphere reserves: recommendations from the EU GLOCHAMORE project. Mountain Research and Development 25:376-382 Grabherr G, Gottfried M, Pauli H (1994) Climate Effects on Mountain Plants. Nature 369:448-448 Grabherr G, Pauli H, Hohenwallner D, Gottfried M, Klettner C, Reiter K (2004) GLORIA (the Global Observation Research Initiative in Alpine Environments): alpine vegetation and climate change. In: Lee C, Schaaf T (eds) Global change research in Mountain Biosphere Reserves - proceedings of the International Launching Workshop, Entlebuch Biosphere Reserve, Switzerland, 10-13 Novemer 2003. The United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization., Paris, pp 109-114 Körner C (2003) Alpine plant life: functional plant ecology of high mountain ecosystems, 2nd edition. Springer Verlag, Berlin Körner C, Spehn EM (2002) Mountain biodiversity: a global assessment. Parthenon Publishing, London, New York Lesica P, Steele BM (1996) A method for monitoring long-term population trends: An example using rare arctic-alpine plants. Ecological Applications 6:879-887 McCarty JP (2001) Ecological consequences of recent climate change. Conservation Biology 15:320-331 Messerli B, Ives JD (1997) Mountains of the World. The Parthenon Publishing Group, New York Pauli H, Gottfried M, Grabherr G (2001) High summits of the Alps in a changing climate. The oldest observation series on high mountain plant diversity in Europe. In: Walther G-R, Burga CA, Edwards PJ (eds) "Fingerprints of Climate Change" - Adapted Behaviour and Shifting Species Ranges. Kluwer Academic Publisher, New York, pp 139-149 Pauli H, Gottfried M, Hohenwallner D, Reiter K, Casale R, Grabherr G (2004) The GLORIA Field Manual - Multi-Summit approach. European Commission DG Research, EUR 21213, Office for Official Publications of the European Communities., Luxembourg Pauli H, Gottfried M, Hohenwallner D, Reiter K, Grabherr G (2005) Ecological climate impact research in high mountain environments: GLORIA (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments) - its roots, its purpose and the long-term perspectives. In: Huber U, Bugmann H, Reasoner M (eds) Global change in mountain regions: an overview of current knowledge. Springer, Dordrecht, pp 383-391 Price MF, Neville GR (2003) Designing strategies to increase the resiliance of alpine/montane systems to climate change. In: Hansen L, Biringer J, Hoffmann J (eds) Buying time: a user's manual for building resistance and resiliance to climate change in natural systems. WWF International, Gland, pp 73-94 Theurillat JP, Guisan A (2001) Potential impact of climate change on vegetation in the European Alps: A review. Climatic Change 50:77-109 Väre H, Lampinen R, Humphries C, Williams P (2003) Taxonomic diversity of vascular plants in the European alpine areas. In: Nagy L, Grabherr, G., Körner, C., & Thompson, D.B.A. (ed) Alpine Biodiversity in Europe - A Europe-wide Assessment of Biological Richness and Change. Springer, pp 133-148 Walther G-R, Beißner S, Burga CA (2005) Trends in upward shift of alpine plants. Journal of Vegetation Science 16:541-548 _______________________________________________ V23 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Ökologische Klimawandeleffekte in den Tiroler Zentralalpen: 10 Jahre Forschung am Schrankogel, Stubaier Alpen Vortragender: Michael GOTTFRIED Institution: Universität Wien, Department für Naturschutzbiologie, Vegetations- und Landschaftsökologie E-mail: [email protected] Tel.: +43-1-4277-54383 www: www.gloria.ac.at Themen: Hochgebirge, Vegetation, Biodiversität, ökologische Effekte der Klimaerwärmung, Monitoring In Reaktion auf Nachweise einer Zunahme der Artenzahl auf hohen Alpengipfeln (GOTTFRIED et al. 1994; GRABHERR et al. 1994) wurden im Sommer 1994 Dauerbeobachtungsflächen am Schrankogel (Stubaier Alpen, Tirol) eingerichtet. Die Flächen sind in Transekten angeordnet und liegen am Übergangsbereich von der alpinen Rasenstufe zur offenen subnivalen und nivalen Fels- und Schuttflur (alpin-nivaler Ökoton) in Höhenlagen zwischen 2900 und 3450m (PAULI et al. 1999). Zudem wurde ein Höhenmodel mit 1m-Auflösung erstellt (GOTTFRIED et al. 1998) und seit 1997 wird die Temperatur 1-3 cm über der Bodenoberfläche an 32 Positionen gemessen (GOTTFRIED et al. 2002). Zielsetzung war einerseits die Entwicklung von räumlich expliziten Modellen der gegenwärtigen und künftigen Verbreitung der Pflanzenarten (GOTTFRIED et al. 1998; GOTTFRIED et al. 1999) und, langfristig, die direkte Erfassung von klimawandelbedingten Vegetationsveränderungen am alpinnivalen Ökoton eines typischen Bergs der Zentralalpen. Das Dauerbeobachtungs-Setting am Schrankogel ist mit etwa 1100 1x1-Dauerflächen in Europa und wahrscheinlich weltweit eines der umfangreichsten für die Vegetation der oberen Alpin- und Nivalzone. Die Forschungsarbeit am Schrankogel war und ist darüber hinaus eine wichtige Grundlage für die Methodik und Analyse des GLORIA ‘Multi-Summit Approach’ (PAULI et al. 2004), der gegenwärtig weltweit zur Anwendung kommt. Im Jahr 2004 fand die erste umfassende Wiederholungsuntersuchung mit einer repräsentativen Auswahl von 374 Flächen und den folgenden Fragestellungen statt: (1) hat die Artenzahl pro Fläche zu- oder abgenommen?, (2) ist eine mögliche Zunahme der Artenzahl auf eine Einwanderung von Arten tieferer Lagen oder durch auf eine Verdichtung bereits am Ökoton vorhandener Arten zurückzuführen?, (3) hat sich die prozentuelle Deckung der Arten verändert?, (4) wodurch kann eine mögliche Deckungsveränderung der Arten erklärt werden? Die beobachtete Veränderung der Artenzahl war weitgehend konsistent mit den Beobachtungen auf Alpengipfeln (GRABHERR et al. 2001; WALTHER et al. 2005), zeigte aber deutliche Unterschiede in verschiedenen Vegetationstypen. Die Veränderung der Deckungswerte einzelner Arten war abhängig von der Höhenverbreitung der Arten. Pflanzen der alpinen Rasen und alpine Pionier-Arten sind am alpin-nivalen Ökoton nahe der Obergrenze ihrer Verbreitung (z.B., Carex curvula, Oreochloa disticha, Silene excapa), während typische subnivale und nivale Arten (z.B., Androsace alpina, Poa laxa, Ranunculus glacialis) oberhalb der Rasenstufe ihre Hauptverbreitung haben. Der alpin-nivale Ökoton liegt im Randbereich der Verbreitung dieser Arten, die sowohl an den überwiegend kältelimitierten Obergrenzen als auch an den wärme- oder konkuzzenzlimiterten Untergrenzen, sensibel auf Änderungen der Umweltbedingen reagieren (NEKOLA 1999; HAMPE & PETIT 2005). Verwendete Literatur Gottfried M, Pauli H, Grabherr G (1994) Die Alpen im "Treibhaus": Nachweise für das erwärmungsbedingte Höhersteigen der alpinen und nivalen Vegetation. Jahrbuch des Vereins zum Schutz der Bergwelt, München 59:13-27 _______________________________________________ V24 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Gottfried M, Pauli H, Grabherr G (1998) Prediction of vegetation patterns at the limits of plant life: a new view of the alpinenival ecotone. Arctic and Alpine Research 30:207-221 Gottfried M, Pauli H, Reiter K, Grabherr G (1999) A fine-scaled predictive model for changes in species distribution patterns of high mountain plants induced by climate warming. Diversity and Distributions 5:241-251 Gottfried M, Pauli H, Reiter K, Grabherr G (2002) Potential effects of climate change on alpine and nival plants in the Alps. In: Körner C, Spehn EM (eds) Mountain Biodiversity - A Global Assessment. Parthenon Publishing, London, New York, pp 213-223 Grabherr G, Gottfried M, Pauli H (1994) Climate Effects on Mountain Plants. Nature 369:448-448 Grabherr G, Gottfried M, Pauli H (2001) Long-term monitoring of mountain peaks in the Alps. In: Burga CA, & Kratochwil, A. (ed) Biomonitoring: General and Applied Aspects on Regional and Global Scales., vol 35. Tasks for Vegetation Science, Kluwer, Dordrecht, pp 153-177 Hampe A, Petit RJ (2005) Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology Letters 8:461-467 Nekola JC (1999) Paleorefugia and neorefugia: The influence of colonization history on community pattern and process. Ecology 80:2459-2473 Pauli H, Gottfried M, Grabherr G (1999) Vascular plant distribution patterns at the low-temperature limits of plant life - the alpine-nival ecotone of Mount Schrankogel (Tyrol, Austria). Phytocoenologia 29:297-325 Pauli H, Gottfried M, Hohenwallner D, Reiter K, Casale R, Grabherr G (2004) The GLORIA Field Manual - Multi-Summit approach. European Commission DG Research, EUR 21213, Office for Official Publications of the European Communities., Luxembourg Walther G-R, Beißner S, Burga CA (2005) Trends in upward shift of alpine plants. Journal of Vegetation Science 16:541-548 _______________________________________________ V24 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Globalstrahlungstrend im Großraum Wien Herbert Formayer Bei einem Vergleich dreier Verdunstungsformeln mit Daten der Station Wien Hohe Warte zeigten Verdunstungsformeln die auch die Globalstrahlung verwenden einen deutlich stärkeren Trend als Formeln ohne Globalstrahlung. Betrachtet man die 30 jährigen Mittel der potenziellen Evapotranspiration, so ergibt sich zwar bei allen drei Reihen ein nahezu linearer Trend (siehe Abbildung 1), jedoch beträgt die Verdunstungszunahme bei den Formeln mit Globalstrahlung rund 25 mm pro Dekade, bei der Formel ohne Globalstrahlung jedoch nur rund 7 mm pro Dekade. Dies deutet darauf hin, dass nicht nur die Temperatur in den letzten Dekaden einen deutlichen Trend im Raume Wien aufweist, sondern auch die Globalstrahlung. Gleitende 30 jährige Mittel der Jahressumme der PET in Wien Hohe Warte für den Zeitraum 1960 bis 2004 850 PET [mm] 800 FAO-PM Turc 30 Haude 30 Linear (FAO-PM) Linear (Turc 30) Linear (Haude 30) y = 2,55x + 757,5 2 R = 0,98 y = 0.7634x + 742.06 2 R = 0.69 750 700 y = 2,89x + 646 2 R = 0,98 650 600 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 Mitte der 30 Jahr Periode Abbildung 1: Gleitende 30jährige Mittel der potenziellen Evapotranspiration berechnet mit drei verschiedenen Verdunstungsformeln auf Tagesbasis für Wien Hohe Warte. Untersucht man die Jahressummen der Globalstrahlung für Wien Hohe Warte so scheinen diese seit Ende der 80er Jahre deutlich höher als in den Dekaden davor. Für die 30 jährigen Mittel ergibt sich eine Zunahme von rund 95 MJ/m² und Dekade (siehe Abbildung 2). Leider gibt es keine homogenisierten Zeitreihen für die Globalstrahlung, daher könnten in dieser Auswertung auch Inhomogenitäten enthalten sein, die den Trend verzerren könnten. Ein Vergleich mit der homogenisierten Zeitreihe der Sonnenscheindauer brachte jedoch einige interessante Ergebnisse. In Abbildung 3 sind die 30 jährigen Mittel der Sonnenscheindauer und der Globalstrahlung dargestellt. Hierbei gibt es für die Sonnenscheindauer 2 homogenisierte Zeitreihen, einmal gemessen mit Campbell-Stokes (Reihe Homogen rot) und einmal mit Häni-Solar (Reihe Hom_neu dunkelblau). Beide Reihen verlaufen zwar parallel, jedoch haben sie einen deutlich unterschiedlichen Wertebereich mit mehr als 150 Stunden Unterschied. Beide homogenisierten _______________________________________________ V25 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Zeitreihen zeigen für die Zeit nach 1950 eine leichte Zunahme der Sonnenscheindauer von etwa 15 h pro Dekade, wobei jedoch in der Zeit von 1920 bis 1950 deutlich höhere Sonnenscheindauern beobachtet wurden als in den letzten Dekaden. Interessant ist der Kurvenverlauf der nichthomogenisierten Sonnenscheindauer (Datenbank mon2 der ZAMG). Diese Kurve verläuft bis etwa 1960 parallel mit der Häni-Kurve jedoch um etwa 50 Stunden versetzt. Ab 1960 werden die Werte der nichthomogenisierten Reihe immer niedriger und sind gegen Ende der Zeitreihe um rund 50 Stunden niedriger als die Häni-Kurve. Durch den Vergleich der Globalstrahlung mit der Sonnenscheindauer konnte keine eindeutige Bestätigung für den gemessenen Globalstrahlungstrend gefunden werden. Er zeigt eher auf, wie problematisch die Verwendung der Sonnenscheindauer ist. Diese kann nur dann verwendet werden, wenn man genaue Informationen über das Meßsystem hat. Generell wäre es wünschenswert, wenn es auch homogenisierte Zeitreihen der Globalstrahlung geben würde. Jahressumme der Globalstrahlung und 30 jährige Mittel für Wien Hohe Warte 4900 Globalstrahlung [MJ/m²]] 4700 4500 4300 30 jährige Mittel Globalstrahlung 4100 3900 3700 05 03 20 01 20 99 20 19 95 97 19 93 19 91 19 89 19 87 19 85 19 19 81 83 19 79 19 77 19 75 19 73 19 71 19 69 19 19 65 67 19 63 19 61 19 59 19 57 19 55 19 19 51 19 19 53 3500 Abbildung 2: Jahressumme der Globalstrahlung für Wien Hohe Warte. _______________________________________________ V25 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) 30 jährige Mittel der Globalstrahlung und der Sonnenscheindauer für Wien Hohe Warte 1950 4150 4100 4050 4000 1900 3950 1850 3900 1800 3850 1750 3800 1700 3750 19 15 19 18 19 21 19 24 19 27 19 30 19 33 19 36 19 39 19 42 19 45 19 48 19 51 19 54 19 57 19 60 19 63 19 66 19 69 19 72 19 75 19 78 19 81 19 84 19 87 19 90 Sonnenscheindauer [h] 2000 Homogen Datenbank Hom_neu Stahlung Abbildung 3: 30 jährige Mittel der Sonnenscheindauer und der Globalstrahlung für Wien Hohe Warte. Danksagung: Der Autor bedankt sich bei Dr. Reinhard Böhm für die Zusendung der homogenisierten Zeitreihen und für die hilfreiche Diskussion. _______________________________________________ V25 ___________________________________________________________ Globalstrahlung [MJ/m²] 2050 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Lokale Bedingungen und Probleme beim Einschlagen eines Pfades der Nachhaltigkeit am Beispiel der Gemeinde Kautzen (NÖ) – Fallstudie Josef Baum Hintergrund: Aufhellung der sozialökologischen Faktoren, warum real nur beschränkte Maßnahmen gegen den Klimawandel unternommen werden Fragestellung positiv: Benennung der sozialökologischen Faktoren, die auf einen Pfad der nachhaltigen Entwicklung führen The Development of Local Sustainability in the Rural Region Kautzen, Lower Austria – Driving Forces and Conditions of Success at the Choice for Sustainable Development – Case Study Abstract Since the 80-ies the peripheral rural municipality of Kautzen in the north is Lower Austria has been one of those few Austrian pioneers which has undertaken concrete steps in the direction of a local sustainability. According to elements of theories of modernization, innovation, and regulation typical take off-factors for a sustainable development are analysed for this Austrian municipality of Kautzen, to find generalizations for constellations for a sustainability path. In principle, Kautzen was successful in the region at renewable resources and the obtainment of additional agricultural incomes. Local value added could replace imported not renewable energy. The economic goals weren't accomplished altogether roughly on the scale which would have led to an effective stabilization, though. The calculated CO2 reduction by 23% in the warmth area in Kautzen is due about two thirds to insulation and energy-saving measures. From this the outstanding meaning of services, communication and advice is seen in this process. Capital intensive public investment is not necessary und all circumstances Elements of the innovation cycle: • stakeholders for changes (farmers and local providers) • general innovation readiness, tolerance • impulses of on the outside (village renewal) • cooperation of protagonists of inside conventional institutions and outsiders Successes: • steps for a municipal climate and energy policy -- Kyoto goal accomplished • obtainment of additional agricultural incomes in the region • diffusion - demonstration effect • democratization and activation: However, successes going through 10 years reduced the consciousness on the possible failure of projects. The question arises: How to hedge the risks for pioneer projects? Kautzen has acted ecologically exemplarily at renewable energies. But Kautzen had no favorable performance along usual regional indicators of (economic) development. Are the _______________________________________________ V26 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) usual indicators essential? Anyway Kautzen in the last years definitely stopped also on the path to sustainability. Going on a sustainability path is connected to many problems, in a way that general development indicators can deteriorate for a certain time. Dazu liegt ein Buch vor – Text auf Die Entwicklung lokaler Nachhaltigkeit am Beispiel der Region Kautzen (1658 KB) &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& Forschungsaspirationen Josef Baum Im folgenden eine Stichwortzusammenfassung; Langfassung siehe unten Internetadresse Für folgende Themen und Fragestellungen liegen bisherige Arbeiten, Vorarbeiten oder andere Voraussetzungen vor: I. Ballungs- und Verdichtungsprozesse: Konzentration und Dezentration Industrieökonomie: Firmenkonzentration/Marktkonzentration Raumwissenschaft: Räumliche Divergenz- und Konzentrationsprozesse Gemeinsamkeiten in Konzentrationsprozessen in unterschiedlichen Disziplinen: Sinnvolle „Referenzverteilungen“ für Konzentrationsmaße? Gilt das „Zipfsche Gesetz“? Relevanz von Entropie (Verbindung zu Ökologie). II. Raumwissenschaft allgmein: Regionalökonomie und –politik III. Ökonomie IV. Ökologische Ökonomie: Arbeit an allgemeiner Theorie der Nachhaltigkeit: Nachhaltige Entwicklung = In Raum und Zeit „ausgewogene“ „nichtkonzentrierte“ Entwicklung Gesellschaftliche Entwicklung als 5 miteinander verbundene Ebenen von Interaktions- und Austauschprozessen: Wechselwirkungen der Ebenen, Reziprozität Information Energie Masse - Materie Arbeit –Arbeitszeit - Wert Wert – Wertschöpfung- Kapital Verbindungen über Entropie, Masseerhaltung und Energie als Fähigkeit Arbeit zu leisten. Energie als zentrale Frage der Nachhaltigkeit. Energieökonomie. Nachhaltigkeit - Schlüsselindikatoren, ökonomisch-ökologische Wohlfahrtsmaße. Lokale/Regionale Fallstudien Siehe abstract sowie Buch 2004 Kautzen – Fallstudie Nachhaltige regionale Entwicklungskonzepte, Schlüsselbereiche für das Einschlagen des Pfades einer nachhaltigen Entwicklung Im Herbst Einreichung bei Provision: Nachhaltige Entwicklung Wienerwald Analyse und Konzept für eine sozialökologische Entwicklung im Biosphärenpark Wienerwald. Das Besondere daran, dass hier eine relative wohlhabende Umgebungsregion einer Großstadt betrachtet _______________________________________________ V26 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) wird – üblicherweise sind eher periphere Regionen, wo sonst wenig Optionen übrigbleiben, Kandidaten für den weg der nachhaltigen Entwicklung Klimapolitik, Hochwasseranalysen, Katastrophenvorsorge (Risiko) Pilotstudie Hochwasser NÖ 1997 (damals wurde die Klimarelevanz dieser Ereignisse offiziell noch in frage gestellt): Hochwasserereignisse 1997 in NÖ (231 KB) Dazu auch: War das Hochwasser 2002 hoch genug? (31 KB) Anthropologische Aspekte der Nachhaltigkeit: Risikowahrnehmung und Handeln Gemeinsamkeiten: Risiko – Stochastik – Unsicherheit als Funktion von Zeit - Emergenz Risiko - ökologische Entwicklung, Risiko – Profit Kurzfristige versus langfristige Interessen bei Individuen und Systemen Forschungsaspirationen Josef Baum, Langfassung siehe: Research aspirations + c v + list of literature CV • • • • • • • 1978 Abschluss des Studiums der Volkswirtschaft an der Universität Wien (Mag. rer. soc. oec.), 1979-1981 Scholar am Institut für Höhere Studien in Wien - Abteilung Ökonomie, Wissenschaftlicher Mitarbeiter STUDIA Laxenburg 1983- 1989 (freiberufliche) Tätigkeiten in Wirtschafts- und Sozialforschung, Publizistik und Politikberatung 1990- 1996 Fachreferent am Österreichischen Institut für Raumplanung Scherpunkt Regionalökonomie ab 1996 freiberuflich in den Bereichen Regional-, Wirtschafts- und Umweltforschung 2004: Dr. rer. soc. oec - Universität Wien Weitere Beispiele für Arbeiten • Grafik: Quellen Wohlstand (45 KB) Weltsystemtheorie als Analyserahmen zur Darstellung des Raubbaus an der Zukunft aufbauend auf Akkumulation via Ausplünderung überseeischer Länder • Sozialökologische Perspektive (68 KB) Inbesondere zu Gerechtigkeitsnormen über die Zeit • Zukunftsfähig wirtschaften - Kärnten (471 KB) Sozialökologisches Nachhaltigkeitskonzept für kärnten Josef Baum Economic Regional Ecological Research Kaiser Josef-Straße 57/34, A-3002 Purkersdorf Austria +43 2231 64759 +43 664 1142298 [email protected] http://www.purkersdorf-online.at/lib/arbeiten/index.php _______________________________________________ V26 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Monitoringsystem für die Maßnahmen im NÖ-Klimaprogramm A. Windsperger, H. Schmidt-Stejskal, Institut für Industrielle Ökologie, 3100 St. Pölten Tel: 02742 9005-15162, e-mail: [email protected] Auftraggeber: NÖ Landesregierung Für die Wahrnehmung durch die Politik ist ein Konnex zwischen den vorgesehenen und gesetzten Maßnahmen im NÖ Klimaprogramm und der Emissionsentwicklung notwendig. Nur dann kann die Relevanz und die Wirksamkeit der Maßnahmen auf die Werte der Emissionsinventur erkannt werden. Das Land NÖ startete gleichzeitig mit der Umsetzung des NÖ Klimaprogramms im Frühjahr 2005 auch mit den Arbeiten für den Aufbau eines Monitoringsystems. Die Erarbeitung des Systems erfolgte in intensiver Zusammenarbeit mit den zuständigen Landesabteilungen und sichert somit eine breite Akzeptanz, da die an der Umsetzung beteiligten Abteilungen von Beginn an der Erstellung des Monitoringsystems beteiligt waren. Gemeinsam mit den Fachabteilungen wurden Indikatoren nach deren Praktikabilität und Datenverfügbarkeit ausgewählt, die zur Darstellung der Entwicklungen bei der Umsetzung der Maßnahmen im NÖ Klimaprogramm geeignet sind. Mit dem erarbeiteten Monitoringsystem soll die Umsetzung des Klimaprogramms evaluiert und die absehbaren Wirkungen der Maßnahmen auf ihre Sichtbarkeit in den Emissionsinventuren (BLI) hin geprüft werden. Dabei sollen die Trends der Inventur in Verbindung zum Klimaprogramm gebracht werden können. Dieser Konnex der Maßnahmen zu den nach außen sichtbaren Effekten erscheint uns als ein wesentlicher Faktor für das Vertrauen der Politik in Umweltprogramme. Das Monitoringsystem weist folgende Elemente auf: • • • • • Art der Maßnahme: Form des Tätigwerdens des Land Niederösterreichs Umsetzungsmonitoring: Stand des Ausmaßes der Umsetzung sowie Erhebung von Förderfaktoren und Umsetzungshemnissen Erstellung von Ursachenketten: Aktivitäten und Emissionsfaktoren in der Emissionsberechnung Wirkungsmonitoring: Zuordnung der Maßnahmen zu Faktoren in der Ursachenkette Handlungsstufe der Emissionswirksamkeit: Ermittlung des zeitlichen Wirkungshorizonts bis zur Emissionswirsamkeit abhängig von der Handlungsstufe Die Art der Maßnahme gibt Auskunft darüber, in welcher Form das Land Niederösterreich aktiv wird. Für das Land Niederösterreich gibt es folgende Möglichkeiten Klimaschutzaktivitäten zu setzen: per Gesetz oder Verordnung (zB BautechnikGz, Bauordnung), durch Einsatz finanzieller Mittel im Rahmen von Förderungen (zB Wohnbauförderung), durch Weitergabe von Informationen (zB Bewusstseinsbildende Maßnahmen zur Vermittlung der Bedeutung des FußgängerInnenverkehrs bzw. Radverkehrs), mit Bildungs- und Schulungsprogrammen (zB Aus- und Weiterbildungsaktivitäten der Landesakademie, ÖKOLOG NÖ Bildungsoffensive) sowie durch Koordinations- bzw. Organisationstätigkeiten im Rahmen von Projekten und Initiativen (zB Schaffung einer Koordinatorin für klimaorientierte Beschaffung bzw. Schaffung eines Klimaschutz-Energieberatungsnetzwerkes). Beim Umsetzungsmonitoring wird der Grad der Realisierung einer Maßnahme angegeben. Das Ausmaß der Umsetzung wird durch die im Rahmen dieses Projektes ausgewählten „Maßnahmenindikatoren“ dokumentiert. Maßnahmenindikatoren geben z.B. Auskunft über die Anzahl der Betriebe die am Ökomanagementsystem teilnehmen, die Anzahl der erstellten ___________________________________________ V27 _______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Energiekonzepte, die Höhe der kumulierten Förderungen in der Wohnhaussanierung bzw. die Anzahl der Gemeinden mit Energiebuchhaltung. Im Falle fehlender Umsetzung werden die vorliegenden Hemmnisse dokumentiert. Die Ursachenketten bestehen aus einzelnen Ursachenfaktoren, die als ein Teil der Indikatoren vorgesehen sind. Sie werden unter Berücksichtigung der in BLI enthaltenen Aktivitäten erstellt und geben Auskunft über die Einflussfaktoren auf die Emission der jeweiligen Sektoren. Nachfolgend ist eine derartige Ursachenkette am Beispiel Raumwärme dargestellt. Raumwärme = Altbau (san.+ unsaniert) + Neubau + öff.Gebäude CO2(R) = [Heizwärmebedarf * Wohnfläche * E-Faktor ] Altbau + [Heizwärmebedarf * Wohnfläche * E-Faktor ] saniert + [Heizwärmebedarf * Wohnfläche * E-Faktor ] Neubau+ [Heizwärmebedarf * Wohnfläche * E-Faktor ] öff. Gebäude Die Ursachenkette Raumwärme setzt sich aus den Bereichen Altbau, Neubau und öffentliche Gebäude zusammen, wobei beim Altbau noch zwischen dem sanierten und nicht sanierten Bestand unterschieden wird. Die Emissionen werden durch den Heizwärmebedarf, die vorhandene Wohnfläche und den bereichspezifischen Emissionsfaktoren bestimmt. Im Rahmen des Wirkungsmonitorings werden die Maßnahmen des NÖ Klimaprogramms zu Faktoren in der Ursachenkette zugeordnet. Mit Ursachen sind die Faktoren einer Ursachenkette gemeint, die einer Emission zugrunde liegen. „Ursachenindikatoren“ setzen am Effekt von Maßnahmen an. Sie beschreiben die Veränderung in der Ursachenkette und geben Auskunft über die Wirkung von Maßnahmen. Damit wird es möglich, die hinter den Ursachenfaktoren stehenden Maßnahmen darzustellen und deren Realisierung im Konnex zur Entwicklung der Ursachenindikatoren zu interpretieren. Der zeitliche Wirkungshorizont bis zur Emissionswirksamkeit hängt von der Handlungsstufe der Maßnahme ab. Bis eine Maßnahme auch in den Emissionsbilanzen wirksam wird, durchläuft diese meist mehrere Stufen. Nach einer Prüfungsphase (zB Prüfung siedlungsstruktureller Maßnahmen bzw. Prüfung regionaler Abwärmepotenziale) und einer Konzeptphase (zB Erstellung von Mobilitätskonzepten bzw Evaluierung der Genehmigungspraxis bei Ökostromanlagen) folgt meist eine konkretere Planungsphase (zB Ausbau von Bike+Ride Stellplätzen bzw Planung von Neubauten von Landesgebäuden in Niedrigenergiebzw. Passivhausqualität). Natürlich ergibt sich auch die Möglichkeit, dass kein weiterer Handlungsbedarf besteht, da die Maßnahme bereits emissionswirksam (zB Kesseltauschförderung bzw. Solar- und Wärmepumpenförderung) ist. Die Ergebnisse werden nach der Bearbeitungsstruktur des NÖ-Klimaprogramms zusammengefasst. Für jeden Bereich sind eine Erhebung des Umsetzungsstandes (nicht begonnen, begonnen und umgesetzt) und eine Darstellung des Status hinsichtlich der Art bzw. der Handlungsstufe der Maßnahmen vorgesehen. Weiters werden die Entwicklungen der Maßnahmen- bzw. Ursachenindikatoren den sektoralen Trends der BLI gegenübergestellt. Damit kann eine Verbindung zwischen den Maßnahmen im NÖ Klimaprogramm und der Emisisonsinventur geschaffen werden. ___________________________________________ V27 _______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Treibhausgasbilanzen, CDM Methodiken und IPCC Aktivitäten im Bereich Land- und Forstwirtschaft Bernhard Schlamadinger, JOANNEUM RESEARCH, Graz [email protected] Dieser Vortrag beschäftigt sich mit den Bereich der Land- und Forstwirtschaft im Kontext der neuesten IPCC Arbeiten zu Treibhausgasinventuren (2003 IPCC Good Practice Guidance und 2006 IPCC Guidelines), sowie den anstehenden Entscheidungen zu Kyoto Protokoll Artikel 3.3 und 3.4 (Afforestation, Reforestation, Deforestation, Forest Management). Darüberhinaus wird der Status Quo im Clean Development Mechanism (CDM) in diesem Bereich dargestellt. Bisher wurde vom CDM Executive Board eine Baseline und Monitoring Methodik für CDM Aufforstungsprojekte genehmigt: "Reforestation of Degraded Land" (ARAM0001, http://cdm.unfccc.int/methodologies/ARmethodologies/approved_ar.html). Diese Methodik ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit von Joanneum Research mit der Chinesischen Akademie für Forstwirtschaft. Die Projektvalidierung ist im Gang, die offizielle Registrierung als CDM Projekt wird innerhalb von 2 Monaten erwartet, und der offizielle Projektstart und Beginn der Aufforstungen in der Provinz Guangxi ist im April 2006. Das Projek wird bis 2017 etwa 600 000 Tonnen CO2 in der Form von Kohlenstoff speichern. _______________________________________________ V28 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Observed Global Climate Ein Klimahandbuch in der Reihe LANDOLT-BÖRNSTEIN1 Michael Hantel2, Leopold Haimberger2, Markus Kottek3 und Franz Rubel3 1 Übersicht Eine ständige Aufgabe quantitativer Klimabeschreibung ist die Diagnose der Haushalte der verschiedenen Klimagrößen. Diese werden heute nicht nur für die Atmosphäre betrachtet, sondern auch für das Weltmeer, die Kryosphäre, die Landoberflächen, die unterirdischen Wasservorkommen und die Vegetation. Das Haushaltskonzept hat sich dabei bewährt, über die klassischen Haushalte von Energie, Wasser und Impuls bis hin zur Erfassung der chemischen Haushalte im Klimasystem, einschließlich des Kohlenstoffs, der kondensierten Wasserpartikel und des Aerosols. Der Band Observed Global Climate ist im Springer-Verlag im Rahmen der bekannten Handbuchreihe LANDOLT-BÖRNSTEIN erschienen (24 Fachautoren, Herausgeber Michael Hantel). Das Werk enthält Jahresmittel und Jahresgang der Bild 1 Mittlerer Jahresniederschlag 1991-1995. Horizontale Auflösung 1 Grad, flächentreue (λ,sinφ)-Projektion. Reproduziert aus Observed Global Climate, Fig. 17.121. 1 Zusammenfassung für Tagungsmappe, 9. Österreichischer Klimatag, 16.-17. März 2006, Wien Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Wien 3 Veterinärmedizinische Universität Wien 2 _______________________________________________ V29 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimate der Atmosphäre, des Ozeans, der Kryo- und Hydrosphäre sowie chemischer und Strahlungsdaten für die Jahre 1991-1995. Während dieses Zeitraums stehen die relevanten Felder in globaler Form mit bisher nicht erreichter Vollständigkeit zur Verfügung. Datenquellen sind, neben anderen: ERA-40, ISCCP, WOCE. Die Felder werden in standardisiertem Format ausgegeben. Geplottete Felder ebenso wie digital gespeicherte Felder sind auf DVD verfügbar. Ein Beispiel zeigt Bild 1. Der globale Niederschlag ist hier dargestellt durch Kombination verschiedener Datensätze. Der Band bietet neben den eigentlichen Daten einführende Kapitel in die Methodik der Datengewinnung und Assimilation. Die beigefügte DVD enthält Visualisierungen der Daten in Form farbiger Kartenbilder der monatlich, jahreszeitlich und jährlich gemittelten Daten. Darüberhinaus bietet sie Animationen ausgewählter Felder in Form von Quick-Time Movies. Das Werk ist konzipiert als Referenz für die quantitative Klimatologie auf der globalen Skala, insbesondere als Datengrundlage für Haushaltsrechnungen. 2 Verfügbarkeit Das vollständige Zitat lautet: Observed Global Climate Editor: M. Hantel ISBN: 3-540-20206-4 DOI: 10.1007/b75667 Landolt-Börnstein - Group V Geophysics , Volume 6/2005, Springer-Verlag GmbH http://dx.doi.org/10.1007/b75667 Die Internet-Adresse führt zur homepage des Verlages. Der Besucher kann Titelseite und Inhaltsverzeichnis lesen. Zugang zu den Einzelkapiteln erhält man entweder durch Kauf des gesamten Bandes (beigegebene DVD) oder durch Anschluss an die Zugangsberechtigung des Springer-Verlages (bei großen Institutionen gegeben, beispielsweise der Universität Wien). Dr. Michael Hantel (Theoretische Meteorologie) Institut für Meteorologie und Geophysik (IMGW) Universität Wien, UZA II, Pharmaziezentrum (2G 507) Althanstrasse 14, A-1090 Wien Tel.: +43-1-4277x53710 email: [email protected] WWW: http://www.univie.ac.at/IMG-Wien _______________________________________________ V29 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klima und Landschaft im Quartär Klimaveränderung ist ein Thema, das die heutige Gesellschaft bewegt. Anstieg der Oberflächentemperaturen, Veränderungen des Niederschlags und der Unwetterhäufigkeiten geben Anlass zur weiteren Erforschung dieser Schwankungen. Die Geowissenschaften können wichtige Informationen für diese Diskussion besteuern. Viele geologische Karten dokumentieren insbesondere die jüngsten Veränderungen der Erdoberfläche. Diese jüngsten Landschaftsveränderungen stehen oft mit ausgeprägten Klimaschwankungen in Zusammenhang. Kalte Phasen in der jüngsten Erdgeschichte führten in Österreich zu ausgedehnter Vergletscherung in den Bundesländern Vorarlberg, Tirol, Salzburg, sowie in weiten Teilen Kärntens und der Steiermark. Gleichzeitig sind in Ober- und Niederösterreich sowie in Wien mächtige Schmelzwasserflüsse weit über die Begrenzung der heutigen Flussläufe hinausgetreten und haben (Schmelzwasser-)Schotter hinterlassen. Parallel dazu haben kalte Winde feine Staub- und Sandpartikel aus der vegetationsärmeren Landschaft ausgeblasen und in windgeschützteren Lagen zu mächtigen Sand- und Lößablagerungen angehäuft. Annähernd unser gesamter Siedlungsraum ist durch klimagesteuerte Prozesse während der Eiszeiten überprägt worden. Abb. 1: Karte mit den wichtigsten, klimagesteuerten Landschaftsveränderungen, die hauptsächlich während des jüngeren Quartärs entstanden sind. Dargestellt ist unter anderem der Eisrand des Letzten Glazialen Maximums (LGM) vor ca. 20 000 Jahren (verändert nach van Husen (2000)). Mit diesen Beispielen soll deutlich gemacht werden, dass die Klimaänderungen der Vergangenheit maßgeblich auf unseren Lebensraum eingewirkt haben und dass auch zukünftige Klimaänderungen in der Lage sein werden, unseren Lebensraum zu beeinflussen. (Klimagesteuerte) Veränderungen des menschlichen Lebensraums sind vom Menschen zumeist nicht erwünscht, da oft z. B. menschliche Bauwerke in Mitleidenschaft gezogen werden. Deshalb stellt sich für Hochwässer neben der Frage nach den Ursachen der Überflutung auch die Aufgabe der räumlichen Abschätzung der Überflutungsgefahr. Einen Schlüssel dazu stellen die natürlichen Archive in den Flusstälern dar. Interessant ist neben der genauen regionalen Erfassung der Veränderungen auch eine exakte zeitliche Positionierung. Grundsätzlich sollte den klimagesteuerten und den anthropogen verursachten Landschafts- und Klimaveränderungen große Aufmerksamkeit entgegengebracht werden, da beide zusammen das Bild der Welt verändert haben und weiter verändern werden. Die Erforschung der jeweiligen Ursachen und Prozesse ist von grundlegender Bedeutung für den Schutz und die weitere Planung und Entwicklung unseres Lebensraumes. Literatur: v. Husen, D. (2000): Geological Processes during the Quaternary. – Mitt. Österr. Geol. Ges., 92:135-156, Wien. _______________________________________________ V30 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Quartärgeologische Arbeitsgruppe an der Universität für Bodenkultur / Universität Wien Kontakt: Univ.-Prof. Dr. Markus Fiebig, Dr. Philipp Häuselmann, Dipl.-Geol. Silke Sämann Institut für Angewandte Geologie, Department für Bautechnik und Naturgefahren, Universität für Bodenkultur, Peter-Jordan-Str. 70, A-1190 Wien, Österreich E-Mail: [email protected] Telefonnummer: +43 1 47654 5402 Forschungsthemen (inkl. Labormöglichkeiten und Literaturbeispielen) Ausdehnung und zeitliche Abfolge quartärer Vergletscherungen (GIS-Labor vorhanden) vgl. Homepage http://www.geog.fu-berlin.de/~malte/deuqua/welcome.html unter Arbeitsgruppen z. B. Fiebig, M., Buiter, S. & D. Ellwanger (2004). "Pleistocene Glaciations of Southern Germany." Extent and Chronologie of Quaternary Glaciations. J. Ehlers and P. Gibbard (Ed.). Rotterdam, Balkema. OSL-Datierungen (Labor im Aufbau) z. B. Fiebig, M. and F. Preusser (2003). "Das Alter fluvialer Ablagerungen aus der Region Ingolstadt (Bayern) und ihre Bedeutung für die Eiszeitenchronologie des Alpenvorlandes." Zeitschrift für Geomorphologie NF 47: 449-467. Datierungen mittels kosmogener Nuklide (Labor zusammen mit Dr. P. Häuselmann) z. B. Fiebig M, Häuselmann P (2005): Burial Age Datierungen, Tagung ICDP-IODP 14.16.03.05, Geoforschungszentrum (Potsdam). Sedimentologie von Lockergesteinen (Gesteinsaufbereitung vorhanden) z. B. Fiebig, M. (1999). "Zur geologischen Aufnahme von quartären Lockergesteinen." Zeitschrift für Geologische Wissenschaften 27(1/2): 135-152. Fiebig, M. (2003). "Lithofazielle Untersuchungen an pleistozänen Sedimenten im östlichen Rheingletschergebiet." Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft, 154/2-3: 301-342. Stuttgart. Allgemeine Quartärgeologie (Feldgerätepool vorhanden) z. B. Ellwanger, D., M. Fiebig, & J. Heinz (1999). "Quartärgeologie des mittleren Rheingletschergebietes (Bittelschiess, Höchsten, Hosskirch, Ostrach). (Exkursion L am 9. April 1999)." Jahresberichte und Mitteilungen des Oberrheinischen Geologischen Vereins Neue Folge 81: 217-230. Doppler, G, M. Fiebig & R. Meyer (2002): "Erläuterungen zur Geologische Karte 1 : 100.000 der Planungsregion Ingolstadt." 172 S., 54 Abb., 13 Tab., 2 Beil., München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Neben den Arbeiten in SE - und Zentraleuropa regionale Projekte in Costa Rica, Spitzbergen und Vietnam. _______________________________________________ V30 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimaforschungsbedarf- Strategien und Schwerpunkte im Ländlichen Raum R. MAYER1 Einleitung Der Klimawandel stellt neue Herausforderungen an Forschung- und Entwicklung im Ländlichen Raum. Die Auswirkung auf Mensch und Natur spielt vor allem in empfindlichen geographischen Räumen eine sehr wichtige Rolle (R. PÖSSINGER, 2005). Klimawandel und nachhaltige Raumentwicklung wird auch in der neuen Strukturförderungsperiode der EU 2007-2013 einen sehr hohen Stellenwert einnehmen. Der Klimawandel ist in allen thematischen Prioritäten der Alpenkonvention integriert, wobei nicht nur ökologische und technische Aspekte, sondern auch die ökonomischen, sozialen und kulturellen Konsequenzen von wesentlicher Bedeutung sind (SCHLEICHER TAPPESER, 2005). Unter dem Aspekt „Klimawandel und Gesundheit“ werden insbesondere auch die Wechselbeziehungen der Klimaveränderung und ihre Auswirkungen auf die Lebensqualität von Mensch und Tier, die Veränderung des Lebensraumes sowie genetische Ressourcen und der Schutz der Biodiversität angesprochen. Die ökosystemare Betrachtungsweise wird in den Vordergrund gestellt. Im Alpenraum wird die nachhaltige Optimierung der Landnutzung im Hinblick auf die Klimarelevanz eines der wesentlichsten mittel- bis langfristigen Schwerpunktziele darstellen. Forschungsstrategien zum Klimawandel Durch die Mitwirkung der HBLFA Raumberg-Gumpenstein an der Forschungsstrategie StartClim können die aktuellen Bereiche Gesundheit, Verbreitung von Schädlingen, Krankheitserregern sowie konkrete Anpassung an den Klimawandel in die eigenen Forschungsagenden integriert werden. Klima- und Klimafolgenforschung ist auch ein Schwerpunkt der Forschungs- und Bildungskooperation ProVISION des BMBWK (2006). Wobei wie in StartClim neben Anpassungsstrategien und Gegenmaßnahmen vor allem der regionale Ansatz eine wesentliche Rolle spielt. Hier kann die Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft RaumbergGumpenstein durch ihr internationales Bildungs- und Forschungsnetzwerk als Projektpartner tätig werden. Schwerpunkte 2006-2010 Im Neuen Forschungsprogramm Pfeil 10 des BMLFUW (S. 28, 29) wird das Strategiefeld „Klimawandel und Anpassungsstrategien“ dem Bereich Lebensgrundlagen zugeordnet. Die HBLFA Raumberg-Gumpenstein als Bundeseinrichtung kann daraus zahlreiche Schwerpunkte für ihre Forschung- und Entwicklungstätigkeiten ableiten. Kernkompetenz wird bei folgenden Forschungsschwerpunkten aufgezeigt: • Auswirkung der Klimaänderung auf Pflanzenbestände, Tierkrankheiten, Schädlinge sowie der Einsatz von angepassten Arten und Sorten im Bereich der Landwirtschaft sowie erosionsgefährdeter Flächen • Entwicklung und Evaluierung von Bewertungsmodellen für klimarelevante Trockenschäden im Grünland: Zeitreihenanalyse, Vergleiche von Wasserbedarf und Ertrag in landwirtschaftlichen Kulturen sowie Vorschläge für Versicherungsmodelle. 1 Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft, Raumberg-Gumpenstein, Stabstelle Akquisition _______________________________________________ V31 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Aktuelle Aktivitäten der Klimaforschung an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein Im Entwicklungs- und Zukunftspapier wird festgehalten, dass die Fragen der extensiven, ökologischen Landwirtschaft im Alpenraum (z.B. Low-Input-Systeme) sowie klimarelevante Anpassungen in der Bewirtschaftung allgemein als Querschnittsmaterien der HBLFA Raumberg-Gumpenstein zu betrachten sind. Klimaforschung ist derzeit zu 5% in den Forschungsaktivitäten verankert, Tendenz steigernd. Bisher wurden an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein zwei Klimaseminare mit dem Titel „Klimaforschung für die Grünlandwirtschaft“, in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur Wien und der Österreichischen Hagelversicherung veranstaltet. Während im Jahr 2003 der Schwerpunkt auf globale und regionale Klimaveränderung und mögliche Auswirkung auf die Landwirtschaft sowie Klima- und ökosystemrelevante Emissionen aus der Landwirtschaft gelegt wurde, konnten 2006 die Ergebnisse des gemeinsamen Forschungsprojektes mit dem Institut für Meteorologie der Universität für Bodenkultur Wien und der Österreichischen Hagelversicherung zum Thema „Entwicklung eines Modells für die konkrete Ermittlung von Trockenschäden in den einzelnen Grünlandregionen Österreichs“ vorgestellt werden. Seit 2002 wurden Feldexperimente in Form von Grünladexaktversuchen mit Unterstützung von zahlreichen Land- und Forschwirtschaftlichen Fachschulen flächendeckend für Österreich durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für eine ökologische und ökonomische Evaluierung der Grünlandnutzungsformen in den einzelnen Grünlandregionen in Österreich und dienen als Basis für die Entwicklung eines Versicherungsmodells für Trockenschäden im Grünland. Die Phänologie dient als einfaches, aber sehr effektives Werkzeug um Auswirkungen des Klimawandels im kühlen und gemäßigten Klima zu zeigen (KOCH, SCHEIFLINGER, 2005). Die Verknüpfung von pflanzenphänologischen Beobachtungen mit meteorologischen Daten liefert Aussagen über den lokalen Klimawandel in einem bestimmten Untersuchungs-gebiet (BOHNER, et.al. 2005). Die HBLFA Raumberg-Gumpenstein hat mit Hilfe pflanzenphänologischer Zeitreihenanalysen innerhalb der letzten 12 Jahre den Klimawandel in Irdning charakterisiert. Die Forschungs- und Bildungsanstalt verfügt über entsprechende messtechnischen Einrichtungen direkt vor Ort und die Abteilung Umweltökologie wertet seit Jahrzehnten die entsprechenden Klimadaten in Kooperation mit der Zentralanstalt für Meteorologie aus. Das Institut für Artgemäße Tierhaltung und Tiergesundheit beschäftigt sich aktuell mit der GISgestützen Ermittlung der Veränderung des Lebensraumes gefährdeter Wildtierarten (Schneehuhn, Birkhuhn, Gamswild, Steinwild). Suboptimale Lebensräume führen zur Abnahme einzelner Populationen, Verarmung genetischer Ressourcen, Schwächung des Immunsystems, Anstieg von Infektionskrankheiten bis hin zu Artenverlust. In Kooperation mit dem Joanneum Research soll durch GIS-gestützte Ermittlung des derzeitigen Lebensraumes (Luftbilder,Almkataster, INVEKOS-Daten) der Status quo der potentiellen Lebensräume ermittelt und mit bestehenden Daten aus Wildtierbestandserhebungen abgeglichen werden. Ergebnisse aus diesem Projekt sollen Grundlagen für die Verwendung von Wildtieren als Indikatoren für Lebensraumveränderungen schaffen sowie Anstoß für eine Wildtiergesundheits-Survey bzw. -Monitoring bei den angeführten Wildtierarten sein. Einen weiteren Forschungsschwerpunkt mit Praxisbezug stellt der Bereich „Emissions-mindernde Stallhaltungssysteme sowie Produktionsverfahren in der Landwirtschaft dar. Die Prüfung von Stalleinrichtungen auf Emissionen und Immissionen sowie die Entwicklung von alternativen Produktionsverfahren und die Beurteilung von Stoffflüssen hinsichtlich ihrer Umweltrelevanz stellen hier vor allem auf der regionalen Ebene ein erhebliches Entwicklungspotential im Ländlichen Raum dar. Ausblick Neue Möglichkeiten in Forschung und Entwicklung werden durch die Fragestellungen von Berechnung und Beurteilung des Anteils der Landwirtschaft an klimarelevanten Treibhausgasemissionen, den Auswirkungen auf den Wasserhaushalt und der damit verbundenen Veränderung der Kulturlandschaft und ihren wirtschaftlichen Potentialen, der Risikobewertung auf der Fläche im Zusammenhang mit der Flächennutzung und dem Wasserhaushaltsmanagement gesichtet. Zukünftig gefragt sein werden langfristige regionale und überregionale Entwicklungskonzepte unter gesamtheitlicher Betrachtungsweise sowie der verstärkte Einsatz alternativer Energienutzung und nachhaltige Lenkungsmaßnahmen auf dem Produktionssektor. _______________________________________________ V31 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Literatur: BMLFUW (2002): Third National Climate Report of the Austrian Federal Government BMBWK (2006): Forschung zum Mitmachen, Forschungs- und Bildungskooperation in proVISION, Entwurf, Wien: S.20 BOHNER, A., O. BRUCKNER, J. BRUCKNER, Ch. POPPELBAUM, M. SCHINK und H. SCHWARZ (2005): Klimawandel und phänologische Trends laut Beobachtungen an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein und ihre Auswirkungen auf die Kulturlandschaft. Seminar 50 Jahre meteorologische Beobachtungen in Gumpenstein 1955-2004, 29.11.2005, Bericht HBLFA RaumbergGumpenstein 2005, S. 27-36 BUCHGRABER, K., et. al. (2004): Entwicklungs- und Zukunftspapier HBLFA RaumbergGumpenstein, Irdning, S. 1 KOCH, E. und H. SCHEIFINGER, 2005: Phänologie, ein Bio-Indikator für den Klimawandel. Seminar 50 Jahre meteorologische Beobachtungen in Gumpenstein 1955-2004, 29.11.2005, Bericht HBLFA Raumberg-Gumpenstein 2005, 17-25. PÖSSINGER, R. (2005): Klimaveränderung im Alpenraum Konsequenzen für Mensch und Umwelt, Konferenz Rosenheim 25.-26. November 2004, Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbrauscherschutz, Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Deutscher Kontaktpunkt, INTERREG IIIB Alpenraum, München (S. 5) PÖLLINGER, A. (2003): Klima- und ökosystemrelevante Emissionen aus der Landwirtschaft, aus: Klimaforschung und Landwirtschaft, 1. Klimaseminar , BAL Gumpenstein, BOKU Wien, Österreichische Hagelversicherung, Irdning, 22. April 2003, Tagungsband, S. 9-11 SCHAUMBERGER A. (2005). Ertragsanalyse im Österreichischen Grünland mittels GIS unter besonderer Berücksichtigung klimatischer Veränderungen, Veröffentlichungen der HBLFA Raumberg-Gumpenstein, A-8952 Irdning, Heft 42, 66 Seiten SCHLEICHER TAPPESER, R., (2005): Klimawandel und nachhaltige Entwicklung-Prioritäten der Alpenkonvention, aus: Klimaveränderung im Alpenraum Konsequenzen für Mensch und Umwelt, Konferenz Rosenheim 25.-26. November 2004, Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbrauscherschutz, Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Deutscher Kontaktpunkt, INTERREG IIIB Alpenraum, München (S. 10) _______________________________________________ V31 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Pflanzenphänologische Beobachtungen an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein als Bioindikator für den Klimawandel Andreas BOHNER1 und Josef BRUCKNER2 Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft (HBLFA) RaumbergGumpenstein, Abteilung für Umweltökologie, Raumberg 38, A-8952 Irdning, e-mail: [email protected], Tel. ++43 3682 22451-330 2 Raumberg 76, A-8952 Irdning 1 Die Pflanzenphänologie hat die Aufgabe, die verschiedenen im Jahresablauf periodisch wiederkehrenden Wachstumserscheinungen der Pflanzen zu beobachten und die Zeit ihres Eintretens festzuhalten, die Gesetzmäßigkeiten im periodischen Wachstumsablauf festzustellen und die Abhängigkeit dieses Ablaufs von den Umweltbedingungen (insbesondere Klima und Boden) zu untersuchen (SCHNELLE, 1955). Umgekehrt kann man aus dem phänologischen Verhalten der Pflanzen gewisse Schlüsse auf das Klima ziehen, das am Standort der Pflanze wirksam ist, weil die Schwankungen der Eintrittszeitpunkte pflanzenphänologischer Phasen von Jahr zu Jahr großteils durch das lokale Klima gesteuert werden (SEYFERT, 1960). Mit Hilfe pflanzenphänologischer Beobachtungen kann man ohne umfangreiche messtechnische Ausrüstung Aussagen zum lokalen Klimawandel machen, denn die Pflanzen können als empfindliche Messinstrumente (Bioindikatoren) der lokalen Atmosphäre betrachtet werden (KOCH und SCHEIFINGER, 2004). Frühlingsphasen wie der „Beginn der Blüte“ eignen sich besonders für klimatologische Untersuchungen, da sie in hohem Maße von meteorologischen Einflüssen abhängig sind (RÖTZER und SACHWEH, 1995). Ziel dieser Untersuchung war es, mit Hilfe pflanzenphänologischer Beobachtungen und meteorologischer Daten Aussagen über einen lokalen Klimawandel im Untersuchungsgebiet zu machen und die Abhängigkeit der Eintrittszeitpunkte der pflanzenphänologischen Phase „Blühbeginn“ von einzelnen Klimaelementen bei ausgewählten Gefäßpflanzenarten zu analysieren. Die pflanzenphänologischen Beobachtungen sowie die Messungen und Beobachtungen meteorologischer Parameter erfolgten auf dem Gelände und in der nahen Umgebung der HBLFA Raumberg-Gumpenstein bei Irdning im Mittleren Steirischen Ennstal. Die Pflanzenstandorte und die nahe gelegene Wetterstation befinden sich auf einer Eisrandterrasse in 702 m Seehöhe. Die Juli-Temperatur beträgt im langjährigen Mittel 16,4 °C, die JännerTemperatur -3,5 °C und die Jahresmitteltemperatur 6,9 °C. Der Jahres-Niederschlag macht im Durchschnitt 1033 mm aus. Die Schneedeckenperiode beträgt im langjährigen Mittel 101 Tage im Jahr und die frostfreie Zeit erstreckt sich über 173 Tage. Das Untersuchungsgebiet weist ein winterkaltes, sommerkühles, relativ niederschlag- und schneereiches, kontinental beeinflusstes Talbeckenklima auf (PILGER, 2005). Die pflanzenphänologischen Beobachtungen wurden entsprechend der Beobachtungsanleitung der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ANLEITUNG ZUR PHÄNOLOGISCHEN BEOBACHTUNG IN ÖSTERREICH, 2000) durchgeführt. Für diese Untersuchung wurden in erster Linie früh austreibende bzw. früh blühende, typische, im Untersuchungsgebiet weit verbreitete, wildwachsende Gefäßpflanzenarten, Ziersträucher, Zier- und Obstbäume ausgewählt, an denen die Eintrittstermine der pflanzenphänologischen Phase „Blühbeginn“ vom gleichen Beobachter am gleichen Standort seit 1994 datiert wurden. Damit werden subjektive Beobachtungsfehler auf ein Minimum reduziert und Fehlinterpretationen, ausgelöst durch einen Wechsel des Pflanzenstandortes vermieden. Die beobachteten Gefäßpflanzenarten waren Schneeglöckchen (Galanthus nivalis), Busch-Windröschen (Anemone nemorosa), Gewöhnlicher Löwenzahn (Taraxacum officinale agg.), Flieder _______________________________________________ V32 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) (Syringa vulgaris), Sal-Weide (Salix caprea), Forsythie (Forsythia x intermedia), Gewöhnliche Hasel (Corylus avellana), Vogel-Kirsche (Prunus avium), Apfel (Malus domestica), Gewöhnliche Eberesche (Sorbus aucuparia ssp. aucuparia) und Roßkastanie (Aesculus hippocastanum). Die Auswertung der pflanzenphänologischen Beobachtungen und der meteorologischen Daten erfolgte mittels Beschreibender Statistik. Um die Eintrittszeitpunkte der pflanzenphänologischen Phase „Blühbeginn“ im Zeitraum 1994 bis 2005 in ihrer Abhängigkeit vom Klima beurteilen zu können, wurden wesentliche meteorologische Parameter ab 1992 einer Zeitreihenanalyse unterzogen. Für die Dauer und Eintrittszeitpunkte pflanzenphänologischer Phasen ist die Witterung insbesondere während der Vegetationsperiode entscheidend (LARCHER, 1994). Als Vegetationsperiode wurde in dieser Arbeit der Zeitraum 1. April bis 30. September willkürlich festgelegt. Die Lufttemperatur ist in Irdning während der letzten 12 Jahre nur in der Vegetationsperiode im Vergleich zum langjährigen Mittel (1953 – 2004) tendenziell leicht angestiegen. Die vergangenen 12 Jahre waren in den Monaten April bis August im Durchschnitt wärmer und im September kühler als das langjährige Monatsmittel der Lufttemperatur. Besonders deutlich war die Temperaturerhöhung in den Monaten Mai und August. Die Niederschlagssummen haben während der letzten 12 Jahre sowohl in der Vegetationsperiode als auch während des Jahres im Vergleich zum langjährigen Mittel tendenziell leicht zugenommen. Die vergangenen 12 Jahre waren während der Vegetationsperiode vor allem in den Monaten Juni und September im Durchschnitt niederschlagreicher als das langjährige Monatsmittel. Bei den meisten untersuchten Gefäßpflanzenarten weist die Trendlinie in den phänologischen Zeitreihen im Beobachtungszeitraum 1994 bis 2005 einen leicht U-förmigen Verlauf auf. Bis zum Jahr 2002 bzw. 2003 war sehr häufig eine kontinuierliche Verfrühung des Blühbeginns zu beobachten. In den nachfolgenden kühleren, niederschlag-, schnee- und wolkenreicheren Jahren 2004 und 2005 war meist eine deutliche Verspätung dieser pflanzenphänologischen Phase festzustellen. Für die pflanzenphänologische Entwicklung im Frühling spielen Lufttemperatur, Strahlung, Sonnenschein- und vor allem Schneedeckendauer eine überragende Rolle. Daher konnte im Untersuchungsgebiet keine generelle Verfrühung des Blühbeginns im Zeitraum 1994 bis 2005 festgestellt werden, obwohl die Lufttemperatur während der Vegetationsperiode im Vergleich zum langjährigen Mittel tendenziell leicht zunimmt. Aufgrund dieser Untersuchungen kann der Schluss gezogen werden, dass Gefäßpflanzen empfindliche Bioindikatoren für die Jahreswitterung sind und dass die Schneedeckendauer einen sehr großen Einfluss auf die pflanzenphänologische Entwicklung im Frühling hat. Literatur ANLEITUNG ZUR PHÄNOLOGISCHEN BEOBACHTUNG IN ÖSTERREICH, 2000: Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Abteilung für Klimatologie, 31 S. BOHNER, A., O. BRUCKNER, J. BRUCKNER, Ch. POPPELBAUM, M. SCHINK und H. SCHWARZ (2005): Klimawandel und phänologische Trends laut Beobachtungen an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein und ihre Auswirkungen auf die Kulturlandschaft. Seminar 50 Jahre meteorologische Beobachtungen in Gumpenstein 1955-2004, 29.11.2005, Bericht HBLFA Raumberg-Gumpenstein 2005, 27-36. KOCH, E. und H. SCHEIFINGER, 2005: Phänologie, ein Bio-Indikator für den Klimawandel. Seminar 50 Jahre meteorologische Beobachtungen in Gumpenstein 1955-2004, 29.11.2005, Bericht HBLFA Raumberg-Gumpenstein 2005, 17-25. LARCHER, W., 1994: Ökophysiologie der Pflanzen. Ulmer Verlag, 394 S. PILGER, H., 2005: Meteorologische Charakteristika der Station Gumpenstein und ihre Einbindung in größere Räume. Seminar 50 Jahre meteorologische Beobachtungen in Gumpenstein 1955-2004, 29.11.2005, Bericht HBLFA Raumberg-Gumpenstein 2005, 11-16. _______________________________________________ V32 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) RÖTZER, Th. und M. SACHWEH, 1995: Klimaänderungen im Spiegel phänologischer Zeitreihen. Arboreta Phaenologica 40, 11-16. SCHNELLE, F., 1955: Pflanzen-Phänologie. Akademische Verlagsgesellschaft, 299 S. SEYFERT, F., 1960: Phänologie. Ziemsen Verlag, 103 S. _______________________________________________ V32 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Kopplung zwischen Klimasignal und Algen in Seen: Zeitliche Verschiebung der Frühjahrsblüte in Abhängigkeit von Trends und Schwellenwerten physikalischer Parameter. Teubner, K.1, Dokulil, M.T.2, Jagsch A.3,. Lenhart, B.4, & Ha. Morscheid5 1 Universität Wien, Fakultät für Lebenswissenschaften, Althanstrasse 14, A-1090 Vienna [email protected], Tel.: +43-650-5965299 2 Institut für Limnologie, Österreichische Akademie der Wissenschaften, A-5310 Mondsee 3 Institut für Gewässerökologie, Fischereibiologie und Seenkunde, A-5310 Scharfling 4 Bayerisches Wasserwirtschaftsamt Weilheim, Puetrichstrasse 15, D-82362 Weilheim 5 Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, Demollstrasse 31, D-82407 Wielenbach Die Jahresmaxima der Lufttemperatur, der Seen-Oberflächentemperatur, der thermischen Schichtung und der Wärmespeicherkapazität werden mit einer Verzögerung von 29, 41, 47 bzw. 55 Tagen nach dem Jahresmaximum der Globalstrahlung in den beiden untersuchten alpinen Seen, dem Mondsee in Österreich und dem Ammersee in Bayern, erreicht. Die Untersuchung zur Auswirkung von Klimaeffekten auf das Phytoplankton in den letzten 20 Jahre konzentriert sich auf folgende Fragen: (1) Welche Schwellenwerte oder kritischen Werte der Umweltparameter beeinflussen die zeitliche Verschiebung der Frühjahrsentwicklung vom Phytoplankton? (2) In welchem Zeitfenster treten diese kritischen Werte auf? (3) Welche Parameter forcieren hauptsächlich den Trend einer zunehmend zeitigeren Frühjahrsmassenentwickung der Algen? Der Zeitpunkt der kritischen Werte für die Temperatur (6-8°C) und anderer temperaturabhängiger Parameter überlagert sich mit dem Zeitfenster des Auftretens der Algen-Frühjahrsmassenentwicklung (Zeitfenster 11.-21.Woche im Jahr). Das Phytoplankton zeigt den Trend einer um 7-8 Tage früheren Frühjahrsentwicklung pro Dekade, was im Einklang mit den Trends der zeitlichen Verschiebung der oben genannten Schwellenwerte steht. Einzige Ausnahme bilden die Schwellenwerte der Globalstrahlung, die zwar signifikant mit dem Frühjahrspeak korrelieren (r=0.78) aber außerhalb vom Zeitfenster der Frühjahrsentwicklung der Algen liegen. Die Trends werden hinsichtlich Klima (NAO) und Wetter (airflow-types, Steinacker-Index) diskutiert. Die Abb. 1 zeigt Details zum Beginn der thermischen Schichtung im Mondsee. Dieser Zeitpunkt ist für die Phytoplanktonentwicklung relevant, da mit der Schichtung die Nährstoffe nicht mehr von der gesamten Wassersäule sondern allein von der oberen thermischen Wasserschicht, von dem Epilimnion, dem Algenwachstum verfügbar sind. Dieser Tag des Beginnes der Schichtung variiert zwischen dem 132 und dem 162 Tag im Jahr, was der Zeitspanne vom 12.Mai bis 11.Juni entspricht (Abb. 1A). Im Verlauf der 20 untersuchten Jahre verschiebt sich der Zeitpunkt des Schichtungsbeginnes immer zeitiger in das Frühjahr, was durch die Trendlinie in Abb. 1A verdeutlicht wird. Auch das Ende der Schichtung verändert sich zeitlich und wird leicht in den Herbst verzögert. Im Mondsee hat sich damit die Länge der sommerlichen Schichtung verlängert, und zwar um 6,5 Tage per Dekade für den Zeitraum der letzten zwanzig Jahre. In Abb. 1B und C werden die Abhängigkeiten des zeitlichen Beginnes für die Schichtung gezeigt. Je höher die NAO-Index-Werte sind, dh. je höhere Lufttemperaturen, längere Sonnenscheindauer, weniger Wolken und weniger Niederschlag im Frühjahr gemessen werden, desto früher setzt die Schichtung ein. Der Steinacker-Index, direkt die Wetterlagen widerspiegelnd, zeigt, dass die Schichtung um so zeitiger erreicht wird desto seltener die Nordwetterlage im Frühjahr vorherrscht. Der Klimaeffekt pflanzt sich über die Jahre fort und ergibt dann den oben genannten Trend, auch wenn einzelne Jahre nicht „immer“ in dieses Trendmuster zu passen scheinen. Eine Sichtweise ohne die Klimakopplung von Jahr zu Jahr ergibt sich bei der Bearbeitung von detrendeten Daten, wie gezeigt in Abb. 1D und E. Es zeigt sich deutlich, dass der aktuelle Klima- und Wettereffekt für das Jahr noch klarer gezeigt werden kann, wenn die Daten zuvor mathematisch detrended wurden. _______________________________________________ V33 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Zeitlicher Beginn der Schichtung im Mondsee 170 JD onset stratification A 160 150 140 130 120 1980 1985 1990 1995 2000 2005 B NAOJFM C Steinacker-NMAM 180 180 r ²=0.23 170 JD onset stratification JD onset stratification non-detrended data Years 160 150 140 130 r ²=0.30 170 160 150 140 130 120 120 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 5 E 20 r ²=0.35 10 0 -10 -20 -30 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 NAOJFM index detrended 4 JD onset stratification detrended JD onset stratification detrended detrended data D 2 4 6 8 10 12 Steinacker-NgrossMAM index NAOJFM index 30 r ²=0.57 20 10 0 -10 -20 -30 -4 -2 0 2 4 6 Steinacker-NgrossMAM index detrended Abb. 1: Vergleich der Originaldaten mit detrendeten Daten am Beispiel des Zeitpunktes der thermischen Schichtung im Mondsee. A: Tag des Beginns der thermischen Schichtung für die Jahre 1982-2002 im Mondsee. Der Zeitpunkt schwankt zwischen dem 132 und dem 162 Tag im Jahr (12.Mai bis 11.Juni), die rote Linie zeigt die „robuste Trendlinie“. B und C. Korrelation der in A gezeigten Originalwerte mit dem NAO-Index über die Monate Jänner bis März bzw. den Steinacker-Index über die Monate März bis Mai. D und E: wie für B und C aber für detrendete Daten. Die detrendeten Daten ergeben sich aus der Differenz zwischen den Daten der Trendlinie (s. rote Linie in A) und den Originaldaten. Referenzen: Dokulil, M.T. & K. Teubner. 2002. The spatial coherence of alpine lakes. Verh int Ver Limnol 28, 1-4. Teubner, K, Tolotti, M., Greisberger, S., Morscheid, H., Dokulil, M.T. & V. Kucklentz. 2006. Steady state of phytoplankton and implications for climatic changes in a deep prealpine lake: epilimnetic versus metalimnetic assemblages. Verh int Ver Limnol, SIL-Lathi 04. in press. Teubner, K., Blenckner, T., Dokulil, M. T., T., Lenhart, B., Morscheid, Ha., Steinacker, R., Teubner, I., S. Wilhelm. 2006. Amplified asymmetry of annual cycles in alpine lakes mediated by weather and climate: links between lake physic and phytoplankton. in prep. _______________________________________________ V33 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf die Wasserbilanz und die Niederwässer H.P. Nachtnebel [email protected] IWHW-WAU-BOKU Muthgasse 18, A-1190 Wien Univ. f. Bodenkultur In den letzten Jahren wurden am IWHW einige Untersuchungen zu Folgewirkungen von möglichen Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt und das Auftreten von Niederwässern durchgeführt (Fuchs, 2005; Nachtnebel und Fuchs, 2001; Nachtnebel und Fuchs, 2001; Nachtnebel et al., 1999; Bardossy et al. 1999, Kuhn et al., 1992). In diesen Untersuchungen wurden großräumige Klimasimulationen (ECHAM3, ECHAM4, HADCM3) für verschiedene Szenarien (1*CO2, 2*CO2) herangezogen, diese mit Hilfe regionaler Beobachtungen auf die Einzugsgebietsebene skaliert und die so gewonnenen Zeitreihen für hydrologische Simulationen verwendet. Dabei zeigte sich, dass im Osten und Südosten Österreichs insbesondere bei Niederwässern und in der Wasserbilanz deutliche Veränderungen zu erwarten sind. In diesem Beitrag werden Beispiele für das Traisengebiet, das Marchfeld und das Leibnitzer Feld in der südlichen Steiermark als Beispiele herangezogen. Der Vergleich der beiden Downscalingszenarien für den Validierungszeitraum (historisches Szenario, 1xCO2-Szenario: 1961-1990) zeigte gute Übereinstimmung mit den beobachteten Temperatur- und Niederschlagsdaten dieser Periode. Für das 2xCO2-Szenario (2070-2099) ergab sich gegenüber den historischen Szenarien ein Anstieg der mittleren Jahrestemperatur von 3,5 °C bis 4 °C, wobei die Temperaturzunahme in den Sommermonaten etwas stärker ausgeprägt ist als im Winter. Die mittleren Monatsniederschläge zeigen einen leichten Rückgang im Sommer infolge des häufigeren Auftretens von antizyklonalen Lagen, insgesamt sind die simulierten Niederschlagsveränderungen im 2xCO2-Fall aber sehr gering. Infolge der berechneten Erwärmung erfolgt aber eine deutliche Reduktion des Niederschlages in Form von Schnee. Im Traisental zeigen die jährlichen Schneehöhenmaxima sowie die Tage mit geschlossener Schneedecke in allen Höhenzonen einen deutlichen Rückgang. Gleichzeitig zeigt sich für den 2xCO2Fall auch eine deutliche Zunahme der Verdunstung. Die mittlere jährliche aktuelle Evapotranspiration steigt von derzeit ca. 550 mm auf ca. 650 mm, wobei die größten Zunahmen im Frühjahr und Herbst auftreten. Als Folge der Veränderungen der Schnee- und Verdunstungsverhältnisse treten deutliche Verschiebungen im Abflussregime auf. Der Anstieg der jährlichen Verdunstung um ca. 100 mm führt zu einer äquivalenten Abnahme der Jahresabflussfracht. Mit Ausnahme von Jänner und Februar kommt es in allen Monaten zu einem deutlichen Abflussrückgang. Aufgrund der starken Abflussreduktion in den Schneeschmelzmonaten März und April wird das Abflussregime insgesamt wesentlich ausgeglichener. Infolge der erhöhten Verdunstung zeigen sich deutliche Veränderungen im Bodenwasserhaushalt. Tage mit reduzierter Bodenfeuchte nehmen zu und die Dauer von Trockenphasen verlängert sich. Bei den Niederwässern zeigte der Vergleich zwischen 1xCO2-Fall und 2xCO2-Fall eine Verschiebung des saisonalen Auftretens. Dabei treten vor allem im Herbst und Winter unter den für die Zukunft simulierten Klimaverhältnissen Niederwasserereignisse häufiger auf, während sie im Frühjahr seltener werden. Um die bestimmenden hydrologischen Prozesse im Marchfeld nachzubilden, wurde ein Bodenwasserhaushaltsmodell angewendet. Die Modellrechnungen wurden für ein charakteristisches Bodenprofil (Obersiebenbrunn) durchgeführt, für welches der Bodenaufbau und Bodenkennwerte aus Messungen bekannt waren. Aussagen über mögliche hydrologischen Auswirkungen einer Klimaänderung wurden in erster Linie anhand des Vergleich der 2xCO2-Daten mit den 1xCO2Szenario bzw. dem historischen Szenario getroffen. Infolge des Temperaturanstiegs zeigte sich dabei während der gesamten Vegetationsperiode eine Zunahme der Interzeptionsverdunstung. Damit verbunden ist ein Rückgang der Niederschlagsinfiltration und eine Abnahme der Bodenfeuchte. Im Unterschied zum Leibnitzer Feld kommt es infolge der stärkeren Bodenaustrocknung zu einem Rückgang der mittleren Transpiration im Sommer, obwohl die potentielle Verdunstung stark ansteigt. Perioden mit trockenen Bodenverhältnissen werden vor allem im Sommer und Herbst häufiger und dauern auch länger an. Im Frühjahr treten Perioden mit starker Bodenaustrocknung aber auch im 2xCO2-Fall relativ selten auf. _______________________________________________ V34 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Für die mittlere jährliche Grundwasserneubildungsrate ergaben die Simulationen eine Abnahme im 2xCO2-Fall von ca. 30 mm auf 15 mm. (50%!). Jahre in denen überhaupt keine Grundwasserneubildung stattfindet treten wesentlich häufiger auf. Für das Leibnitzer Feld ergab sich für das 2xCO2-Szenario (2070-2099) gegenüber den derzeitigen Klimaverhältnissen ein Anstieg der mittleren Jahrestemperatur um ca 4 °C, wobei die Temperaturzunahme in den Sommermonaten etwas stärker ausgeprägt ist als im Winter. Die mittleren Monatsniederschläge im 2xCO2-Fall zeigen gegenüber dem 1xCO2-Szenario einen leichten Niederschlagsrückgang. Dieser ist vor allem auf eine Abnahme der Sommerniederschläge, infolge des häufigeren Auftretens von antizyklonalen Lagen, zurückzuführen. Infolge des Temperaturanstiegs zeigte sich dabei während der gesamten Vegetationsperiode eine deutliche Zunahme sowohl der Interzeptionsverdunstung als auch der Transpiration. Damit verbunden ist ein Rückgang der Niederschlagsinfiltration und eine Abnahme der Bodenfeuchte. Perioden mit trockenen Bodenverhältnissen werden dabei vor allem im Sommer und Herbst häufiger und dauern auch länger an. Die Veränderungen der Bodenfeuchteverhältnisse im Winter und Frühjahr sind dagegen relativ gering. Für die mittlere jährliche Grundwasserneubildungsrate ergaben die Simulationen eine Abnahme im 2xCO2-Fall um ca. 100 mm, das entspricht einer Reduktion um etwa 25%. Zusammenfassung: Während in den Simulationen bei den Hochwässern keine signifikanten Änderungen festgestellt werden konnten, wenngleich Verschiebungen im Auftreten von Hochwässern deutlich erkennbar wurden, zeigte sich bei den Niederwässern eine Verschärfung in der Menge und in der Dauer. In den alpinen Gebieten war zusätzlich noch eine zeitliche Verschiebung von den Wintermonaten in die Spätherbstzeit zu erkennen. Der Bodenwasserhaushalt zeigt tendenziell eine Abnahme der Bodenfeuchte, wobei dies regional unterschiedlich ist und von der Niederschlagsmenge sowie deren saisonalem Verlauf abhängig ist. Die Grundwasserneubildung reagierte am Sensibelsten. In jenen Gebieten, wo derzeit schon der Jahresniederschlag mit der Jahresverdunstung vergleichbar ist und nur mehr geringe Neubildungsraten auftreten, sind Reduktionen in der Neubildungsrate um bis zu 50 % zu erwarten. Somit ist in der langfristigen Wasserbilanz in den östlichen und südöstlichen Regionen mit einer Reduktion der unterirdischen Wasservorkommen zu rechnen. Literatur: Bárdossy A., Giese H., Hartmann G., Nachtnebel H.P., Diernhofer W., Hebenstreit K. (1999) Impacts of climate change on mid-European river basin hydrology. In Proc. of the International Conference on Hydrological Extremes: Understanding, Predicting, Mitigating (IUGG 99 Symposion HS1, Birmingham, July 1999). IAHS Publ. no. 255, p. 11-18, 1999. Fuchs M. (2005) Auswirkungen von möglichen Klimaänderungen auf die Hydrologie verschiedener Regionen Österreichs. Diss. Schrift an der Univ.f. Bodenkultur, Wien. Kuhn M., Nachtnebel H.P., Obleitner F. und G. Reichel (1992) Hydrologie: Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt Österreichs. In: Bestandsaufnahme Anthropogene Klimaänderungen: Mögliche Auswirkungen auf Österreich - mögliche Maßnahmen in Österreich. ÖAW, Kommission für die Reinhaltung der Luft. Nachtnebel H.P. and M. Fuchs (2004): Beurteilung der hydrologischen Veränderungen in Österreich infolge globaler Klimaänderungen. ÖWAW, Heft 7-8, S. 79-92. Nachtnebel H.P. und M. Fuchs (2001) Die Hydrologie Österreichs unter dem Einfluss von Szenarien einer möglichen Klimaänderung. Im Auftrag des BMWV und des BMfUJF. http://iwhw.boku.ac.at/forschung/Bericht3.pdf Nachtnebel H.P., Bardossy A., Ganoulis J., Todini E. und V. Kaleris (1999) Impacts of Climate Change on River Basin Hydrology Under Different Climatic Conditions. Final Report ENV4-CT95-0133. http://iwhw.boku.ac.at/forschung/Part1_Summary.pdf _______________________________________________ V34 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Hohe Profit- und Diskontraten als Faktoren der Abwertung zukünftiger Risken und Schäden in der Investitionsrechnung und Kosten-NutzenAnalyse Josef Baum In der üblichen ökonomischen Investitionsrechnung spielt die Rate ein große Rolle, mit der zukünftige Kosten und Erträge auf einen „Nettobarwert“ abdiskontiert werden. Die Dynamik der Zinseszinsrechnung ergibt: Niedrige Zins- und Profitraten und damit niedrige Diskontraten 1/(1+r)t führen in betriebswirtschaftlichen Investitionsrechnungen, aber auch in ökonomischen Kosten-Nutzen-Rechnungen bei der Bewertung von zukünftigem Nutzen und vor allem zukünftigem Schaden zu vergleichsweise signifikanten Werten. Hohe Zinsraten und damit hohe Diskontraten führen dagegen dazu, dass zukünftiger Nutzen und vor allem zukünftiger Schaden in späteren Jahrzehnten als Barwert schnell gegen Null geht. Ein Schaden von 1 Million €, der 100 Jahre später anfällt, hat bei 3 % Abdiskontierung einen Nettbarwert von 52000 €, und bei 8 % aber nur von 455 €. Das heißt, dass so Nutzen und Schaden aus weiter weg liegenden Jahrzehnten praktisch nicht in Investitions- und Entscheidungsgrundlagen eingehen. Konkret: die negative „ewige Rente“ von radioaktivem Atommüll zählt nicht, weil ein Schaden, der in 50 oder 100 oder 1000 Jahren mit einer hohen Diskontrate abdiskontiert einen aktuellen Barwert nahe null ergibt und daher zu vernachlässigen ist. In den letzten zehn Jahren sind nun Großfirmen und Großbanken dazu übergegangen die Profitratenziele um vielen Prozentpunkte hinaufschrauben. In den 70-er und 80er Jahren hindurch lag die durchschnittliche Profitrate in der Sachgüterproduktion in Österreich um die 7 %, heute werden zweistellige Profitraten angepeilt. Die Deutsche Bank oder viele Investitionsfonds geben gar das Ziel einer 25%igen Profitrate vor. – Desto höher die durchschnittlichen Profitraten, und damit auch „Opportunitätskosten“ für alternative Veranlagungen, desto kurzsichtiger wird das Bewertungssystem der Ökonomie. Lösungsansätze - bei Akzeptanz der derzeit hohen Profitraten - zur Abmilderung des Problems sind zeitlich abnehmende Diskontsätze (statt konstanter Diskontsätze) oder die Inrechnungstellung des Naturkapitals, das über die Zeit ebenfalls ebenfalls mit der Diskontrate steigt und so der Abwertung zukünftiger Schäden entgegenwirkt Die positive Bewertung niedriger Zinsraten ist auch ein positiver Berührungspunkt zwischen Keynesianismus und Ökologie Weitere Forschungsaspirationen Josef Baum siehe als Anhang zum abstract: Lokale Bedingungen und Probleme beim Einschlagen eines Pfades der Nachhaltigkeit am Beispiel der Gemeinde Kautzen (NÖ) – Fallstudie, und unter Research aspirations + c v + list of literature Josef Baum Economic Regional Ecological Research Kaiser Josef-Straße 57/34, A-3002 Purkersdorf Austria +43 2231 64759 +43 664 1142298 [email protected] http://www.purkersdorf-online.at/lib/arbeiten/index.php _______________________________________________ V35 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Meteorologische Extremereignisse und siedlungswasserwirtschaftlich Infrastruktur – Auswirkungen, Sanierung und Vorsorgemaßnahmen Dr. Reinhard Perfler Universität für Bodenkultur Wien Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz BOKU - University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna Institute of Sanitary Engineering and Water Pollution Control Muthgasse 18, A-1190 Vienna, AUSTRIA Tel: +43 1 36006 5808 Fax: +43 1 3689949 [email protected] http://www.wau.boku.ac.at/sig.html _______________________________________________ V36 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Solar, na klar! Ein Projekt im Unterrichtsgegenstand „Projektstudien“ der HBLFA – Raumberg Gumpenstein Acht Schüler des 4b – Jahrganges der HBLFA-Raumberg-Gumpenstein, haben gemeinsam mit ihrem Betreuungslehrer MMag. Alfred Schwarzkogler, im vergangenen Schuljahr eine 45 m2 große thermische Solaranlage errichtet. Hintergrundgedanke war die unterstützende Warmwasserversorgung von Schule und Internat. Ein weiteres wesentliches Ziel ist die Verbreitung des „Solargedankens“, dem durch die Vorbildwirkung der Schule besonderes Augenmerk geschenkt werden sollte. Die Anlage wurde dabei im Sinne eines professionellen Projektmanagements geplant, die entsprechenden Teile von den unterschiedlichsten Firmen bestellt und schließlich in einem Wochenendblock völlig selbständig errichtet. Dabei wurde ein sehr gängiges Vorurteil der Kompliziertheit solcher Anlagen, nicht nur von den Beteiligten, sondern auch von vielen Zusehern während des Baues abgebaut und ins Gegenteil verkehrt. Aussagen wie: „Das baue ich mir zu Hause auch“, bestätigen das gut und klar. War das Projekt zunächst noch theoriebehaftet, als wir uns im November 04 mit dem Thema der Solarthermie beschäftigten, so kam die Praxis bereits im Dezember bei der Anbotseinholung von verschiedenen Firmen, bei der Bestellung der Einzelteile, sowie bei der Materialübernahme und Lagerung dieser Teile. Zum Zwecke einer Zwischenpräsentation am Tag der offenen Tür an unserer Schule (12. März 05), haben wir neben einer Simulation einer Solaranlage auch noch ein Modell zur besseren Veranschaulichung errichtet. Höhepunkt des Projektes war nach der tatsächlichen und selbständigen Errichtung der Anlage am Dach, ein öffentlicher Präsentationsabend am 06.Mai 05, bei dem sich über 200 Gäste aus der Region, diesem Thema widmeten. Um die Einfachheit solcher Anlagen in der Öffentlichkeit darzustellen, fertigten wir ein Video über die Errichtung der Anlage an, und führten dieses den Gästen vor. Viele regionale Zeitungen nahmen sich dieses Themas auch an und schafften ein positives Echo. Durch dieses Projekt konnten wir Theorie und Praxis, im Einklang mit der Natur, harmonisch miteinander verschmelzen lassen. Akzente wie diese, sind für uns in Zeiten des bereits merkbaren Klimawandels nicht nur wichtig, sondern selbstverständlich. Sehen Sie das auch so? Mit sonnigen Grüßen MMag. Alfred Schwarzkogler _______________________________________________ V37 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Implementierung eines Bewertungsmodells für Trockenschäden in einem GIS A. SCHAUMBERGER1, M. TRNKA2 J. EITZINGER3, und H. FORMAYER3 1. Einleitung Der Ertrag im Grünland wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst und kann durch die Entwicklung verschiedener Modelle, die bestimmte natürliche Vorgänge vereinfacht abbilden, näherungsweise bestimmt werden. Die Voraussetzung für eine möglichst flächendeckende Analyse hinsichtlich des Ertrages auf Grünlandflächen ist die Integration der Modelle in einem Geographischen Informationssystem (GIS). Trockenschäden im Grünland traten in den letzten Jahren vor allem im Osten Österreichs häufiger und intensiver auf. Um diese Schäden quantitativ bewerten zu können, wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes der HBLFA Raumberg-Gumpenstein in Kooperation mit dem Institut für Meteorologie der Universität für Bodenkultur Wien mit Hilfe von mehrjährigen Feldexperimenten ein Modell entwickelt, dessen Implementierung im GIS die Voraussetzung für eine raumbezogene Anwendung bildet. Mit geeigneten Geodatenmodellen können die Koeffizienten des Wachstums- und Ertragsmodells mit interpolierten meteorologischen Messdaten sowie den wasserhaushaltsrelevanten Parametern des Bodens kombiniert und auf die als Grünland klassifizierten Grundstücksparzellen der Digitalen Katastralmappe (DKM) mittels GIS-Operationen angewendet werden. 2. Material und Methoden Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Implementierung von Bodenwasserbilanz- und Wachstumsmodellen in einem GIS, die sich auf die konkrete technische Umsetzung in Form einer modularen und aufbauenden Vorgehensweise bezieht. Die Grundlage für die Simulation von Wachstum bildet die Bodenwasserbilanz. Dem Niederschlag wird die potentielle Verdunstung (Evapotranspiration) nach PENMAN-MONTHEITH gegenübergestellt und mit Berücksichtigung der Feldkapazität des Bodens das Bodenwasserbilanzmodell nach einer Methode der FAO entwickelt (ALLEN et al, 1998). Zunächst wurde die potentielle Evapotranspiration für Grasoberflächen auf Tagesbasis und für das gesamte Bundesgebiet ermittelt. Die wichtigsten Parameter dieses Modells sind die Globalstrahlung bzw. die tägliche Strahlungsbilanz, das Sättigungsdefizit aus Temperatur und relativer Luftfeuchte, sowie der Wind. Diese Stationsmessdaten der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik standen für das Jahr 2003 zur Verfügung und bildeten die Basis für alle meteorologischen Analysen in dieser Arbeit. Die Globalstrahlung wurde mit Hilfe eines Modells in Abhängigkeit topographischer Bedingungen erstellt und auf die berechnete potentielle Evapotranspiration und deren höhenabhängige Interpolation angebracht. Das Ergebnis aus der Berechnung der potentiellen Evapotranspiration wurde in die Bodenwasserbilanzierung einbezogen. Zusammen mit der nutzbaren Feldkapazität (MURER et al., 2004) konnte damit der Bodenwassergehalt und die aktuelle Evapotranspiration der Bodenschichten 0 bis 10 cm, 0 bis 20 cm und 20 bis 40 cm ermittelt werden. Für die Berechnung der verschiedenen Horizonte wurden auch die Änderungen der Bodenwasserbilanz gegenüber dem Vortag und eventuelle Drainagen aus den darüber liegenden Bodenschichten mit berücksichtigt. Der Evapotranspiration steht die Niederschlagsmenge gegenüber, die unter Berücksichtigung der Interzeption (Verdunstung des Niederschlags an der Pflanzenoberfläche) in die Bilanzrechnung einfließt. Die Identifikation von Trockenheit setzt eine Untersuchung über eine längere Periode voraus und kann nicht stichtagsbezogen vorgenommen werden. Deshalb ist die Akkumulation von Ergebnissen der Bodenwasserbilanzrechnung über einen definierten Zeitraum notwendig und Voraussetzung für die 1 2 3 Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft Raumberg-Gumpenstein, Referat für Geoinformation im ländlichen Raum, A-8952 Irdning Institute of Agrosystems and Bioclimatology, Mendel University of Agriculture and Forestry Brno (MUAF), Zemedelska 1, CZ-61300 Brno Institut für Meteorologie, Universität für Bodenkultur, Peter-Jordan-Straße 82, A-1190 Wien __________________________________________ P01 ______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Nachbildung des Wachstums. Die nettopotentielle Verdunstung als Differenz zwischen Niederschlag und potentieller Evapotranspiration stellt einen wichtigen Indikator für Trockenheit dar und wurde als flächendeckender Raster der Jahresminima gerechnet. Der Pflanzenfaktor als ein weiterer Parameter für die Bodenwasserbilanzierung drückt den Entwicklungsstand des Pflanzenbestandes an jedem einzelnen Tag der Berechnungsperiode aus und ist bei der Berechnung von Interzeption und Transpiration von Bedeutung. Er stellt einen linearen Biomassezuwachs vom Vegetationsbeginn bis zur Nutzung dar und wiederholt sich für alle Folgenutzungen. Voraussetzung dafür ist die Berechnung der Vegetationsperiode mit einem temperatur- und höhenabhängigen Beginn und Ende sowie der höhenabhängigen Dauer der Wachstumsphasen der einzelnen Nutzungen. Die Wachstums- und Ertragsmodellierung baut auf die Ergebnisse der Bodenwasserbilanzierung auf und führt über die Ermittlung eines Wachstumsfaktors, der aus einer Berechnung der Wasserverfügbarkeit über Wasserstressfaktoren resultiert, in einer multiplen Regressionsgleichung zu einer Aussage über die Quantität des Grünlandertrages pro ha (TRNKA et al., 2005). Dabei wird die Bewirtschaftungsintensität hinsichtlich der Düngung berücksichtigt. Aus den INVEKOS-Daten (Integriertes Verwaltungs- und Kontrollsystem) kann über die Betriebsfläche und den Viehbestand in Großvieheinheiten (GVE) der Tierbesatz eines Grünlandbetriebes in GVE/ha ermittelt werden und daraus auf die Stickstoffdüngermenge geschlossen werden, die als Parameter in die Ertragsgleichung einfließt. 3. Ergebnisse Die Bestimmung von Trockenperioden und deren Einfluss auf die Ertragsentwicklung kann nicht stichtagsbezogen vorgenommen werden, sondern erfordert die Untersuchung eines Zeitraumes. Das macht die Berechnung sämtlicher Zwischen- und Endergebnisse auf Tagesbasis notwendig, um entsprechende Akkumulationen realisieren zu können. Das Rasterdatenmodell stellt in diesem Zusammenhang die ideale Form der Implementierung dar. Allerdings entsteht dabei auch eine enorme Datenmenge, da alle Tagesraster in einer Auflösung von 50 m das gesamte österreichische Bundesgebiet abdecken. Die Untersuchung in diesem Projekt bezieht sich auf das Jahr 2003. In dieser Periode waren im Nordosten, Osten und Südosten extreme Ertragseinbußen im Grünland zu verzeichnen. In Gebieten mit ausreichendem Niederschlag, war der Ertrag auf Grund der höheren Temperaturen überdurchschnittlich hoch. Die Modellergebnisse wurden an den Standorten der Feldversuche überprüft und wiesen eine gute Korrelation mit einem Bestimmtheitsmaß von ca. 0.7 auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für die Entwicklung eines Versicherungsmodells für Trockenschäden im Grünland und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Existenzsicherung von Grünland- und Viehbetrieben in den von Trockenheit gefährdeten Gebieten. Viele in dieser Arbeit entstandene Geodaten können auch in weiteren Forschungsprojekten genutzt werden. 4. Literatur ALLEN, G.A.; L.S. PEREIRA; D. RAES and M. SMITH (1998): Crop Evapotranspiration – guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, Rome (Italy): 78-86. MURER, E; J. WAGENHOFER; F. AIGNER und M. PFEFFER (2004): Die nutzbare Feldkapazität der mineralischen Böden der landwirtschaftlichen Nutzfläche Österreichs. Schriftenreihe BAW, Band 20: 72-78. SCHAUMBERGER, A. (2005): Ertragsanalyse im österreichischen Grünland mittels GIS unter besonderer Berücksichtigung klimatischer Veränderungen. Veröffentlichungen der HBLFA Raumberg-Gumpenstein, A8952 Irdning, Heft 42, 66 Seiten. TRNKA, M.; J. EITZINGER; G. GRUSZCZYNSKI; K. BUCHGRABER; R. RESCH and A. SCHAUMBERGER (2005): Simple method for modelling permanent grassland yields in Austria, in Druck. __________________________________________ P01 ______________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Schulprojekt “Solar na klar” unser Beitrag für eine saubere Umwelt HBLFA Raumberg-Gumpenstein Zusammenfassung siehe V37 _________________________________________________ P02 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Einsatz von Lysimetern in der Klimafolgenforschung Dr. Bernhard Wimmer Doz. Dr. Gerhard Soja ARC Seibersdorf research GmbH A-2444 Seibersdorf Email: [email protected] Email: [email protected] www.seibersdorf-research.at/ Klimaveränderungen, wie sie durch verschiedene Klimamodelle für die nähere Zukunft vorhergesagt werden, umfassen für unsere Breiten eine mäßige Erwärmung und eine Veränderung der Niederschlagsdynamik mit vermehrtem Auftreten von Starkregenereignissen. Fraglich ist, wie stark diese Veränderungen sich auf den Wasserhaushalt des Bodens auswirken und ob Veränderungen im Bodenwasserhaushalt bzw. ein Temperaturanstieg auch zu einer Veränderung des Verlagerungsverhaltens und der Abbaudynamik von Pflanzenschutzmitteln im Boden führen. Das Pflanzenschutzlysimeter des Geschäftsfeldes Umweltforschung ist optimal geeignet um das Verhalten von Pflanzenschutzmitteln im System Boden-Pflanze-Wasser zu untersuchen und Daten für die Modellierung des Wasserhaushaltes und des Schadstofftransportes in Bodenmonolithen zu liefern. Im vorliegenden Projekt wird der Einfluss von Klimaveränderung, nämlich das verstärkte Auftreten von Starkregenereignissen und eine mäßige Temperaturerhöhung an den Lysimeter-Monolithen auf das Abbau- und Auswaschungsverhalten eines Pflanzenschutzmittels simuliert. Damit soll die Frage geklärt werden, ob erwartete Klimaveränderungen zu einer signifikanten Veränderung im Umweltverhalten von Pflanzenschutzmitteln führen, und wie bzw. wie stark sich diese Klimaänderungen auf den Bodenwasserhaushalt auswirken können. METHODIK In der Vegetationsperiode 2005 (Mai bis Oktober) wurden die Bodentemperaturen von 2 LysimeterMonolithen im Vergleich zu 2 Referenzlysimeter kontinuierlich um 3°C erhöht. Dies wurde mittels Heizschlangen bewerkstelligt, die in die obersten Bodenschichten eingebracht wurden (s. Abb. 1). In allen Lysimetern wurden die Bodentemperaturen in dreifacher Wiederholung gemessen. Abbildung 1: Heizschlangen im Boden der Lysimeter-Monolithen sowie Überdachung der Versuchslysimeter Die Messung der Bodentemperaturen sowie das Ein- und Ausschalten der Bodenheizung erfolgte in Zeitschritten von 15 Sekunden. Auf den Lysimetern wurde Sojabohne angepflanzt und das Herbizid s-Metolachlor _______________________________________________ P03 ___________________________________________________________ appliziert. Die Versuchslysimeter wurden überdacht (s. Abb.1) und künstlich beregnet. Während insgesamt die Beregnungsmengen über die gesamte Vegetationsperiode für alle 4 Lysimeter gleich waren, wurden die „Global Change“ – Lysimeter seltener, dafür allerdings mit höheren Intensitäten beaufschlagt. ERSTE ERGEBNISSE Die Temperaturverläufe in den Lysimeterböden sind in Abb. 2 dargestellt. Die gewünschte Temperaturerhöhung von 3°C wurde über die gesamte Vegetationsperiode zufrieden stellend erreicht. 35 MW_Lysimeter unbeheizt Lysimeter 4 beheizt Lysimeter 8 beheizt 30 Bodentemperatur [°C] 25 20 15 10 5 Ende Beheizung 0 06.2005 07.2005 08.2005 09.2005 10.2005 11.2005 12.2005 Abb. 2: Bodentemperaturverlauf (Tagesmittel) in den unbeheizten (Mittelwert aus 2 Lysimetern) und beheizten Lysimetern Abb. 3 zeigt die Erträge an Sojabohne der einzelnen Versuchslysimeter zum Zeitpunkt der Ernte (Ende Sept. 2005). Beide „Global Change“ Lysimeter wiesen höhere Erträge auf als die beiden Referenzlysimeter. Derzeit erfolgt die weitere Auswertung der Versuchs900 daten und die Analyse der Pflanzen-, Sickerwasser- und Bodenproben auf ihren Gehalt 800 an s-Metolachlor. Trockenmasse [g] 700 600 500 400 300 200 Abb. 3: Trockenmasseerträge der Sojabohne auf den beheizten und unbeheizten Lysimetern 100 0 beheizt unbeheizt _______________________________________________ P03 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Hourly high resolution short wave solar radiation patterns considering terrain effects Mario Köstl, Hans Züger and Wolfgang Loibl Contact: Wolfgang Loibl Tel.: +43(0)50550-4587 email: [email protected] URL: http://www.systemsresearch.ac.at Abstract: Solar radiation data will be used for vegetation and ecological issues in context of climate change. For photosynthesis and plant growth only the short-wave solar radiation is the relevant. The long wave radiation will be considered by temperature and is therefore neglected in the used downscaling scheme. The regional climate model (RCM) results are stored with 10 km grid cell resolution. The results do not match reality because of the use of a coarse and rather flat digital elevation model (DEM). Especially for the alpine area it is impossible to find the complex slope/exposition system of the real topography in the results. To get data at a reasonable regional scale of 1x1 km, a downscaling in consecutive steps was developed starting from the MM5-output. This was achieved by an Arc/Info script that allows batch processing to calculate hourly maps of an entire year. The individual steps are quoted in the following. RCM-results deliver the sun’s direct short wave radiation, which is - besides shading related to the smooth terrain of the DEM applied within the RCM (turning up to be nearly flat) - dependent on the models hourly cloud cover-factor of the respective RCM cell which works as a sun-radiation filter. Our approach estimates the local deviations due to terrain applying a high resolution DEM with 1x1km cells. A physical sun-radiation model delivers hypothetical clear sky irradiance related to longitude, latitude, to seasonal inclination and day time. The DEM is applied to model the shadow effects due to slope and aspect related to sun angle and inclination, altering the clear sky irradiance related to the single DEM cells. 100 1x1 km DEM cell results are averaged to match the 10x10 km RCM cells. By comparing these averages with RCM-results the deviations are estimated for each RCM-cell. The deviations are interpolated to the 1km grid using standard Kriging. Remaining deviations due to sub grid effects are again examined and finally corrected. The results are high resolution short wave irradiance maps for the corresponding hours and days based on day time, season, cloud cover and topography. High local variations are due to topography whereas large scale differences depend on cloud cover. Depending on the required temporal resolution, one has to regard the RCM-output: daily radiation sums, require hourly RCM-output. Data storage from regional models in reclip:more is performed for every 6 hours. To generate daily incoming solar radiation maps this time resolution is insufficient. Therefore an MM5 extra run with hourly output for the entire year 1990 was conducted. Analysing accumulating daily radiation to monthly sums, it can be assessed, that observed and modelled values show a good coincidence. There is nearly no bias during the 1st third of the year, a positive bias of the model results during summer (where the observation shows a noticeable decline in June) and a moderate negative positive bias during autumn. Vienna located in a smooth topography shows the best coincidence while the mountainous Sonnblick site shows the weakest coincidence. From January to June and again during September and October there is negative bias of the model results while during July and August a positive bias occur, where local influences are responsible for this mismatch. As this evaluation is based just on a 1 year modelling sample and an observation data sample of 4 sites, the interpretation has to be judged as very preliminary. After the 10-year run and inclusion of additional monitoring sites an evaluation can be conducted with less uncertainty. _________________________________________________ P04 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Generating temperature indicators out of MM5 applying different temporal resolutions Mario Köstl, Hans Züger and Wolfgang Loibl Contact: Wolfgang Loibl Tel.: +43(0)50550-4587 email: [email protected] URL: http://www.systemsresearch.ac.at Abstract: Seasonal accumulated temperatures are important parameters for vegetation growth and crop cultivation. Accumulated temperatures are often recorded as Growing Degree Days (GDD) which is the accumulated sum of daily mean temperature values exceeding a certain threshold. There are many different calculation approaches; we applied a version, which calculates cumulated daily temperature means of all days where the temperature mean exceeds 0°C. In the Alps the number of frost days (NFD) is a further important indicator, especially for winter tourism. In our case frost days are defined as days where the minimum temperature is less or equal 0°C. One problem arising through the calculation of daily means is the time interval of data to be stored from results of regional climate models like MM5. As the committed time step for data storage of regional climate model results is 6 hours, it has to be examined whether the 6h temporal resolution meets the needs of daily mean temperature calculation. Thus for the year 1990 a dataset was generated additionally with 1 hour time intervals, to evaluate the deviation between 1h-results and 6h-interval results. The overall variation of temperature differences is within a range of approximately ± 2.5°C. It was expected that there is a general negative bias because temperature maxima after 12h noon cannot be considered by the 6h-intervall data sets containing data of 12h and of 18h, while the daily minima around 6h in the morning should be covered sufficiently by the 6h interval data. Despite there is no general spatial or temporal trend visible. Some figures show some structural SW/NE trends. These differences may be caused by the coarse temporal resolution of weather fronts passing through leading to shifts of daily temperature maxima, minima and thus variation. While the maximum GDD for March to June reaches over 2000 DD °C, the total deviation is less then approximately ± 40 DD °C which shows an average deviation of accumulated daily temperatures of less then ± 0.3°C per day. Thus GDDs derived from 6 hourly data are quite representative for single year trends and all available ARC-sys MM5 results for complete year-runs conducted for the 1981-1990 decade (and 1999) were considered be applied for exemplary analysis of transient model runs. The first period analysed was March to June corresponding to the growing season of crops to be harvested in early summer. Comparing the results of the 5 years 1987 is the coldest year, 1985 is still cold, 1986 is warmer while 1990 and 1999 are the warmest. When we extend the GDD-accumulation until September, we observe the typical growing season for wine and maize. Now the differences between the warmest (1990) and the coldest (1987) year are higher and show significantly more regions with negative deviation as the GDDs for March to June, especially in the Alps. As a frost day is identified due to a minimum temperature at or below 0°C, the 0h and 6h results might lead to less NFDs assuming that those hours might not always show the lowest daily temperatures. Comparing calculations from 1-hour and 6-hourly data the 1hour sets produce significantly more frost days. The differences are low in the Alps, with higher elevations and less temperature variation - down to 0 - but considerably high in the surrounding areas (e.g. in Bavaria). Unlike the calculation of the GDDs there are errors up to 20% in the maximum difference and approximately 10% in the overall mean of the whole domain. Again comparisons between the runs for the years 1985-1987, 1990 and 1999 were made to show the possibilities of getting information out of these data: 1990 and 1999 show significantly less frost days indicating either warmer winters or shorter frost periods. _________________________________________________ P05 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Investigation of heat episodes in Austria using measurements, ERA40-data and GCM-data A. Frank, P. Seibert Institute of Meteorology in Department Water, Atmosphere, and Environment University of Natural Resources and Applied Life Sciences Vienna, Austria [email protected] The year 2003 has shown, that heat waves can have massive impacts on the public life even in northern parts of Europe. In Austria, the project Startclim-2004 was initiated to investigate such heat waves in more detail, the occurrence in the past and future as well as the effects on agriculture or water availability. Within this project, we investigated how well global circulation models can detect such heat-wave episodes for a region in north-eastern Austria. With station measurements in the region, a detection algorithm for such heat waves was developed and tested with the ERA40 data. As a second step we applied the new algorithm to GCM scenarios to get an information about the number and length of future heat waves in Austria. As a first step, we used ERA40 reanalysis data with a horizontal resolution of 2.5x2.5 degrees on four pressure levels (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa and 200 hPa) and compared some parameters such as temperature, humidity, wind, ... with local temperature measurements. All the investigations were made for the months April to September, because only the summer half year is relevant for heat waves. To make the scales comparable and to eliminate single extreme values in the measurements, which can't be found in global models, we used a hierarchical cluster algorithm to group the measurement stations into three regions of Austria. For the northeast region, four grid points of the large-scale model are representative. With a multiple regression model we derived a functional relationship between parameters from the large-scale model and the mean maximum temperature within this region. Taking only the temperature in 850 hPa into account, the regression leads to an R² of 0.89. The final multiple regression includes the following parameters: temperature at 850hPa on two grid points, relative humidity at 700 hPa, relative topography (850 hPa-700 hPa), solar radiation, geopotential at 850 hPa and the two wind components (u at 700 hPa and v at 850 hPa). This combination leads to an R² of 0.94. The unexplained variance seems to be from small-scale effects, such as convection. We tested the Showalter convection index as an indicator for these effects, but it had no effect on the multiple regression. With this functional relationship we determined heat episodes and compared them with observations to evaluate our model. In the second step we interpolated the GCM data (grid size 2.8x2.8 degree) to the grid points of the ERA field for which we had derived the functional relationship. This interpolated data on four grid points were compared to the ERA data set. For each month we calculated the cumulative frequency distribution of the relevant meteorological parameters of the ERA40 data set, the GCM control run and the GCM scenario run. We didn't find significant outliers in the distributions and there were only small differences from month to month. The overall shapes of the curves for ERA, GCM control and scenario look similar for the individual months. In a next step, we used the differences between the cumulative frequency distributions of ERA and GCM control run to adjust the GCM data, both control and scenario. For each day in the data we used the distribution of the respective month, searched it for the percentile interval and used the difference between the ERA and GCM data at that percentile ________________________________________________ P06 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) to adjust the GCM data. With other words, we calculated the changes from GCM control run to the scenario run for each percentile and added this value to the corresponding ERA40 value. To detect heat waves it is necessary to define what is called a heat wave. One definition of a episode that we used is : “successive days with temperatures exceeding 30° C”. This definition is rather strong, because one single dip to, e.g., 29.7°C splits the episode into two shorter ones. This is the reason why we used a definition from Kysely, with small modifications. This definition requires an episode to start with three successive heat days (Tmax ≥ 30°C). The episode continues as long as summer days (Tmax ≥ 25°C) follow and the mean temperature over the whole episode stays over 30°C. As a simple indicator for the effect of a changing climate, we calculated also the number of heat days per year. This number shows a strong increase. Today we observe approximately 5 heat days in the northeast region of Austria per year. For the scenario data (ECHAM4/OPYC3 with the emission scenario IS92 A without aerosols) we derived 27 days (taking only the temperature in 850 hap into account) or up to 32 days per year for the full multiple regression with 8 parameters (see Fig. 1). Heat episodes with more than five successive heat days in the region occur presently with an average return period of 11 years and would occur in the future scenario two times a year. The poster will have its focus on the results, only a few words will explain the method, as it is described here in the abstract in more detail. Fig. 1: Number of heat days per year for different simulations for the northeast region of Austria. Observed represents measurement data, ERA shows the result of the regression model using ERA40 reanalysis data as input and GCM stands for the regression using the meteorological data from the ECHAM4/OPYC3 model as input. The years indicate the control and scenario period. T850 means a regression between the local measurement and the temperature in 850 hPa only and full means a multiple regression using all significant variables (see above). ________________________________________________ P06 ___________________________________________________________ Climate Change and Heavy-Precipitation Weather Patterns in Austria – Status Report Andreas Frank und Petra Seibert Universität für Bodenkultur Wien Institut für Meteorologie (BOKU-Met), Peter-Jordan-Str. 82, 1190 Wien, Österreich Tel: 01 47654-5613, andreas.frank (at) boku.ac.at, petra.seibert (at) boku.ac.at 1 Introduction The project builds on a previous activity within the Startclim programme carried out in 2003 Frank and Seibert (2003) and Seibert and Frank (2006). A new precipitation data set has been collected for the time period from 1948 to 2002 with 12-hour resolution as compared to the 24-hour resolution used previously. The 12 h data were aggregated to running 24 h, 36 h, and 48 h sums. Correlations between the station time series based on the different accumulation periods were calculated as input for the following step, regional clustering. We plan to do again a synoptic clustering with a better decision algorithm and then diagnose simulated future climates. 2 Data Table 1 gives an overview of the distribution of the record lengths available for the stations. For the purpose of regional clustering, stations without overlapping records had to be dismissed. Thus the station number reduces, but still we have about 230 stations as compared to 131 in the previous project. Results shown here are based on preliminary 162 stations. The necessary ERA-40 reananalysis data have been collected for the period 1958-2002, to expand the previously available ERA-15 data. 3 Regional clustering The combined iterative-hierarchical cluster algorithm developed in Frank and Seibert (2003) and Table 1: Frequency distribution of available data Seibert and Frank (2006) has been improved by record lengths for 12-hourly precipitation data in the calculation of a new measure indicating the Austria average coherence within the clusters for each length of record number of stations step, allowing a more objective determination of more than 50 years 65 stations the number of clusters to be retained. Figure 1 more than 40 years 121 stations shows the graph of the average coherence within more than 30 years 174 stations the clusters for different lengths of precipitation 246 stations interval. Bends in the curves indicate natural more than 20 years more than 10 years 333 stations cluster numbers. One can see the increasing cormore than 0 years 428 stations relation for increasing lengths of the measuring intervals. The station Sonnblick forms a cluster of its own which is only merged in the very last step. For the 12 h precipitation sum, the curve indicates five or, as the next best choice if more clusters were desired, ten clusters. For the different longer periods, the curves don’t differ much and point to four (seven, respectively) clusters. The reduction of the number of clusters with increasing period length is understandable from the increasing correlation lengths. As an example, the squared correlations between Seefeld and all other stations are plotted in Fig. 2. The correlation length scale increases with the collection interval, and the correlation field is anisotropic because of Stau and lee effects. Such maps can also be used to identify stations with lower-quality data. When we take ten clusters for the 12 h precipitation sum (Fig. 3), we find some stations which don’t merge with other stations. One of these is – understandably – Sonnblick, another one is Ranshofen in Upper Austria, probably indicating a problem with data quality there. Three other stations in western Austria (Achenkirch, Pitztaler Gletscher and Langen / Arlberg) form also one cluster. The reason P07 mean correlation coefficient inside the clusters 0.8 0.6 0.4 rr12 rr24 rr36 rr48 0.2 30 25 20 15 10 number of clusters 5 Figure 1: Mean in-cluster squared correlations for different lengths of the precipitation summation period (12 h, 24 h, 36 h, 48 h). Arrows mark natural cluster numbers. for this is not clear, as they have no obvious common features which are not shared by surrounding other stations. Thus there remain seven clusters to be discussed – the same number that we obtained in the previous study, with fewer stations and without redistribution in the clustering algorithm (the redistribution was applied only in synoptic clustering, not in regional clustering in the previous study). The West region is almost identical. The Ennstal-Semmering region is not found as a separate region anymore. The Enns valley itself is united with the northern Stau region, looking now very similar to the shape we found before for the winter half year. The southern Stau region now extends a bit more towards the east, especially for the 24 h period. The south-east region shrinks considerably and is now mainly confined to southeastern Styria and southern Burgenland, which makes sense from our experience. The east region gets the Semmering-Wechsel area, and again the Waldviertel in the North of Austria forms its own region. However, the adjacent Muehlviertel combines with the non-alpine areas of Salzburg and Upper Austria to a separate cluster, which we could call northwest region, again similar to the previous winter results. 9˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 49˚ 49˚ 48˚ 48˚ 47˚ 47˚ 46˚ 9˚ 9˚ 18˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ correlation rr_12h 49˚ 49˚ 0 −0.06 0.06 − 0.12 0.12 − 0.18 0.18 − 0.24 0.24 − 0.30 0.30 − 0.36 0.36 − 0.42 0.42 − 0.48 48˚ 0.48 − 0.54 0.54 − 0.60 0.60 − 0.66 0.66 −0.72 0.72 − 0.78 0.78 − 0.84 0.84 − 0.90 0.90 − 0.96 > 0.96 48˚ 47˚ 46˚ 46˚ 9˚ 18˚ 18˚ 47˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ correlation rr_48h 0 −0.06 0.06 − 0.12 0.12 − 0.18 0.18 − 0.24 0.24 − 0.30 0.30 − 0.36 0.36 − 0.42 0.42 − 0.48 0.48 − 0.54 0.54 − 0.60 0.60 − 0.66 0.66 −0.72 0.72 − 0.78 0.78 − 0.84 0.84 − 0.90 0.90 − 0.96 > 0.96 46˚ 18˚ Figure 2: Squared spatial correlation coefficient between station Seefeld in Tirol (brown dot) and all others (left: for 12 h precipitation, right: for 48 h) P07 9˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 49˚ 48˚ 47˚ 47˚ 46˚ 9˚ 10˚ 9˚ 11˚ 10˚ 11˚ 12˚ 12˚ 13˚ 13˚ 14˚ 14˚ 15˚ 15˚ 16˚ 16˚ 46˚ 18˚ 17˚ 17˚ 49˚ 47˚ 46˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 46˚ 18˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 18˚ 49˚ 48˚ 47˚ 46˚ 9˚ 10˚ 9˚ 47˚ 12˚ 47˚ 18˚ 48˚ 11˚ 48˚ 11˚ 10˚ 11˚ 12˚ 12˚ 13˚ 13˚ 14˚ 14˚ 15˚ 15˚ 16˚ 16˚ 17˚ 18˚ 49˚ 48˚ 48˚ 47˚ 47˚ 46˚ 9˚ 46˚ 18˚ 17˚ 49˚ 49˚ 48˚ 10˚ 49˚ 49˚ 48˚ 9˚ 9˚ 18˚ 10˚ 11˚ 12˚ 13˚ 14˚ 15˚ 16˚ 17˚ 46˚ 18˚ Figure 3: Cluster analysis for 12 h (top left), 24 h (top right), 36 h (bottom left) and 48 h (bottom right) precipitation sums, larger number of clusters. Cluster results for 24 h, 36 h and 48 h periods are rather similar. From 12 h to 24 h results, we find that mainly a redistribution among the northwest, north, east and southeast regions takes place. West region, northern and southern Stau are not much affected. The northwest region expands towards the previous north region, whose remaining part is ‘swallowed’ by the east region, which in turn looses the Semmering-Wechsel region to the southeast region. The border between southerly Stau and southeast region also moves a bit eastward. The changes from the 24 h period to the 36 h period are small, affecting the Semmering-Wechsel region and the border between southerly Stau and the south-east region. Finally, from 36 h to 48 h, again only a single station changes its region. Acknowledgements This project is financed by the Global Change programme of the Austrian Academy of Sciences (ÖAW). Access to ECMWF data is granted through the Special Project MOTT. We thank ZAMG for the access to the station data. References Frank, A. and P. Seibert (2003), Diagnose von Extremereignissen aus großräumigen meteorologischen Feldern. Endbericht zum Projekt StartClim.4. In: H. Kromp-Kolb and I. Schwarzl (eds.), Startprojekt Klimaschutz: Erste Analysen extremer Wetterereignisse und ihre Auswirkungen in Österreich. Endbericht, Institut für Meteorologie und Physik, Univ. für Bodenkultur Wien, Vienna, Band 1, 4.1-4.44, on-line at http://www. boku.ac.at/imp/envmet/sc4.pdf. Seibert, P. and H. Frank, A. Formayer (2006), Synoptic and regional patterns of heavy precipitation in Austria. Theor. Appl. Climatol. p. (accepted). P07 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Kurzfristige und langfristige Variabilität der solaren UV-Strahlung in Österreich S. Simic, P. Weihs, H. Kromp-Kolb, A. Vacek und W. Laube Institut für Meteorologie, Universität für Bodenkultur Wien [email protected] ZUSAMMENFASSUNG Kenntnisse über die spektrale UVB-Bestrahlungsstärke und ihre Abhängigkeit von verschiedenen Parametern sind Voraussetzungen, um Wirkung und Folgen einer Zunahme der UVB Strahlung quantitativ verstehen und abschätzen zu können. Die Intensität der an der Erdoberfläche eintreffenden UV-Strahlung wird durch die Konzentrationen des stratosphärischen Ozons, sowie durch weitere sich gegenwärtig und in Zukunft verändernde Atmosphärenparameter, wie Bewölkung, Aerosole und Oberflächenalbedo, beeinflusst. Infolgedessen ist die Messung und Modellierung der am Erdboden ankommenden UV-Strahlung und ihrer spektralen Verteilung und das Verständnis des Einflusses der Klimaänderung Schwerpunkt gegenwärtiger UVForschung. Die messtechnische Bestimmung der spektralen UV-Strahlung ist schwierig und technisch aufwendig. Das liegt zum einen am geringen Anteil der UVB-Strahlung an der Globalstrahlung und zum anderen daran, dass die spektrale Bestrahlungsstärke zu kürzeren Wellenlängen stark abfällt. Die Stabilität der verwendeten Geräte muss über eine lange Messzeit gewährleistet sein, um z.B. Langzeitveränderungen der UVStrahlung erfassen zu können. Kontinuierlich spektral aufgelöste Messungen der UV Strahlung sowie theoretische Methoden dienen in der vorliegenden Arbeit dazu, den Transfer ultravioletter Strahlung durch die Erdatmosphäre zu untersuchen. Der Schwerpunkt des Interesses liegt in den hohen Lagen des Alpengebietes (Hoher Sonnblick, 3106 m). Die Untersuchungen sollen den Einfluss des Ozon, der Oberflächenalbedo und der Bewölkung auf die spektrale ultraviolette UV-Bestrahlungsstärke zeigen. Für die Durchführung von Prozessstudien wurde vom Institut für Meteorologie seit 1993 ein messtechnisches Instrumentarium aufgebaut, mit zwei stationären Spektralradiometern, einem Brewer-Spektrophotometer und einem Bentham-Spektralradiometer am Hohen Sonnblick und einem mobilen Bentham-Spektralradiometer in Großenzersdorf, der zur Qualitätskontrolle dient und für Messkampagnen eingesetzt wird. Die längste mit dem Brewer-Spektrophotometer gemessene UVB Datenmessreihe diente dazu, eventuelle Trends festzustellen. Für die Messreihe von 1994 bis 2003 konnte kein signifikanter Trend in der UVB-Bestrahlungsstärke nachgewiesen werden. Das bedeutet allerdings nicht, dass keine Änderungen der UV-Strahlung eingetreten sind. Vielmehr ist es wegen der hohen natürlichen Variabilität der UV-Strahlung schwierig, einen eindeutigen Trend zu ermitteln. Das verdeutlicht die Wichtigkeit, kontinuierlich über viele Jahre UV-Strahlungsmessungen mit langzeitstabilen Messgeräten durchzuführen. Die UV-Strahlung ist von mehreren meteorologischen Parametern abhängig, was zu einer großen Variabilität führt. Eine quantitative Abschätzung der Einflussgrößen auf die beobachtete kurzeitige Variabilität der UVB-Strahlung wird durchgeführt. Die verwendete Methode basiert auf spektralen Messungen und Strahlungstransfermodell. Sie _______________________________________________ P08 ________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) ermöglicht es, den Einfluss von Ozon, Albedo und Wolken auf die Variabilität der UVStrahlung getrennt abzuschätzen. Die Auswirkung des Gesamtozons auf die kurzeitige Variabilität der UV-Strahlung kann über 200% betragen; auf die Variabilität der Monatsmittelwerte über 50%. Die durch die Albedo gefundene maximale Variabilität im April beträgt 32% und im Mittel 6%. In den Sommermonaten wird die kurzeitige Variabilität der UV-Strahlung überwiegend durch die Bewölkung verursacht. Gesamtozon Wolken Albedo Variabilität der Monatsmittelwerte [%] 60 50 40 30 Abbildung 1: Die maximale Variabilität in % berechnet für jede der Einflussgrößen: (Maximum-Minimun/Mittelwert) der Monatsmittelwerte der Gesamtzeitreihe von 1994 bis 2003 20 10 0 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat Eine Erhöhung der UV-Bestrahlungsstärke mit sinkender Schneegrenze wird für wolkenlosen und bedeckten Himmel gezeigt. Bei wolkenlosem Himmel wird die Erhöhung der Bestrahlungsstärke mit fallender Schneegrenze direkt aus den Messungen und der dazu gehörenden effektiven Albedo mit dem Strahlungstransfermodell abgeleitet. Eine Änderung der Schneegrenze von 3000 m auf 800 m erhöht beispielsweise die Bestrahlungsstärke bei 305 nm bei wolkenlosem Himmel um einen Faktor 1.24 (±0.04), was einer effektiven Albedo von 0.63-0.78 entspricht. Bei bedecktem Himmel führt ein Absinken der Schneegrenze auf 800 m zur eine Erhöhung der Bestrahlungsstärke bei 305 um einen Faktor 1.73 (±0.11). Eine Unsicherheit in der Erhöhung der UV- Bestrahlungsstärke von ±4% führt zu einer Unsicherheit in der Bestimmung der effektiven Albedo von ±0.1. Zur besseren Erforschung von Streu- und Absorptionsvorgängen, sowie zur Berücksichtigung jeglicher Art von Heterogenität des Erdbodens soll mit dreidimensionalen Strahlungstransfermodellen zukünftig noch genauer untersucht werden. Das in der vorliegenden Untersuchung verwendete hochqualitative Instrumentarium bildet Grundlage für die zukünftige Erforschung der UV-Strahlung. Dennoch bleibt die weitere Verbesserung der Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung weiterhin ein Ziel der Arbeit am Institut für Meteorologie. _______________________________________________ P08 ________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Messungen und Analyse des Gesamtozons in Österreich S. Simic, A.W. Schmalwieser1, P. Weihs, H. Kromp-Kolb, A. Vacek Institut für Meteorologie, Universität für Bodenkultur Wien 1 Institut für Medizinische Physik und Biostatistik, Veterinärmedizinische Universität Wien [email protected] ZUSAMMENFASSUNG Gesamtozonmessungen am Hohen Sonnblick (3106 m) bestätigen die seit 30 Jahren beobachtete Ausdünnung der Ozonschicht über Mitteleuropa (Abbildung 1). Nach einer starken Abnahme bis etwa zum Jahr 1993 scheint sich die Konzentration auf niedrigem Niveau zu stabilisieren [Newchurch et al., 2003, Steinbrecht et al., 2004]. Die nachgewiesene generelle Klimaänderung, verbunden mit einer Erwärmung der Troposphäre und einer Abkühlung der Stratosphäre, lässt allerdings auch in Zukunft eine weitere Beeinflussung der Ozonschicht erwarten. Im arktischen Winter 2004/2005 wurde eine der stärksten jemals dokumentierten Ozonverluste in der Arktis gemessen entgegen dem Trend der bereits leicht abgesunkene Halogenbelastung (Rex et. al, 2005). Die Monatsmittelwerte in Österreich lagen in den letzten 10 Jahren im Winter bis 20% und in den Sommermonaten bis 10% unter dem langjährigen Monatsmittel. An einzelnen Tagen erreichte das Ozondefizit sogar Werte von nahezu minus 40%. Diese besonders niedrigen Werte (Ozon-Mini-Löcher) konnten in den letzten Jahren beobachtet werden. Diese Ozon-Mini-Löcher können kurzzeitig auftreten, in 1-2 Tagen über Mitteleuropa hinwegziehen und zu erhöhter UVBelastung führen (Abbildung 2). Da im Frühjahr die Ozonabnahme am größten ist, hat hier die UV-Belastung am stärksten zugenommen. Im Frühjahr wird das UV-Risiko für die Menschen dadurch verstärkt, dass die Haut noch nicht ausreichend an die Strahlungsbelastung adaptiert ist. Abbildung 1: Jahresgang der Monatsmittel des Gesamtozons und die langjährigen Monatsmittel mit deren Standardabweichungen. Das erste Halbjahr 2005 war durch eine sehr variable Ozonschichtdicke gekennzeichnet. Die Abweichung des Gesamtozons im Januar betrug -9 %, im Februar –4 % und von März bis Juni bis zu -10 % im Vergleich zum langjährigen Mittel _____________________________________________ P09 ________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) 12 UV-Index 10 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 20.März 2005 8 6 Abbildung 2: Der zeitliche Verlauf des UV-Index am Hohen Sonnblick von 1998 bis Mai 2005 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Julianischer Tag Die langfristigen Änderungen in der Ozonverteilung gehen eng mit Änderungen meteorologischer Parameter einher. Durch die langen Sonnblick Gesamtozonmessreihen wurde umfangreiche statistische Untersuchungen zwischen Ozon und verschiedenen atmosphärischen Größen durchgeführt. Die Auswertungen basierten auf meteorologischen Parametern aus den Analysefeldern des Wettervorhersage-Modells des ECMWF für die SonnblickStation und aus Radiosonden-Messungen. Hohe Korrelationen sind besonders mit den Temperaturverläufen und der Tropopausenhöhe zu beobachten. Während des Sommers ist die Korrelation des Gesamtozons mit troposphärischen Temperaturen etwa gleich mit der mit stratosphärischen Temperaturen, im Winter korrelieren stratosphärische Niveaus besser als troposphärische. Die Regression erklärt einen wesentlichen Teil der Ozonvarianz zwischen 60 und 82 %. Literatur: Newchurch, M. J., Yang, E.-S., Cunnold, D. M., Reinsel, G. C., and Zawodny, J. M. (2003). Evidence for slowdown in stratospheric ozone loss: First stage of ozone recovery. Journal of Geophysical Research, 108(D16), doi:10.1029/2003JD003471. Steinbrecht; W.; Claude; H.; Winkler; P. (2004): Enhanced upper stratospheric ozone: Sign of recovery or solar cycle effect?, J. Geohys. Res. 109: 10.1029/2003JD004284 Rex et al., (2005): Ungewöhnliche kalte Stratosphäre verursacht starke Ozonverluste im arktischen Winter 2004/2005, Ozonbulletin, des Deutschen Wetterdienstes, Ausgabe Nr. 104 _____________________________________________ P09 ________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Untersuchung trockengestresster Getreide anhand Fernerkundungsmethoden K. Huber (1), J. Eitzinger (1), J. Haumann (2), G. Kaiser (3), R. Linke (2), W. Postl (2), P. Rischbeck (1), W. Schneider (3), F. Suppan (3), P. Weihs (1) (1) Institut f. Meteorologie, Universität f. Bodenkultur, P.-Jordan Str. 82, 1190 Wien, Österreich, Tel.: +43 1 47654 5625, fax: +43 1 47654 5610, Email: [email protected]; (2) Institut f. Ökologie und Naturschutz, Abt. f. Gärtnerische Pflanzenphysiologie u. Primärproduktion, Universität Wien, Österreich; (3) Institut für Vermessung, Fernerkundung und Landinformation (IVFL), Universität f. Bodenkultur, Wien, Österreich 1. EINLEITUNG Die Studie wurde im Rahmen des FWF Projekts „crop drought stress monitoring by remote sensing” (DROSMON)* in Kooperation der Universität Wien und der Universität f. Bodenkultur durchgeführt. Das Ziel dieses Projekts ist es, unter Ausnützung der neuen Möglichkeiten optischer Fernerkundung und der synergistischen Effekte unterschiedlicher Sensortypen Fernerkundungsmethoden zur Erkennung und zur Überwachung von Trockenstress an landwirtschaftlichen Kulturen zu entwickeln. Die frühe Erkennung von Trockenstress ist von substanzieller Bedeutung für eine effiziente Getreideproduktion in Bezug auf Quantität und Qualität. Ein wichtiger Aspekt in diesem Kontext sind mögliche Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die landwirtschaftliche Produktion, die sich zu einem der Hauptthemen der Forschung auf dem Gebiet des Klimawandels entwickeln. Fernerkundung, d.h. Erdbeobachtung von Satelliten aus, ermöglicht die Überwachung des Zustands landwirtschaftlicher Kulturen über große Flächen. In jüngster Zeit wurden Sensorsysteme entwickelt und in den Erdumlauf gebracht, die neue Möglichkeiten auch für das Monitoring von Trockenstress landwirtschaftlicher Kulturen eröffnen. Ein grundlegender methodischer Ansatz im Projekt stellt die Austestung und Anpassung physikalischer Reflexionsmodelle dar, die den Zusammenhang zwischen der Trockenstressintensität und Reflexionseigenschaften von Pflanzenbeständen quantitativ beschreiben. In der Diskussion der Modellparameter im Kontext Trockenstress wird die Reduktion des Wachstums, und somit des Blattflächenindex (LAI), als eine der wichtigsten Reaktionen der Feldfrüchte betrachtet1. Im vorliegenden Beitrag werden erste Ergebnisse der spektralen Messung und Modellierung eines Weizenbestandes präsentiert. 2. METHODIK 2.1. Spektrale Messungen Von Mai bis Juli 2005 fanden spektrale und biophysikalische Messungen im Testgebiet Großenzersdorf (Marchfeld) an einem Durum-Weizenfeld (Triticum durum) statt. Die spektralen Messungen wurden mit einem tragbaren Feldspektroradiometer FieldSpec Pro FR (ASD) zu drei verschiedenen phänologischen Stadien (Ährenschieben, Blüte und Teigreife) durchgeführt. Es wurden jeweils zahlreiche Messpunkte gewählt, um einerseits Repräsentativität zu gewährleisten, aber andererseits auch um die Unterschiede im Pflanzenwachstum, die sich durch die Heterogenität der Bodenart ergeben, zu erfassen. Der vorherrschende Bodentyp ist ein grauer Auboden, der aufgrund ehemaliger Donaumäander von Strängen leichten grauen Aubodens durchzogen wird. Letzterer zeichnet sich durch geringe Wasserspeicherkapazität aus, die zu einer deutlichen Minderung des Ertrags führt. * Information: http://bokudok.boku.ac.at/bokudok/en_search_project.show_project?project_id_in=5460 __________________________________________ P10 _____________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) In den zu den ersten beiden Zeitpunkten gemessenen Spektren der Durum-Weizenpflanzen werden diese Unterschiede deutlich (Abb.1). Abb.1: Vergleich trockengestresster und normalentwickelter Weizenpflanzen in Oberhausen, vegetatives Stadium (04.06.2005) , Blüte (21.06.2005) und späte Teigreife (13.07.2005) In dem Zeitraum der Messperiode wurden wiederholt LAI Werte (mit LAI2000 plant canopy analyzer, LiCor) im Bereich des normalen Bodens sowie an den sandigen Stellen aufgenommen. Die gemessenen LAI Werte wurden denen mit dem Wachstumsmodell CERES simulierten gegenübergestellt. 2.2. Reflexionsmodellierung und Modellinversion Für die Berechnung der direkten Reflexion wurde die gekoppelte Version des Blatt- und Bestandesreflexionsmodells PROSPECT2 und SAIL3 (PROSAIL) herangezogen. Im ersten Schritt wurde ausgetestet ob die simulierten Spektren die mit FieldSpec gemessenen abbilden können. Im zweiten Schritt wurden die biophysikalischen Parameter (insbesondere LAI) mithilfe zweier Inversionsverfahren („look-up-tables“4 und künstliche Neuronale Netze4) geschätzt. 3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION Die Schätzung der biophysikalischen Parameter, insbesondere des LAI, mithilfe der 2 Inversionsmethoden liefert eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen/simulierten Werten. Es wird der Unterschied zwischen denen auf sandigen Boden wachsenden (LAI 1.1–1.6) - und somit unter Wassermangel leidenden - und denen sich auf günstigeren Bodenstandorten befindenden Pflanzen (LAI: 2.0 – 2.7) deutlich. Die Ergebnisse bekräftigen somit die Bedeutung des LAI für die Abschätzung der Trockenstressintensität von Getreide. Weitere Untersuchungen und Analysen der Felddaten sind notwendig um unsere Aussagen zu bestätigen und die Eignung der verwendeten Reflexionsmodelle für unsere Fragestellung zu testen. DANKSAGUNG Wir danken Fréderick Baret und seinen Mitarbeitern (INRA, Avignon) für die Bereitstellung der verwendeten Reflexionsmodelle. REFERENZEN 1. 2. 3. 4. Acevedo, P.; Silva, P.; Silva, H. (2002): Wheat growth and physiology. In: Curtis, B.: Bread Wheat, FAO Plant Production and Protection Series, Rome Verhoef, W. (1984): Light scattering by leaf layers with application to canopy reflectance modeling: the SAIL Model. Remote Sensing of Environment, Vol. 16, 125-141 Jacquemoud, S. & Baret, F. (1990): a model of leaf optical properties spectra, Remote Sensing of Environment, 34, 75-91 Combal, B.; Baret, F.; Weiss, M.; Trubuil, A.; Macé, D.; Pragnère, A.; Myeni, R.; Knyazikhin, Y.; Wang, L. (2002): Retrieval of biophysical variables from bidirectional reflectance using prior information to solve the illposed problem, Remote Sensing of Environment, Vol. 84, 1-15 __________________________________________ P10 _____________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Agriculture and Global Climate Change: Influences of changed growth conditions (elevated CO2-concenatration and temperature (+3°C)) on important cultural crops in Austria R. Linke, H.R. Bolhàr-Nordenkampf, J. Haumann, M. Meister and W. Postl Department of Ecophysiology and functional Anatomy of Plants, Faculty Center of Ecology, University of Vienna Contact: [email protected] Introduction Atmospheric CO2 enrichment generally enhances photosynthetic and growth rates causing an increase in standing biomass and/or an advanced ontogenetic development, as frequently observed with higher temperatures. This substantial shortening of the growth period provides less time for carbon fixation and reduces biomass accumulation, especially of annual species with determinated growth (MORISON AND LAWLOR, 1999). Thus, a combined increase of CO2 concentration and temperature does not necessarily translate into improved biomass production and higher yield and the limitations by other factors like water relations and the uptake of mineral nutrients become more prominent (AMTHOR, 2001). Material and Methods Plants (Triticum durum L. cv. Helidur and Vicia faba L. cv. Gloria) were grown in KickBrauckmann pots in two growth chambers supplied with 367 µmol.mol-1 CO2 (Climatic Scenario 2002, CS 2002) and 700 µmol.mol-1 CO2 +3°C (climatic scenario 2100, CS 2100). Detailed growing conditions see table 1. Table 1.: Summary of growing conditions. Temperature Scenario 2002 Scenario 2100 Rel. humidity Day length Spring 07-14°C/ 06-12°C 10-17°C/ 09-15°C 60-80%/ 75-90% 13,5 h Early summer 13-23°C/ 12-20°C 16-26°C/ 15-23°C 50-90%/ 60-90% 15,5 h Summer 17-28°C/ 14-20°C 20-31°C/ 17-23°C 40-85% / 50-90% 17 h Water supply Triticum durum and Vicia faba drought stress (W1) 45% field capacity optimal water supply (W3) 75% field capacity N-Supply Triticum durum Vicia faba 2,25g N / pot; equivalent to 315 kg N / ha 0,3g N / pot equivalent to 42kg / ha Inoculation with Rhizobium sp. Culture Substrate Mixture of two parts agricultural soil (6,33kg; A-Horizon) and one part quartz sand (3,17kg) Results and Discussion Total water consumption (see table 2.) of T. durum and V. faba plants grown in CS2100 was lowered compared to plants grown in CS2002. The enormous differences in the water consumption of wheat plants in summer can be ascribed to faster ontogenetic development ________________________________________________ P11 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) in CS2100 resulting in a vegetation period shortened by finally 18d. The amount of water consumed varied greatly between seasons. Water use efficiency (WUE) of plants (T. durum and V. faba) cultivated in CS2100 was higher than that of plants grown in CS2002 showing that less water was needed to produce a comparable amount of dry matter. Drought stress also positively affected WUE (see table 3.). Table 2: Detailed summary of water consumption (l/pot) of T. durum and V. faba Spring Early Summer Summer Total Water Consumption Scenario T. durum W1 W3 V. faba W1 W3 CS 2002 CS 2100 CS 2002 CS 2100 CS 2002 CS 2100 3,9 4,6 8,4 8,3 9,2 3,2 5,7 8,3 16,4 16,4 20,0 7,2 0,6 0,6 3,9 5,8 15,0 10,8 1,8 2,2 8,0 10,8 28,0 24,2 CS 2002 21,6 42,0 19,5 37,5 CS 2100 16,2 32,0 17,2 37,1 Table .3: Yield and protein content of T. durum (30 plants per pot) and V. faba (6 cultivated in different climate regimes. plants per pot) Triticum durum L. CS 2002 CS 2100 W1 W3 W1 W3 Vicia faba L. CS 2002 CS 2100 W1 W3 W1 W3 grain yield [g DM / pot] 1000 kernel weight [g] grain protein content [%] 39,4 55,5 35,8 49,9 21,7 43,9 23,7 39,1 46,9 44,2 40,5 38,2 516,1 420,1 375,1 424,6 17,9 15,3 18,7 14,7 31,3 27,9 31,7 27,9 WUE [g DM. l-1] 1,82 1,42 2,21 1,85 2,24 2,25 2,71 2,42 Drought stress reduced dry matter grain yield of T. durum and V. faba in both climatic scenarios (see table 3). Growth of T. durum plants under conditions of elevated CO2 concentration and temperature (+3°C) which led to an accelerated ontogenetic development and a shortening of the vegetation period by 18 (T. durum) and 10 days (V. faba), caused a decrease in grain yield of T. durum independently of water supply. However, in V. faba a reduction of grain yield was only observed under well watered conditions. Growth under conditions of elevated CO2 concentration and temperature of CS2100 lowered 1000 kernel weight of T. durum and V. faba, which is mainly attributable to a shortening of grain filling duration due to the faster ontogenetic development. Permanent moderate drought stress slightly increased 1000 kernel weight. In both climatic scenarios grain protein content of T. durum and V. faba was lower under well watered conditions due to the higher grain yield. Literature Amthor J.S. (2001). “Effects of atmospheric CO2 concentration on wheat yield: review of results from experiments using various approaches to control CO2 concentration.” Field Crops Research 73(1): 1-34 Morison J. I. L. and Lawlor D.W. (1999). “Interactions between increasing CO2 concentration and temperature on plant growth.” Plant, Cell and Environment 22: 659-6 ________________________________________________ P11 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Innsbruck University Network of Climate & Cryospheric Research Adaption Measures to Climate Change for Glacier Ski Resorts Andrea Fischer, Marc Olefs, Josef Lang alpS - Zentrum für Naturgefahrenmanagement, Grabenweg 3, 6020 Innsbruck http://www.alp-s.at Institute of Meteorology and Geophysics, Ice and Climate Group, Innrain 52, University of Innsbruck, 6020 Innsbruck http://meteo9.uibk.ac.at/IceClim/IMGIGletscherKlimaen.html [email protected], Tel. 0043/512/507/5467 Fax: 0043/512/507/2924 [email protected], Tel. 0043/512/507/5492 Fax: 0043/512/507/2924 [email protected], Tel. 0043/512/507/5492 Fax: 0043/512/507/2924 Abstract After the short period of glacier growth in the 1980s, the area of Austrian glaciers is shrinking. The glacier surface is lowering up to dozens of meters. This affects not only the local hydrological and climatological system, but also the regional economy. For the Tyrolean valleys, glacier ski resorts are an important factor of the local socio-economic system. Glacier ski resorts help to safeguard jobs and provide longer working seasons than winter tourism at lower altitudes. Glacial recession forces the relocation of buildings and ski tracks and increases the maintenance costs and work needed for the start of the ski season. The project B 2.5. ‘Aktiver Gletscherschutz’ at alpS has the aim to find an ecologic and sustainable way for glacier ski resorts to adapt to altered climatic conditions. 3 Institutes of the University of Innsbruck are evaluating and optimizing technical measures for reducing the snow and ice melt in critical zones of glacier ski resorts. The research on technical measures includes covering the glacier, water injection, snow compaction and snow deposits. Test sites are located at Kaunertaler, Pitztaler, Söldener and Stubaier Glacier ski resorts. First, critical zones within the resorts were defined by analysing specific problems related to glacial recession. For each type of neuralgic zone, solutions are developed. Example for glacier changes: Hintereisferner, Ötztal Alps Hintereisferner is situated in central Ötztal Alps and covered an area of 7,8 km² in 2004. At the beginning of the 1980, where many alpine glaciers gained mass and the termini advanced, it had an area of 9.0 km². In these years, most of the glacier ski resorts were built. The changes for Hintereisferner are shown here to illustrate the glacier changes on natural, not economically used glaciers (Figure 1). The implications of glacier changes for glacier ski resorts Figure 2 shows examples from different glacier ski resorts for increasing effort for maintenance of lifts and ski tracks caused by glacial recession References Fischer, A., M. Olefs und J. Lang, 2005, Ein Sonnenhut für Alpengletscher, Berliner Naturschutzblätter, 4. ________________________________________________ P12 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) mass balance Hintereisferner 1962 to 2003 1500 mm water equivalent 1000 500 0 -500 -1000 2003 2001 1999 1997 1995 1993 1991 1989 1987 1985 1983 1981 1979 1977 1975 1973 1971 1969 1967 1965 -2000 1963 -1500 year Figure 1 a) b) Since 1952, mass balance is measured from the Institute of Meteorology and Geophysics of the University of Innsbruck (Figure 1). Since mid of the 1980s, mass balances are strongly negative resulting in a decrease of the surface height shown in Figure 1 (b) for 1979 to 2003. On the glacier tongue, surface elevation decreased up to over 50 m. Figure 2: A part of Hintereisferner (Im Hintern Eis, below Egg) in September 1979 and 2005. The altitudes of the area shown range from about 2850 to 3200 m.a.s.l. 2003, firn covered area is reduces, ice below Egg is covered by rocks and debris, rocks melted free and the firn cover is reduced. Number and size of crevasses is reduced. a) b) c) Figure 3. The glacier changes shown at the example of Hintereisferner affect glacier ski resorts in difficulties to reach the surface of the glacier from lift stations and buildings, to keep the steepness and surface elevation of ski tracks constant. For example at: a) Brunnenkogel, Pitztaler glacier ski resort, 27.08.2003 b) Mittelbergferner, Pitztaler glacier ski resort, 04.08.2004 c) Schaufelferner, Stubaier glacier ski resort, 13.10.2005 ________________________________________________ P12 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Informationen: Authors: Andrea Fischer, Marc Olefs, Josef Lang alpS - Zentrum für Naturgefahrenmanagement, Grabenweg 3, 6020 Innsbruck http://www.alp-s.at Institute of Meteorology and Geophysics, Ice and Climate Group, Innrain 52, University of Innsbruck, 6020 Innsbruck http://meteo9.uibk.ac.at/IceClim/IMGIGletscherKlimaen.html [email protected], Tel. 0043/512/507/5467 Fax: 0043/512/507/2924 [email protected], Tel. 0043/512/507/5492 Fax: 0043/512/507/2924 [email protected], Tel. 0043/512/507/5492 Fax: 0043/512/507/2924 Topics of Research/Links to other groups: The Ice and Climate group of the Institute of Meteorology and Geophysics of the University of Innsbruck is doing research in several fields of glaciology and climatology. The mass balance networks of Kesselwandferner, Hintereisferner and Jamtalferner are maintained together with local long term climate stations. Size and volume of Austrian glaciers is compiled in the new Austrian glacier inventory. Glacier mass balance, runoff and snow cover is modelled. The new University focus on Climate and Cryosphere unites the Institutes engaged in the Innsbruck University Network on Climate & Cryospheric Research ICCR (http://meteo9.uibk.ac.at/IceClim/Cryo/cryo_a.html) alpS makes a substantial and sustainable contribution to the safety of inhabited and industrial alpine areas. Methods of »improved« management of natural hazards are demonstrated by an international research team in ways crossing traditional discipline boundaries. In particular the effects of socio-economic changes and the effects of the global climatic change on the potential hazards in inhabited and industrial alpine areas are examined and taken into account. ________________________________________________ P12 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Greenhouse gas and ammonia emission abatement by slurry treatment B. Amon1, V. Kryvoruchko1, G. Moitzi1, T. Amon1 1 University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Department of Sustainable Agricultural Systems, Division of Agricultural Engineering, Peter-Jordanstrasse 82, A-1190 Wien, AUSTRIA; e-mail: [email protected] NH3, CH4 and N2O emissions from the manure management continuum “storage” and “field application” were quantified in pilot scale slurry tanks. The effect of the following treatments was investigated: untreated slurry, mechanically separated slurry (emissions from the slurry and from composting of the separated solids), anaerobically digested slurry, slurry covered with a layer of chopped straw, slurry aeration. Emission rates were determined with a large open-dynamic chamber and with high resolution FTIR spectrometry. Measurements were carried out with dairy cattle and with pig slurry, and in winter and in summer. After storage, slurries were applied on grassland with band spreading techniques. Emissions were followed with the large open dynamic chamber (NH3) and with closed chambers (N2O and CH4). Ammonia emissions mainly occurred after field application. Promising mitigation options are low trajectory application techniques and proper timing of application. Anaerobic digestion is an effective means to reduce greenhouse gas emission. Straw cover and slurry aeration showed negative environmental effects and should not be implemented on commercial farms. ________________________________________________ P13 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Influence of different levels of covering on greenhouse gas and ammonia emissions from slurry stores B. Amon1, V. Kryvoruchko1, T. Amon1 1 University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Department of Sustainable Agricultural Systems, Division of Agricultural Engineering, Peter-Jordanstrasse 82, A-1190 Wien, AUSTRIA; e-mail: [email protected] Slurry storage contributes considerably to ammonia and GHG emissions. Before mitigation options can be recommended, the key controls of emissions must be understood. There is a considerable lack of such basic knowledge. Experiments aimed at quantifying the effect of different slurry storage conditions on ammonia and GHG emissions from dairy cattle slurry. Emissions were followed from untreated slurry with and without a wooden cover and from anaerobically digested slurry without any cover, with a layer of chopped straw and with a layer of chopped straw and a wooden cover. Experiments were carried out under cold winter and under warm summer conditions to cover the year-round range in temperatures. Anaerobic digestion was found to be an effective mitigation option for methane and GHG emissions from slurry stores. A wooden lid placed on the slurry tank reduced CH4 and NH3 emissions, whereas NH3 emissions from uncovered anaerobically digested slurry were high due to the high NH4-N content and pH value. It is recommended that slurry tanks, and particularly those used for storage of slurry treated in biogas plants, are equipped with a cover. This will reduce CH4 release into the atmosphere, as well as NH3 emissions. Full environmental benefits of anaerobic digestion can only be exploited, if all tanks are covered. ________________________________________________ P14 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Österreichische Emissionsinventur, Bereich “Landwirtschaft” B. Amon1, M . Fröhlich1, T. Amon1 1 University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Department of Sustainable Agricultural Systems, Division of Agricultural Engineering, Peter-Jordanstrasse 82, A-1190 Wien, AUSTRIA; e-mail: [email protected] Internationale Verpflichtungen regeln das Erstellen von Emissionsinventuren. Die UNECE „Convention on Long-range Transboundary Air Pollution (CLRTAP)“ trat 1983 in Kraft. Sie besteht derzeit aus acht Protokollen, die unterschiedliche Luftschadstoffe regeln. Das jüngste Protokoll aus dem Jahr 1999, das „Göteborg-Protokoll“, soll die Versauerung, Eutrophierung und das bodennahe Ozon vermindern. Emissionen und Senken der direkten Treibhausgase CO2, CH4, N2O, HFC, PFC und SF6, und der indirekten Treibhausgase NOx, NMVOC, CO und SO2 werden entsprechend den Beschlüssen der Vertragsstaatenkonferenzen des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) erhoben. Das Kyoto-Protokoll baut auf der UNFCCC auf und setzt gesetzlich verbindliche Emissionsreduktionsziele fest. Die Konferenz der Mitgliedsländer (COP) hat beschlossen, dass jährlich ein nationaler Inventur Bericht (NIR) erstellt werden muss, der genaue, vollständige und objektiv nachvollziehbare Angaben zur nationalen Emissionsinventur enthält. Der Fortschritt bezüglich der Erreichung des Kyoto-Ziels muss beschrieben werden. Um nationale und internationale Verpflichtungen zu erfüllen, wird in Österreich jährlich die Österreichische Luftschadstoff-Inventur (OLI) erstellt. Derzeit wird ein nationales System eingerichtet mit dem Ziel, die Qualität der Inventur kontinuierlich zu verbessern. Die CLRTAP definiert Standards für das Berichten der Emissionen. 2002 wurden neue Richtlinien verabschiedet mit dem Ziel, Emissionsinventuren nachvollziehbar, konsistent, vergleichbar, vollständig und genau zu erstellen. Das EMEP/CORINAIR Guidebook legt entsprechende Methoden fest. Klimarelevante Emissionen müssen nach den Methoden des IPCC berechnet werden. Im Jahr 2001 beauftragte das Umweltbundesamt das Institut für Landtechnik (ILT) und die ARC Seibersdorf research GmbH mit der Aktualisierung der Emissionsinventur für die Gase N2O, CH4 und NH3 aus dem landwirtschaftlichen Sektor für die Jahre 1989 bis 2002. Folgende Ziele wurden verfolgt: Nationale und internationale Anforderungen an die ________________________________________________ P15 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Inventurerstellung erfüllen, Weitestmögliche Verwendung Österreich spezifischer Daten, Reduzierung der Unsicherheit in den Emissionsangaben. Auf Grund von erheblichen Wissenslücken im Bereich der Inputdaten und der verwendeten Emissionsfaktoren, spiegeln sich die für die österreichische Landwirtschaft typischen Verhältnisse derzeit in der Inventur noch nicht ausreichend wider. Im Bereich Landwirtschaft spielt die Kenntnis der Tierhaltung und des Wirtschaftsdüngermanagements eine große Rolle, wenn eine repräsentative Inventur erstellt werden soll. Der Effekt von Minderungsmaßnahmen lässt sich nur dann objektiv abbilden, wenn repräsentative Daten zur Tierhaltung vorhanden sind. Das ILT bearbeitet zu dieser Frage derzeit das Projekt „Tierhaltung und Wirtschaftsdüngermanagement in Österreich“. Mittels Fragebogen werden Daten zur Tierhaltung in Österreich erhoben. Folgende Ziele werden verfolgt: Detaillierter Überblick über die Tierhaltung in Österreich, Verbesserung der Emissionsinventur, Modellieren typischer Betriebe und Abschätzen der Emissionen, Erstellen von Emissionsprognosen, Ableiten praxisnaher Minderungsmaßnahmen, Zielgerichtete und effiziente Beratung landwirtschaftlicher Betriebe. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Präsidentenkonferenz der Landwirtschaftskammern Österreichs, der Umweltbundesamt GmbH, der Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft und der Statistik Austria durchgeführt. ________________________________________________ P15 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Climate protection through renewable energy from biogas production T. Amon1, B. Amon1, K. Hopfner-Sixt1, V. Kryvoruchko1, V. Bodiroza1 1 University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Department of Sustainable Agricultural Systems, Division of Agricultural Engineering, Peter-Jordanstrasse 82, A-1190 Wien, AUSTRIA; e-mail: [email protected] Biogas production from energy crops is a very promising option to generate renewable energy and reduce CO2 emissions from the burning of fossil fuels. Biogas plants require a targeted nutrient supply to make optimum use of energy crops. Currently, specific parameters on the anaerobic digestibility of energy crops are unavailable which restricts the exploitation of the promising potentials. The Division of Agricultural Engineering carries out multi-disciplinary research. One aim is to find basic principles and data on the metabolic and energetic turnover during anaerobic digestion. Methane production is investigated by incubation of a wide range of energy crops, animal manures and agricultural residues in lab scale batch digesters. From the results, the “Methane Energy Value Model” is developed. It estimates the methane yield from the nutrient composition of organic substrates. A dynamic development in the area of agricultural biogas production can be observed. Operators of existing or future biogas plants, planers and authorities need clear, transparent, and binding quality standards for the whole biogas process. It is essential to rapidly disseminate new research results and to focus future research activities. Biogas plant and process analysis and technology transfer to biogas plant operators require all partners that work in the biogas process chain to co-ordinate their work and to co-operate. This is why the Division of Agricultural Engineering founded the “Forum Biogas Austria”. The “Forum Biogas Austria” is a centre of excellence with the aim to optimise biogas production from agrarian biomass. It comprises horizontal and vertical co-operation between partners from research, extension service, authorities, planers, biogas plant operators, and companies that work in the field of biogas production. The multi-disciplinary consortium covers all aspects of biogas production from agrarian biomass. It gives essential impetus for the future development of biogas production. ________________________________________________ P16 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimaschutzkampagne der Österreichischen Hagelversicherung Österreichische Hagelversicherung www.hagel.at _________________________________________________ P17 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Dendroklimatologie – Klimainformationen in der Holzstruktur Michael Grabner und Rupert Wimmer Universität für Bodenkultur Wien, Department für Materialwissenschaften und Prozesstechnik, Institut für Holzforschung Peter Jordan Strasse 82, A-1190 Wien ++43-1-47654-4250 [email protected] Die Dendrochronologie (von dendros (griech.) = Baum, chronos = Zeit) beschäftigt sich mit dem Studium des Baumwachstums und dessen Beziehungen zur Umwelt in Abhängigkeit von Raum und Zeit (Schweingruber 1983; Cherubini et al. 2004). Das Jahrringwachstum ist das Produkt sämtlicher am Wuchsort wirkenden Standortsfaktoren, darunter fallen Exposition, Bodenverhältnisse, Nährstoffverfügbarkeit und auch das Klima. Da die Witterung von Jahr zu Jahr stark schwanken kann, variieren entsprechend auch die Jahrringbreiten. Dieser Zusammenhang kann genutzt werden, indem aus Jahrring Jahrring dendrochronologisch datierten Datenreihen das Klima der Vergangenheit abgeschätzt wird. Die Methode der Dendroklimatologie ist inzwischen wissenschaftlich etabliert, eine Vielzahl von Publikationen zur Klimarekonstruktion mittels Jahresringen sind verfügbar (z.B.: Fritts 1976, IPCC 2001, Hughes 2002, Briffa et al. 2004). In Österreich gab es bislang nur wenige Arbeiten auf diesem Gebiet und die Holzstruktur wurde als Basis für Proxi-Daten bisher noch nie einbezogen. Es wird hier auf zwei Studien eingegangen, welche die Jahrringbreite und Dichteschwankung auch anatomische Merkmale des Holzes berücksichtigen. Abbildung 1: Dichteschwankungen in den Jahrringen der Schwarzkiefer Abweichung vom Mittelwert (1961-1990) Die Schwarzkiefer: eine niederschlagssensitive Baumart vor den Toren Wiens Viele Schwarzkiefer-Standorte sind durch lang anhaltende Trockenheit im Frühjahr bzw. Sommer geprägt und zeichnen sich häufig durch felsige Südlagen aus. Geringes Jahr AD Abbildung 2: Niederschlagsrekonstruktion (April bis August) für den Wiener Raum an Hand von SchwarzföhreJahrringen. Dargestellt ist die jährliche Rekonstruktion (dünne Linie), die Rekonstruktion mit einem 20-jährigen gleitenden Mittelwert geglättet und die Messreihe (Wien Hohe Warte), ebenfalls geglättet (dicke Linie) (aus Strumia 1999). Wasserhaltevermögen der Böden und Trockenheit führen zur abrupten Beendigung des Wachstums, das nach dem Wiedereinsetzen des Niederschlages wieder fortgeführt wird. Die starken Schwankungen in der Wachstumsdynamik führen in den Jahrringen zur Ausbildung ________________________________________________ P18 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) von so genannten „Dichteschwankungen“, die auch „falsche“ Jahresringe genannt werden (Abbildung 1). Häufigkeit "falscher Jahresringe" (invertiert) Mai Niederschläge / Grundwasserspiegel-Index Abbildung 2 zeigt die mit Schwarzföhre erstellte Niederschlagsrekonstruktion für den Wiener Raum (Strumia 1999, Wimmer et al. 2000). Diese Bäume zeigten für April bis August positive Zusammenhänge mit den Niederschlägen; -0.2 0.6 Grundwasserspiegel d.h. in Jahren mit -0.1 0.5 trockenen Frühsommer/ 0 0.4 Sommer wächst die 0.1 0.3 "Falsche Jahresringe" Schwarzföhre weniger als 0.2 0.2 in vergleichsweise 0.3 0.1 feuchten Jahren. 0.4 0.0 Die „falschen“ Jahresringe wurden genau untersucht 0.6 -0.2 Mai Niederschläge und ihre relative 0.7 -0.3 Häufigkeit ist in 0.8 -0.4 Abbildung 3 zusammen 0.9 -0.5 mit anderen Parametern 1 -0.6 dargestellt (Strumia 1999, 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Wimmer et al. 2000). Es Abbildung 3: Zusammenhänge zwischen der Anzahl an falschen Jahrringen, den zeigte sich dabei ein enger Mai-Niederschlägen und dem Grundwasserspiegel Zusammenhang mit den Mai-Niederschlägen sowie eine gute Übereinstimmung der Häufigkeit der „falschen“ Jahresringe mit den Grundwasserständen im Wiener Becken. 0.5 -0.1 Hermannstorp Niederschlagssumme Mai, Juni, Juli (Linie) Abbildung 4: Radialer Riss im Jahrring 1992 Anzahl an radialen Rissen (Balken) Radiale Risse im Holz ausgelöst durch Sommertrockenheit Das Auftreten radialer Risse, die nicht über einen Jahrring hinausgehen, wurde genau untersucht und mit Klimaparametern in Verbindung gebracht (Cherubini et al. 1997, Grabner et al. 2001, 2006; Abb. 4). Es konnte nachgewiesen werden, dass bei lang anhaltender Sommertrockenheit die Saugspannung in den Tracheiden die Belastbarkeitsgrenze des Holzgefüges überschreitet und es dadurch zur Rissausbildung kommt (Abb. 5). Abbildung 5: Gegenüberstellung der Anzahl an radialen Rissen im jeweiligen Jahrring und der Niederschlagssumme (Mai bis Juli) vom Standort Hermannstorp) ________________________________________________ P18 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Schlussfolgerung Über die Rekonstruktionen des vergangenen Klimas mittels Jahrringbreiten hinausgehend können mit Holzdichteverläufen innerhalb von Jahresringen sowie mit anatomischen Parametern, die in exakt datierten Jahrringen beobachtet werden, zusätzliche Aussagen über extreme Witterungsperioden oder wie hier gezeigt über Grundwasserstände getroffen werden. Literatur Briffa, K.R., Osborn, T.J., Schweingruber, F.H. 2004. Large-scale temperature inferences from tree rings: a review. Global and Planetary Change 40: 11-26. Cherubini, P., Schweingruber, F.H. & Forster, T. (1997). Morphology and ecological significance of intra-annual radial cracks in living conifers. Trees 11: 216-222. Cherubini, P., Gärtner, H., Esper, J., Kaennel Dobbertin, M., Kaiser, K.F., Rigling, A., Treydte, K., Zimmermann, N.E., Bräker, O.U. 2004. Jahrringe als Archive für interdisziplinäre Umweltforschung. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 155(6): 162-168. Fritts H.C. 1976. Tree Rings and Climate. Academic Press, New York, 567 pp. Grabner, M., Gierlinger, N., Wimmer, R. (2001). Mechanism leading to intra-ring radial cracks in young spruce trees. In:Kaennel Dobbertin, M. & Bräker, O.U. (eds) (2001). Tree Rings and People. International Conference on the future of dendrochronology. Davos, 22-26 September 2001. Abstracts. Birmensdorf, Swiss Federal Research Institute WSL. pp. 204-205 Grabner, M., Cherubini, P., Rozenberg, P., Hannrup, B. 2006. Summer drought and low earlywood density are inducing intra-annual radial cracks in conifers. Scand. J For Res (accepted) Hughes, M.K. (2002). Dendrochronology in climatology - the state of the art. Dendrochronologia 20(1-2): 95-116. IPCC (2001). Climate Change 2001: Synthesis Report. A Contribution of Working Groups I, II, and III to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Watson, R.T. and the Core Writing Team (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, and New York, USA, 398 pp. Schweingruber, F.H. 1983. Der Jahrring: Standort, Methodik, Zeit und Klima in der Dendrochronologie. Paul Haupt, Berne. Strumia, G. 1999. Tree-ring based reconstruction of precipitation in Eastern Austria. Dissertation an der Universität für Bodenkultur Wien. 113 S. Wimmer, R., Strumia, G., Holawe, F. 2000. Use of false rings in Austrian pine to reconstruct early growing season precipitation. Can.J.For.Res. 30:1691-1697 ________________________________________________ P18 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Beobachtungen der Neuschneegrenze im Stubachtal (Hohe Tauern) an der Station Rudolfshütte von 1985 bis 2003 Iris Fries, Heinz Slupetzky und Hans Wiesenegger In der Diskussion um den Klimawandel werden auch Fragen, die mit dem Schnee zusammen hängen, diskutiert. Eine der Folgen und Auswirkungen der globalen Erwärmung ist das Ansteigen der „Schneegrenze“ auch was die Höhenlage der Neuschneegrenze nach Schneefällen im Sommer betrifft;. Dementsprechend verringert sich bei den Höhenstationen.der Anteil des festen Niederschlages am Gesamtniederschlag. Systematische direkte Beobachtungen und Aufzeichnungen der Neuschneegrenze sind selten. Solche Aufzeichnungen werden seit 1985 von der Station Rudolfshütte in den Hohen Tauern (Stubachtal, Gemeinde Uttendorf, Land Salzburg) aus durchgeführt und bis heute fort-gesetzt. Die ersten durchgehenden Aufzeichnungen der Neuschneegrenze wurden von Heinz Slupetzky in der Zeit 1962 bis 1967 durchgeführt; später war die Klimastation nicht durchgehend besetzt. Nach einem Entwurf von Heinz Slupetzky wurde ein Formular unter Mitwirkung von Werner Mahringer 1985 bei der Station Rudolfshütte, 2.304 m und gleichzeitig am Hohen Sonnblick eingeführt. Die Beobachtungen werden in der Regel um 7 h früh gemacht; bei Nebel und schlechter Sicht werden bei Schneegrenzenlagen unterhalb der Rudolfshütte Informationen von Mitarbeitern der Zubringer-Seilbahn (Talstation Enzinger boden 1460 m) eingeholt, bei Schneefällen oberhalb der Station werden diese nach dem Aufklaren nachgetragen. In einer an der Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Salzburg durchgeführten Diplomarbeit von Mag. Iris Fries mit dem Titel „Die Neuschneegrenze im Stubachtal (Hohe Tauern) aufgrund der Beobachtungen an der Wetterstation Rudolfshütte zwischen 1985 und 2002: Bearbeitung und erste Ergebnisse“; Juli 2003, wurden die Daten der Höhenlage der Neuschneegrenzen digital erfasst und aus „geographischer“ Sicht beispielhaft ausgewertet. Zum Vergleich wurden u.a. auch die Aufzeichnungen der Jahre 1965 und 1966, zwei kühle Sommer bzw. Jahre, ausgewertet und herangezogen. In dem Poster werden Beispiele der Höhenlage der Neuschneegrenze vom Juli 1993 und 1999 gezeigt. Im Juli 1993 wurden SW-Wetterlagen immer wieder von Kaltlufteinbrüchen unterbrochen, demzufolge sank die Neuschneegrenze ab und lag öfters deutlich unter dem Gletscherende bei 2.500 m. Im Juli 1999 lag die Neuschneegrenze bei warmer Sommerwitterung (Ost, Gradient schwach, variabler Gradient) relativ hoch, nur einmal erfolgte eine Unterbrechung bei einer NW bis NE Lage, es schneite bis 1.800 m herab. Darstellungen des Zusammenhangs zwischen der Minimumtemperatur an der Station Rudolfshütte und der Höhenlagen der Neuschneegrenze zeigen erwartungsgemäß, dass jahreszeitlich bedingt die Neuschneegrenzen im Mai tiefer und im August höher liegen. Bei einer Minimumtemperatur von 0° C an der Station Rudolfshütte lag die Neuschneegrenze im Mittel im Mai bei rund 2.100 m, im Juni bei 2.200 m, im Juli bei 2.300 m, im August bei 2.400 m, im September bei 2.150 m und im Oktober bei 2.300 m). Zwei Beispiele geben die Abweichungen in den jeweiligen Jahren in den glaziologisch wichtigen „Sommermonaten“ Juli, August und September in „extremen“ Jahren. 1965 war ________________________________________________ P19 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) das bisher extrem positive und 2003 das extrem negative Massenbilanzjahr am Stubacher Sonnblickkees (Messreihe 1958 bis 2005). Im kühlen und niederschlagsreichen „Sommer“ 1965 lag die Neuschneegrenze im Juli und August in der Größenordnung von 300 m unter dem langjährigen Mittel von 2.585 m. Im extrem heißen Sommer 2003 war sie im Juli 141 m und im August 370 m über dem Mittel; im Juni gab es keine Schneefälle bzw. Neuschneegrenze. Was den Anstieg der Neuschneegrenze betrifft, wurden die Pentaden Mittel 1985-89, 1990-94 und 1995-1999 berechnet. Besonders in den Monaten Mai und Juni ist ein ständiges Höherwandern der Neuschneegrenze zu beobachten. Die Datenreihe direkter Beobachtungen der Höhenlage der Neuschneegrenze“ zeigen deutlich ein Ansteigen der „Schneegrenze“ seit den 1980er Jahren; noch stärker wäre dies in Bezug zu den 1960er und 1970er-Jahren. R. Steinacker, Wien, hat jüngst festgestellt, dass die Schneefallgrenze in den Alpen in den letzten 22 Jahren im Mittel um 150 m gestiegen ist und der Anteil an festem Niederschlag am Hohen Sonnblick von über 90% auf rund 80% gesunken ist. Die direkten Beobachtungen der Höhenlage der Neuschneegrenze bestätigen dies sehr schön. Mit dem Datenmaterial der nunmehr über 20jährigen Messreihe an der Station Rudolfshütte sind weitere Bearbeitungsschritte möglich, die meteorologisch - klimatologische, hydrologische und z. B. auch ökologische Zusammenhänge aufzeigen. Sie können auch zur Kontrolle von Berechnungen der „potentiellen“ Schneefallgrenze herangezogen werden. Direkte Langzeitbeobachtungen liefern wertvolle Beiträge zu wissenschaftlichen Einsichten und Zusammenhängen und zu anwendungsorientierten Fragestellungen. Die Universität Salzburg, mit der bis 2005 bestehenden Hochgebirgsforschungsstelle Rudolfshütte, die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG Regionalstelle für Oberösterreich und Salzburg) und der Hydrographische Dienst Land Salzburg haben mit der logistischen Betreuung die Beobachtungen erst ermöglicht. Ohne die „unbezahlbare“ Arbeit und den großen Einsatz der verlässlichen Wetterbeobachter und -beobachterinnen wäre diese Datenreihe nicht entstanden; aber auch nicht ohne den Initiator und ständigen Betreuer der universitären Forschungseinrichtung. Nachdem die Universität Salzburg die Hochgebirgsforschungsstelle abgegeben hat, soll die Beobachtungsstation Rudolfshütte unter Leitung des Hydrographischen Dienstes Salzburg mit Fortsetzung der ZAMG Wetterstation weitergeführt werden. Univ. Prof .i.R. Dr. Heinz Slupetzky Universität Salzburg, Fachbereich Geographie und Geologie Hellbrunnerstrasse 34 5020 Salzburg e-mail: [email protected] Dipl. Ing. Hans Wiesenegger Amt der Salzburger Landesregierung Hydrographischer Dienst Salzburg Michael Pacher Str. 36 5020 Salzburg e-mail: [email protected] ________________________________________________ P19 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Erstellung eines digitalen Geländemodells zur Erfassung der Ausaperung am Stubacher Sonnblickkees unter Verwendung von Amateurphotos R. Braunshier, W. Gruber, H. Slupetzky, H. Wiesenegger Das Poster zeigt die Entwicklung eines DGM von der Erstellung der notwendigen Photos, über die Generierung einer Ausaperungskarte bis hin zur Interpretation der Ergebnisse in glaziologischer Hinsicht. Am Stubacher Sonnblickkees, einem ca. 1,4 km² großen Gletscher im Stubachtal in den Hohen Tauern, wird seit dem Jahr 1963 die Massenbilanz gemessen. Es wurden mehrmals großmaßstäbige Karten des Gletschers erstellt. Ein wichtiger Parameter für die Berechnung jährlichen Massenbilanzen ist die genaue Kenntnis der maximalen Ausaperung bzw. der jährlichen Gleichgewichtslinie. Jährliche Kartenaufnahmen sind aus Kosten- und anderen Gründen nicht möglich. Aufgrund der komplizierten Topographie des Gletschers sind die jährlichen Kartierungen nur bei großer Erfahrung durchzuführen. Durch die Anwendung photogrammetrischer Methoden zur Erstellung eines Geländemodells ist die Modellierung der Ausaperung des Gletschers möglich. Dazu wurde das Programm "PhotoModeler" verwendet, welches ursprünglich für die Nahbereichs - Photogrammetrie entwickelt wurde. Es kam erstmals beim Cathedral Massif Glacier in B. C, Canada, 1999 von W. Gruber zur Anwendung. Die Erstellung einer thematisch-topographischen Karte und der daraus folgenden Erfassung der Ausaperung geschah in 3 Arbeitsschritte: • Vorbereitung (Digitalisierung/Bearbeitung der Bilder, Kamerakalibrierung, usw.) • Auswertung (DGM-Erstellung, Erfassung der Ausaperung) • Analyse (Berechnung und Interpretation glaziologischer Inhalte). Für die Erstellung des digitalen Geländemodells wurden von H. Slupetzky im Jahr 2004 Fotos, ausgehend von 7 verschiedenen Standpunkten, aufgenommen. Bei der verwendeten kalibrierten Aufnahmekamera handelte es sich um eine Mamiya 67 mit einem 90 mm Objektiv. Die Bilder im 6x7 cm Format wiesen 4 Passmarken (Fiducials) auf, anhand derer die innere Orientierung der Messbilder möglich wurde. Für die Erstellung des Modells wurden schließlich 21 Fotos herangezogen. Bei der Auswahl war darauf zu achten, dass die Aufnahmepositionen zueinander in einem Winkel nahe bei 90° lagen, um eine höchstmögliche Genauigkeit zu erzielen. Weiters musste darauf geachtet werden, dass auf den verwendeten Fotos nahezu die gesamte Oberfläche des Gletschers abgebildet war, was durch die heterogene Topographie und die vorgegebenen zum Teil eingeschränkten Möglichkeiten überhöhter Standpunkte erschwert wurde. Mit dem Programm "PhotoModeler Pro" wurden im ersten Schritt gemeinsame Punkte auf den ausgewählten Bildern identifiziert und in weiterer Folge die Position jedes Punktes im dreidimensionalen Raum errechnet. Sobald ein Grundgerüst mit wenigen Photos und Punkten erstellt war, wurden eine Verfeinerung des Modells und gleichzeitig auch eine Verbesserung der Genauigkeit möglich. Dazu war es notwendig, eine möglichst hohe Anzahl an weiteren günstig gelegenen Punkten zu identifizieren, um das Modell zu optimieren. Da auf diese Weise genug Punkte bestimmt und die Genauigkeit deshalb nicht mehr allzu sehr verbessert werden konnte, gab es die Möglichkeit, durch die Definition von gemeinsamen Linien die Stabilität des Modells noch zu erhöhen. Dieses Feature ist jedoch vorwiegend für den Einsatz von architektonischen Fragestellungen entwickelt worden, da dort in den meisten Fällen scharfe Kanten und Linien vorliegen. In dem Fall der Erstellung eines Modells eines Gletschers oder allgemein von topographischen Objekten ist das Erkennen von scharfen Kanten erheblich schwieriger. Das Resultat bestand aus einem 3D-Modell, das sich aus 1465 Punkten zusammensetzt. Zur Verarbeitung wurden dieses Modell in das Datenformat DXF konvertiert. _________________________________________________ P20 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Im nächsten Schritt wurden die Ausaperungsflächen des Gletschers durch die Verbindung von jeweils drei benachbarten 3D-Punkten in Form eines TIN-Modells dargestellt und zwecks Weiterverarbeitung in „ArcMap“ in das DXF-Format exportiert. Aus diesen Daten wurden Polygone gewonnen (Shape-Format) und konnten dann einem vorhandenen Orthofoto aus dem Jahr 2003 überlagert werden. Zwecks 3D-Modellierung des gesamten Gletschers wurde aus den 3D-Punkten der photogrammetrischen Auswertung mittels „ArcMap“ ein digitales Rastermodell erstellt, wobei das „KrigingVerfahren“ zur Interpolation der Punkte angewandt wurde. Bei allen Arbeitschritten waren sowohl rechnerische wie auch visuelle Kontrollen zur Sicherung der Plausibilität und Genauigkeit notwendig. Das Stubacher Sonnblickkees hatte 2004 mit einer mittleren spezifischen Massenbilanz von 0,81 g/cm² eine ausgeglichene Bilanz. Der Hauptgrund dafür war die "gletscherfreundliche“ Witterung in den Monaten Juni und Juli, in denen es immer wieder bis auf 2.000 m herab schneite (das Gletscherende liegt in 2500 m Seehöhe). Mit den Flächenwerten vom Akkumulationsgebiet und der Gesamtgletscherfläche konnte die Massenbilanz bzw. der positive (Bc/S) und negative Anteil (Ba/S) nach einem vorliegenden Verfahren berechnet werden. In einer Arbeit von Dyurgerov und Meier (2005) wurden Auswirkungen des Gletscherrückganges anhand langer Massenbilanzmessreihen untersucht. Neben Gletschern wie zum Beispiel dem Großen Aletschgletscher in der Schweiz, Storglacieren in Schweden oder dem Bering Gletscher in Alaska ist auch die Messreihe vom Stubacher Sonnblickkees seit dem Jahr 1959 in diese Untersuchung eingegangen. Dabei hat sich unter anderem gezeigt, dass das Sonnblickkees eine der größten Variabilitäten bezüglich der jährlichen Massenbilanz aufweist; diese und die Länge der Messreihe sind Argumente für die Fortsetzung der Messreihe. Die Aufgabe einer Erfassung der Ausaperung durch ein digitales Geländemodell aus terrestrischen Amateuraufnahmen konnte mit Hilfe der Photogrammetrie-Software „Photomodeler“ zufriedenstellend gelöst werden. Durch die manuelle Eingabe möglichst vieler Identpunkte auf den digitalen Bildern ist der Aufwand allerdings relativ hoch, so dass eine jährliche Auswertung schwer möglich ist. In Verbindung mit bestehenden digitalen Datenbeständen stellt diese Methode jedoch eine Verbesserung der rein manuellen Auswertung jährlicher Dokumentationsfotos dar. Univ. Prof .i.R. Dr. Heinz Slupetzky Mag. W. Gruber Mag. R. Braunshier Universität Salzburg, Fachbereich Geographie und Geologie Hellbrunnerstrasse 34 5020 Salzburg e-mail: [email protected] Dipl. Ing. Hans Wiesenegger Amt der Salzburger Landesregierung Hydrographischer Dienst Salzburg Michael Pacher Str. 36 5020 Salzburg e-mail: [email protected] _________________________________________________ P20 ____________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimawandel, Hitzewellen und das Sterben in Wien Moshammer H, Hutter H-P, Wallner P Institut für Umwelthygiene, Zentrum für Public Health, Medizinische Universität Wien Medizin und Umweltschutz Hintergrund: Der heiße Sommer 2003 mit einer massiven Übersterblichkeit in Frankreich und Südeuropa weckte verstärkt das Interesse am Einfluss von „Hitze“ auf die Sterblichkeit.Ziel: In einem ersten Analyseschritt wurde geprüft, ob die Hitzewelle auch in Wien zu einer messbaren Zunahme an Todesfällen insbesondere bei der älteren Bevölkerung geführt hat.Methode: Nach optischer Kontrolle des Verlaufs der täglichen Temperatur-Mittelwerte wurden zwei Hitzewellen im Sommer 2003 in Wien definiert. Während dieser Episoden betrug die Temperatur im Tagesmittel stets mehr als 22°C. Die tägliche Anzahl der Todesfälle nach Geschlecht und Alter wurde mit den gleichen Kalendertagen des Vorjahres verglichen. Der Einfluss von Tagesdurchschnittstemperaturen über 22°C in den 5 Sommern 1999 bis 2003 auf die tägliche Sterblichkeit wurde mittels Poisson-Regression untersucht.Ergebnis: Der Einfluss heißer Tage auf die tägliche Sterblichkeit war signifikant. Während der Hitzewellen des Jahres 2003 starben pro Tag durchschnittlich um etwa 2 männliche und 3 weibliche WienerInnen mehr als im Jahr davor. Für die gesamte betrachtete Periode betrug die Übersterblichkeit somit rund 200 Personen. Der Großteil der Übersterblichkeit betraf dabei die ältere Bevölkerung (über 65 Jahre). Ein deutlicher prozentualer Anstieg der täglichen Sterblichkeit war jedoch auch bei den Säuglingen (0 bis 1 Jahr) zu beobachten.Schlussfolgerung: Die Hitzewelle in Wien erreichte weder bei den Temperaturen noch bei der Sterblichkeit die Ausmaße wie in Frankreich oder Südeuropa. Dennoch muss auch in Mitteleuropa zukünftigen Hitzewellen größere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Eine weitergehende Analyse der Gesundheitsauswirkungen des Klimas in Wien erfolgt im Rahmen von StartClim2005 mit finanzieller Unterstützung des BMGF und des BMLFUW. ________________________________________________ P21 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) CIRCLE Umweltbundesamt kooperiert auf europäischer Ebene im Bereich Klimafolgen und Anpassungsstrategien CIRCLE Partnerländer schw.: Vertragspartner grau: weitere Partner Das Umweltbundesamt koordiniert das EU-ERA-Net-Projekt CIRCLE (Climate Impact Research Coordination for a Larger Europe). Im Rahmen von CIRCLE sind nunmehr Partner aus 18 Ländern Europas beteiligt, die sich das Ziel gesetzt haben, ihre jeweiligen nationalen Forschungsprogramme miteinander zu vernetzen und so eine enge Zusammenarbeit auf europäischer Ebene zu schaffen. CIRCLE wird für den Zeitraum von 2005-2009 verlängert. Nun werden konkret gemeinsame Aktionen (Ausschreibungen, Projektclustering, Anpassungen der Forschungsagenden,...) unter den Partnerprogrammen vorbereitet. CIRCLE umfasst seit heuer rund 20 Forschungsprogramme in 18 Ländern Europas. Ferner wird eine enge Abstimmung mit der europäischen Kommission und der europäischen Umweltagentur (EEA) erfolgen, die sicherstellen soll, dass CIRCLE sowohl die nationalen als auch die europäischen Institutionen bestmöglichst für den Bereich Klimafolgen und Anpassungsmaßnahmen unterstützt. Im ersten Jahr bestand CIRCLE aus einem kleineren Kreis von sieben Ländern. Durch das Umweltbundesamt und seine Partner wurde dieser Kreis im Laufe des letzten Jahres auf nunmehr 18 Länder erweitert. Dies zeigt, dass die Initiative auf breites Interesse in Europa stößt. CIRCLE Partner Was bringt CIRCLE für die heimische Klima-Community? CIRCLE wird als ERA-Net-Projekt des 6. Forschungsrahmenprogramms zum Ziel haben, die Kooperation unter den nationalen Forschungsprogrammen soweit zu koordinieren, dass es in der Perspektive möglich wird, gemeinsame Ausschreibungen zu machen und langfristig Forschungsprogramme zusammenzuführen, um in einem europäischen Verbund leichter Forschungsgelder akquirieren zu können. Die Philosophie dahinter Die Philosophie hinter dem ERA-Net-Schema des EUForschungsrahmenprogrammes ist es, über multilaterale Programmpartnerschaften in den verschiedensten Forschungsfeldern die Verwirklichung des Europäischen Forschungsraumes voranzutreiben. ________________________________________________ P22 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Langfristig soll es auch möglich werden, über sogenannte 169erAktivitäten die nationalen Forschungsförderungsprogramme (wie etwa proVision) direkt an das EU-Forschungsrahmenprogramm zu koppeln und nicht nur gemeinsame Ausschreibungen durchzuführen, sondern auch gemeinsame Forschungstöpfe aufzustellen. CIRCLE hat sich dabei zum Ziel gesetzt, die Verwirklichung des europäischen Forschungsraumes im Bereich Klimafolgen und Anpassungsstrategien an den Klimawandel bestmöglich zu unterstützen. CIRCLE-Partner » » » » » » » » » » » » » » » » » » » » » Umweltbundesamt (Koordinator) Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur Finnische Akademie der Wissenschaften Finnische Umweltschutzagentur Schwedische Umweltschutzagentur Schwedischer Forschungsrat für Umwelt und Agrarwissenschaften Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Deutsches Bundesministerium für Bildung und Forschung Niederländisches Nationales Institut für Gesundheit und Umwelt Ungarisches Ministerium für Umwelt und Wasser Französische Agentur für Umwelt und Energie Französisches Ministerium für Ökologie und nachhaltige Entwicklung Belgische Föderale Forschungspolitik Portugiesisches Ministerium für Wissenschaft und Technologie Norwegischer Rat für Forschung Israelisches Umweltministerium Italienisches Ministerium für Umwelt und Raumplanung Italienisches Nationales Institut für Geophysik und Vulkanologie Schwedischer Wetterdienst Ungarischer Wetterdienst MEDIAS-Frankreich Assoziierte Partner: » Britisches Programmbüro für Klimafolgen (UKCIP) » Irische Agentur für Umweltschutz » Polnisches Institut für Ökologie und Industriegebiete » Sibirisches Zentrum für Umweltforschung und Ausbildung » Dänisches Meteorologisches Institut CIRCLE-Homepage: http://www.umweltbundesamt.at/circle Ab April/Mai 2006: http://www.circle-era.net Kontakt: Martin König Umweltbundesamt T 01/31304-5961 F 01/31304-5961 Email: [email protected] ________________________________________________ P22 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Generation of highly resolved wind climatologies in Austria H. Truhetz, A. Gobiet, and G. Kirchengast Wegener Center for Climate and Global Change (WegCenter) and Institute for Geophysics, Astrophysics, and Meteorology (IGAM), University of Graz, Austria [email protected] / Phone: +43-316-380 8442 Keywords: dynamical downscaling, mass-consistent flow model, diagnostic wind model To foster the investigation of climate change effects in the Alpine region, wind fields of the ERA-40 reanalysis dataset [Uppala et al., 2004] are downscaled with a hybrid dynamical/diagnostic approach from ~100 km horizontal grid spacing to the micro scale (200 m). The work is part of the three year project “Research for Climate Protection: Model Run Evaluation” (reclip:more) [Loibl et al., 2004]. The first step of the presented wind-downscaling method is based on dynamical downscaling of the ERA-40 dataset by applying the PSU/NCAR model MM5 [Dudhia et al., 2005] in nesting mode to generate atmospheric fields at 15 km (covering the entire Alpine region) and 5 km (focussing on the study area) horizontal grid spacing. Since further dynamical downscaling of long periods (e.g., decades) especially to micro scale would exceed current computing resources, hourly time slices from MM5 are used to initialise a modified version of the mass-consistent flow-model CALMET [Scire et al., 1999], which approximates the 3dimensional divergence-free air-flow within the planetary boundary layer under consideration of kinematic terrain effects, thermo-dynamical blocking effects, and slope flows at the targeted horizontal grid spacing of 200 m. To parameterise surface heat fluxes highly resolved land cover information (CORINE land cover data set CLC90, version 12/2000 [EEA, 1995]) is used. High resolution topography is taken from NASA’s Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) [Rabus et al., 2004]. The wind-downscaling system has been applied to the Hohe Tauern region in the Eastern Alps to model the air flow during 7 August to 15 November 1999 within an area of 140 km x 70 km. Comparisons with observational data (five surface stations and a SODAR station) from the Mesoscale Alpine Programme (MAP) [Bougeault et al., 2001] are pointing out that the downscaling method systematically reduces biases when compared to the mesoscale driving data at 15 km grid spacing (Fig. 1): Directional biases virtually disappear up to speeds of 15 m/s and errors in velocity are reduced by about 20 % above 5 m/s and about 50 % below 5 m/s. Further details and an outlook on the next steps of advancing the winddownscaling system will be presented. ________________________________________________ P23 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Fig. 1: Two dimensional frequency distributions of errors of direction (upper panels) and speed (lower panels) against the observed wind speed (five stations). The error-statistics of the mesoscale driving data (15 km x 15 km grid spacing, left panels) and of downscaled air flows at 200 m x 200 m grid spacing (right panels) are shown. Bougeault, P., P. Binder, A. Buzzi, R. Dirks, R. Houze, J. Kuettner, R.B. Smith, R. Steinacker, and H. Volkert (2001), The MAP Special Observing Period, Bull. Amer. Meteor. Soc., 83, 3, 433-462. Dudhia, J., D. Gill, K. Manning, W. Wang, and C. Bruyere (2004), PSU/NCAR Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and User’s Guide: MM5 Modeling System Version 3, Software Manual, Mesoscale and Microscale Meteorology Division of the National Center for Atmospheric Research, Boulder. European Environment Agency (EEA) (1995), CORINE Land Cover, European Environment Agency Report, Commission of the European Communities OPOCE (Office for official publications of the European Communities), Luxembourg. Loibl, W., H. Formayer, W. Schöner, B. Ahrens, M. Dorninger, A. Gobiet (2004), Reclip:more – Research for Climate Protection: Model Run Evaluation, 1. Jahresbericht, Austrian Research Centers systems research, Seibersdorf. Rabus, B., M. Eineder, A. Roth, R. Bamler (2003), The shuttle radar topography mission - a new class of digital elevation models acquired by space-borne radar, ISPRS J. Photogramm., 57, 241-262. Scire, J.S., F.R. Robe, M.E. Fernau, R.J. Yamartino (2000), A User’s Guide for the CALMET Meteorological Model (Version 5), software manual, Earth Tech Inc., Concorde. Uppala, S., P. Kållesberg, A. Hernandez, S. Saarinen, M. Fiorino, X. Li, K. Onogi, U. Andrea, and V. da Costa Bech-told (2004), ERA-40: ECMWF 45-years reanalysis of the global atmosphere and surface conditions 1957–2002, ECMWF News-letter, 101, 2-21. ________________________________________________ P23 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Regionalisierung von Temperatur und Niederschlag in der Alpinen Region Hohe Tauern (Downscaling of Temperature and Precipitation in the Alpine Region Hohe Tauern) M. Themeßl, A. Gobiet, H. Truhetz und G. Kirchengast Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel (WegCenter) und Institutsbereich Geophysik, Astrophysik und Meteorologie (IGAM), Universität Graz, Österreich [email protected] / Tel.Nr: +43-316-380-8445 / Web: http://www.wegcenter.at Keywords: statistisches Downscaling, prädiktorenoptimiertes Downscaling, kanonische Korrelationsanalyse, regionale Klimamodellierung, Alpen 1. Einleitung Für die Zwecke der Klimafolgenforschung sind oft gebietsspezifische Informationen über bestimmte Klimaelemente in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung nötig, um Schlussfolgerungen über die Auswirkungen des Klimawandels ziehen zu können. Da jedoch heutige dynamische Klimamodelle das Klimasystems mit unzureichender räumlicher Auflösung simulieren (einige hundert bis einige zehn Kilometer Maschenweite) und feinskaligere Simulationen auf große methodische und computertechnische Schwierigkeiten stoßen, versuchen statistische Verfahren die Lücke hin zu lokalskaligen Aussagen zu schließen. Ziel dieser Arbeit ist es die Fähigkeiten einer solchen statistischen Methode – Kanonische Korrelationsanalyse mit vorgeschalteter Filterung durch Empirische Orthogonale Funktionen – zur Rekonstruktion und Vorhersage von lokalen Temperatur- und Niederschlagsbedingungen basierend auf den Resultaten eines regionalen Klimamodells in einer alpinen Testregion auf Tagesbasis zu prüfen. Darüber hinaus sollen die wichtigsten regionalen atmosphärischen Einflüsse für das betrachtete alpine Lokalklima herausgefunden sowie die Stabilität des innovativen statistischen Ansatzes (Verbindung von regionalen anstatt der globalen Modellergebnisse mit lokalen Beobachtungen) unter den vorgefundenen extremen orographischen Bedingungen in den Hohen Tauern betrachtet werden. 2. Testgebiet Abbildung 1: Das Testgebiet im Bereich des Nationalparks Hohe Tauern in Kärnten und Osttirol Das Testgebiet (siehe Abb. 1) mit einer räumlichen Ausdehnung von etwa 1200 km² ist vor allem durch seine starken orographischen Unterschiede und die dadurch entstehende große Reliefenergie von bis zu 3200 Meter (von Spittal/Drau zum Großglockner) geprägt. Arbeiten von Wanner et al. (2000) und Cebon et al. (1998) zeigen, dass neben den groß-skaligen Einflüssen des Atlantiks, des Mittelmeers und des Eurasischen Kontinents, eine solch spezielle topographische Konstellation starken Einfluss auf das Lokalklima einer Region ausübt. 3. Daten Die benötigten Messdaten für diese Untersuchung stammen von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) und vom Hydrographischen Zentralbüro (HZB). Es werden Tagesmittelwerte und Tagessummen für Temperatur und Niederschlag von insgesamt 16 Stationen im Zeitraum zwischen 1981 und 1990 sowie für das Jahr 1999 verwendet. Aus diesen 16 verfügbaren Stationen bilden vier (Lienz, Kals, Mooserboden und Sonnblick) einen Querschnitt von den Tallagen bis hin zur Hochgebirgsstation. Für die weiteren Analysen wurden die Stationen in Höhenklassen eingeteilt: ≤ 1000 Meter, >1000 Meter und ≤ 2000 Meter und > 2000 Meter. Die modellierten Daten wurden vom österreichischen Projekt „Research for Climate Protection: Model Run Evaluation (reclip:more)“ (Loibl et al., 2004) zur Verfügung gestellt. Durch zweifaches Einbetten eines mesoskaligen Modells (MM5) in globale Re-Analysedaten (ERA-40) (Uppala et al., 2004) wird eine ________________________________________________ P24 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) horizontalen numerische Auflösung von 15 km erreicht. Die Daten wurden für diese Studie auf verschiedenen Flächen (850, 700, 500, 200 hPa, Meereshöhe, 2 m Niveau, 10 m Niveau, Oberfläche) und in 6-stündigen Zeitintervallen abgespeichert. Folgende Parameter werden in Betracht gezogen: Temperatur, geopotentielle Höhe, Mischungsverhältnis, U und V-Komponente des horizontalen Windes, Sättigungsdampfdruck, spezifische und relative Feuchte, Vorticity, Winddivergenz (auf den 4 genannten Druckflächen), Druck (Meereshöhe), Niederschlagswasser, advektiver Niederschlag (Oberfläche), 2 m Mischungsverhältnis, 2 m Temperatur (2 m Niveau) und bodennahe U und V Komponente des horizontalen Windes (10 m Niveau). 4. Methode Die Idee des statistischen Downscalings ist in der generellen Annahme begründet, dass das lokale/regionale Klima einerseits von großskaligen Bedingungen und andererseits von lokalen/regionalen Einflüssen wie der Topographie oder der Land-Wasser-Verteilung beeinflusst ist. Daher ist es möglich kleinskalige Informationen (Prädiktanden) von großskaligen Variablen (Prädiktoren) abzuleiten, unter der Voraussetzung, dass anhand von möglichst langen Datenreihen auf beiden betrachteten Skalen statistische Zusammenhänge hergestellt werden können. Methodisch wird in dieser Arbeit eine Prädiktoren-optimierende Kanonische Korrelationsanalyse (CCA) auf Basis von Empirischen Orthogonalfunktionen (EOF) durchgeführt (Barnett-Preisendorfer CCA). Durch die EOF-Analyse kann die Datenmenge zuerst gefiltert und komprimiert werden, um danach jene Prädiktoren zu finden, welche zeitlich optimal mit den lokalen Mustern von Temperatur oder Niederschlag (den Beobachtungen) korrelieren (v. Storch und Zwiers, 1999). Diese ermöglichen mittels einer linearen Modellschätzung die Rekonstruktion sowie die Vorhersage der Variabilität verschiedener Parameter. Die optimalen Prädiktoren werden aus variierenden Modellausschnitten sowie einer variierenden Anzahl an lokalskaligen Stationen, bezogen auf die Höhenklasse, mit dem Korrelationskoeffizient nach Pearson (r) sowie dem mittlere quadratische Fehler (RMSE) abgeschätzt. In einem ersten Schritt wird die Anzahl der in Frage kommenden Prädiktoren in einer idealisierten Test- und Auswahlperiode (Winter 1999) reduziert, um in einem zweiten Schritt für die Analyseperiode 1981-1990 die am besten geeigneten Prädiktoren zu finden. Es werden auch Prädiktorenkombinationen für diese Analyse zugelassen. Dabei werden “rotating split-sample tests“ angewendet, um die statistische Signifikanz der Ergebnisse zu steigern. Es wird dabei die Zeitspanne so aufgeteilt, dass 9 von 10 Wintersaisonen als Lern-Periode verwendet werden, um alternierend die zehnte verbleibende Wintersaison vorherzusagen. So werden für die vier repräsentativen Stationen jeweils die besten zehn Prädiktoren für die lokale Temperatur und den lokalen Niederschlag mittels eines mittleren Korrelationskoeffizienten bestimmt. Einzelne damit verbundene regionalskalige Muster werden zusätzlich interpretiert und deren Plausibilität überprüft. 5. Ergebnisse Als Resultat dieser Arbeit stellt sich heraus, dass die Einteilung der lokalen Beobachtungsstationen nach Höhenstufen die Ergebnisse verbessert, wohingegen die Unterteilung des ursprünglichen MM5 Ausschnittes in mehrere Subdomains keine wesentliche Qualitätssteigerung mit sich bringt. Bezüglich der lokalen Temperaturvariabilität wird bei der Analyse der resultierenden besten zehn Prädiktoren der dominierende Einfluss der regionalskaligen bodennahen Temperaturverteilung an allen repräsentativen Stationen sichtbar, wobei zusätzliche Informationen durch Kombination mit Feuchtigkeit- und Windparametern die Güte des Modells verbessern können. So erreichen die optimalen Schätzungen für die tägliche lokale Temperaturvariabilität in der Fokusperiode 1981-1990 einen Korrelationskoeffizienten von 0.75-0.95 (siehe Tab. 1), wobei die Korrelationen mit steigender Seehöhe auf Grund des Wegfallens orographisch bedingter Störungen sich verbessern. Diese so erhaltenen Prädiktorenkombinationen sind vergleichbar mit Ergebnissen von Matulla (2005) und ZAMG (1992). Ähnlich wie bei den Ergebnissen der lokalen Temperaturvariabilität die bodennahe Temperatur, erweist sich der advektive Niederschlag als Haupteinflussquelle der winterlichen alpinen Niederschlagsvariabilität. Kombiniert mit Wind, Feuchte oder der geopotentiellen Höhe können so Korrelationen mit den Beobachtungsdaten bis zu 0.7 erzielt werden (siehe Tab. 1), obwohl die Schätzung des Niederschlags als viel schwieriger als jene der Temperatur auf Grund des chaotischen ________________________________________________ P24 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Verhaltens angesehen werden kann. Jene so gefundenen Prädiktoren werden zusätzlich durch Ergebnisse aus Arbeiten von Widmann und Bretherton (2003) und Matulla et al. (2003) bestärkt. Temperatur Lienz T2+U700 Mooserboden T2+rel_H850 rrec rfor Kals 0.78330.7589T2+rel_H850 rrec rfor Sonnblick 0.85990.8305 rrec rfor rrec rfor 0.94910.9415T2+rel_H850 0.91790.9021 rrec rfor Kals 0.61100.6608Rain_adv+H500 0.60560.5827 Niederschlag Lienz Rain_adv+H500 rrec rfor Tabelle 1: Die besten Prädiktoren an den repräsentativen Stationen zur Schätzung der täglichen Temperatur und Niederschlagsvariabilität. Die Güte der Schätzungen wird mittels eines mittleren Korrelatationskoeffizienten für die Rekonstruktion (rrec) sowie die Vorhersage (rfor) in den split sample tests angegeben. T2 bezeichnet die 2m Temperatur, U700 die U Komponente des horizontalen Windes am 700 hPa Level, rel_H850 die relative Feuchte am 850 hPa Level, Rain_adv den advektiven Niederschlag, H_500 die geopotentielle Höhe am 500 hPa Level, Windd_850 die Winddivergenz am 850 hPa Level. Im Vergleich zu den ursprünglichen dynamischen Modelldaten, die als Grundlage für die Prädiktoren dienen, zeigt sich, dass das statistische Verfahren vor allem bei der Temperaturschätzung in Tallagen erheblich bessere Ergebnisse produziert. Mit zunehmender Seehöhe und damit abnehmenden topographisch induzierten Störungen kann das dynamische Modell den Abstand zu den statistischen Schätzungen verkleinern. Bezogen auf die lokale Niederschlagsschätzung stellt sich die lineare Methode nicht als idealer Ansatz heraus und es wird keine signifikante Verbesserung der dynamisch modellierten Ergebnisse erzielt. Weitere Ergebnisse finden sich in Themessl et al. (2005). Abschließend sei nochmals der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, dem Hydrographischen Zentralbüro sowie dem reclip:more Projekt für die Bereitstellung der Daten gedankt. CEBON, P., DAHINDEN, U., DAVIES, H., IMBODEN, D., JAEGER, C., 1998: Views from the Alps; Regional Perspectives on Climate Change, Cambrigde-London, The MIT Press, Seiten 20-72. INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC), 2001: Climate Change 2001; The Scientific Basis, Cambridge University Press, Cambridge, 881 Seiten. LOIBL, W., FORMAYER, H., SCHÖNER, W., AHRENS, B., DORNINGER, M, GOBIET, A., 2004: reclip:more – Research for Climate Projection: Model Evaluation, 1. Jahresbericht, Austrian Research Centers (ARC)- systems research, Seibersdorf. MATULLA, C., HAAS, P., 2003: Prädiktorensensitives Downscaling gekoppelt mit Wettergeneratoren: saisonale und tägliche CC-Szenarien in complex strukturiertem Gelände, GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Vol. 24, 63 Seiten. MATULLA, C., 2005: Regional, seasonal and predictor-optimized downscaling to provide groups of local scale scenarios in the complex structured terrain of Austria, Meteorologische Zeitschriften, Vol.14, No.1, Seiten 31-47. WANNER, H., GYALISTRAS, D., LUTERBACHER, J., RICKLI, R., SALVISBERG, E., SCHMUTZ, C., 2000: Klimawandel im Schweizer Alpenraum, Hochschulverlag, Zürich, 285 Seiten. UPPALA, S., KALLBERG, P., HERNANDEZ, A., SAARINEN, S., FIORINO, M., LI, X., ONOGI, K., SOKKA, N., ANDRAE, U., DA COSTA BECHTOLD, V., 2004: ECMWF Newsletter No.1001 – Summer / Autumn 2004, ECMWF, 21 Seiten. THEMESSL, M., GOBIET, A., TRUHETZ, H., KIRCHENGAST, G., 2005: Downscaling of Temperature and Precipitation in the Alpine Region Hohe Tauern (Diplomarbeit), Bericht Nr. 5-2005, ISBN 3-9502126-2-0, Wegener Center Verlag, Graz, 108 Seiten. WIDMANN, M., BRETHERTON, C., 2003: Statistical Precipitation Downscaling over the Northwestern United States Using Numerically Simulated Precipitation as a Predictor, Journal of Climate, American Meteorological Society, Seiten 799816. v. STORCH, H., ZWIERS, F., 1999: Statistical Analysis in Climate Research, Cambrigde University Press, Cambridge, 484 Seiten. ZENTRALANSTALT FÜR METEOROLOGIE UND GEODYNAMIK (ZAMG), 1992: 88. – 89. Jahresbericht des Sonnblick-Vereines für die Jahre 1990–1991, Eigenverlag des Sonnblick-Vereins, Wien , 36 Seiten. ________________________________________________ P24 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimatrends in Südösterreich 1961-2004: Region Hohe Tauern und Region Südoststeiermark im Vergleich Thomas Kabas, Ulrich Foelsche und Gottfried Kirchengast Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel (WegCenter) und Institutsbereich Geophysik, Astrophysik und Meteorologie (IGAM)/Institut für Physik, Karl-Franzens-Universität Graz Leechgasse 25, A-8010 Graz, Austria Email: [email protected], Web: www.wegcenter.at Key words: Klimawandel, Trendanalyse, Regionale Trends in Südösterreich (Südoststeiermark, Alpiner Raum). Zusammenfassung Für den Zeitraum 1961-2004 (bzw. einer von der Datenverfügbarkeit abhängigen Periode) wurde auf Basis einer linearen Trendanalyse neben den Parametern Lufttemperatur und Niederschlag der Verlauf von Neuschnee und Schneehöhe betrachtet. Zusätzlich wurde die Entwicklung der Abflussmengen an den Hauptflüssen der Regionen (Salzach und Drau bzw. Mur und Raab) näher untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt einerseits auf Betrachtung von Jahres-, Saison- und Monatswerten, andererseits wurden an einigen Stationen Verläufe von Tagesdaten gezeigt. Einleitung In den letzten Jahren konnten zunehmend Anzeichen eines sich verändernden Klimas beobachtet werden. In daraus resultierenden Studien und Diskussionen konnte gezeigt werden, dass die klimatische Veränderung keineswegs einheitlich verläuft (siehe z.B. FORMAYER et al., 2001). In der vorliegenden Untersuchung wird die Entwicklung solcher regionaler Unterschiede in zwei Gebieten aufgezeigt, welche als charakteristische Landschaftsformen im mitteleuropäischen Raum angesehen werden können. Die Region Hohe Tauern umfasst den Nationalpark Hohe Tauern und liegt inmitten des Alpenmassivs. Das Gebirge zeigt sich jedoch nicht nur in der Prägung der Landschaftsformung, sondern spiegelt sich – als massives Hindernis für durchziehende Wolkensysteme – auch in den klimatischen Gegebenheiten wider. Dieser Situation steht die Südoststeiermark als flaches bis hügeliges Gebiet mit geringer Seehöhe gegenüber. Methode Die Datengrundlage setzt sich aus korrigierten aber nicht homogenisierten Messdatenreihen der Zentralanstalt für Meteorologie und Geophysik (ZAMG) und der Abteilung VII/3-Wasserhaushalt im Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt- und Wasserwirtschaft (Hydrographisches Zentralbüro, HZB) zusammen. In einem ersten Schritt wurden die Zeitreihen auf Datenlücken, Sprünge und andere Unregelmäßigkeiten untersucht. Zusammen mit auftretenden Stationsverlegungen führte dies auch zu einer ersten Reduktion der Messstellenzahl. Für die weiter verwendeten Daten wurden anschließend erste Trendverläufe erstellt, wobei Repräsentanzanalysen zu einer weiteren Minimierung führten. Die Veränderlichkeit des Trends ist insbesondere für Werte monatlicher Niederschlagshöhen sehr stark, weshalb bei Niederschlag eine Mindestdatenlänge von 30 Jahren empfohlen wird. Dieses Kriterium wurde auch für Schnee und Abfluss verwendet, im Fall der weniger stark variierenden Lufttemperatur sind Zeitreihen von 20 Jahren ausreichend (vgl. RAPP 2000). Um eine homogenere Verteilung zu gewährleisten, wurden einzelne Stationen, deren Zeitreihenlänge die geforderte Mindestlänge nur wenig unterschreitet, in die Berechnungen miteinbezogen. Neben der zeitlichen Repräsentanz wurde auch die räumliche Veränderlichkeit des betreffenden Klimaelements überprüft. Die Bestimmung erfolgte mit der räumlichen Verteilung des zweidimensionalen linearen Produkt-MomentKorrelationskoeffizienten r nach Pearson. Für Monatssummen des Niederschlags kann für eine ausreichend hohe Repräsentanz ein Mindestkriterium von r = 0.7 – entspricht einer gemeinsamen Varianz von ca. 50% – gefordert werden. Monatliche Temperaturmittel besitzen eine geringere räumliche Variabilität, wodurch ein anspruchsvolleres Kriterium von r = 0.9 – bedeutet eine gemeinsame Varianz von ca. 80% – festgelegt werden kann (vgl. RAPP und SCHÖNWIESE 1996). ________________________________________________ P25 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Abbildung 1: Repräsentanz der Zeitreihe (Monatswerte) von Sachsenburg (Kärnten) in Abhängigkeit von der Entfernung zu neun Stationen; mit entsprechenden Ausgleichsgeraden. Datengrundlage: ZAMG und HZB, 2005. Für die Parameter Temperatur, Niederschlag und Schnee wurde auf Basis von Monatsdaten ein Gebietsmittel der jeweiligen Region bestimmt. Die zuvor durchgeführte Analyse der räumlichen Repräsentanz führte dabei zu weiteren Untergliederungen der vorhandenen Stationsdaten. In der Region Hohe Tauern wurde zwischen Station mit einer Seehöhe < 1500 m und darüber liegenden unterschieden. Die zwei Stationen > 1500 m (Mooserboden und Sonnblick) wurden anschließend jede für sich einzeln bearbeitet. Für die weiteren Untersuchungen der Niederschlagsentwicklung (inklusive Schneeparameter) erfolgte eine Aufspaltung in eine nördlich und südlich des Zentralhauptkamms liegende Region. In der Südoststeiermark konnte auf eine zusätzliche Differenzierung verzichtet werden, einzig die Station Schöckl, welche mit 1436 m die restlichen Messstellen mit Seehöhen zwischen etwa 200-700 m weit überragt, wurde gesondert behandelt. Zur Berechnung der Temperaturgebietsmittel wurden die Daten der einzelnen Stationen zuvor auf ein festgelegtes Höhenlevel angeglichen (unter der Annahme eines mittleren vertikalen Temperaturgradienten von 0.65 K pro 100 m). Dabei wurde für die Hohen Tauern eine Seehöhe von 1000 m und für die Südoststeiermark von 400 m gewählt. Eine weitere Einschränkung erfolgte bei Neuschnee, da dieser Parameter im Gegensatz zur Gesamtschneehöhe noch nicht so lange Zeit gemessen wird und auch jene Stationen mit längeren Zeitreihen erhebliche Datenlücken aufweisen. Aus diesem Grund wurde ein Gebietsmittel für den Zeitraum Oktober 1970–Oktober 2001 berechnet und in weiterer Folge die Periode 1971–2000 betrachtet. Insgesamt wurden in der Untersuchung Messergebnisse von 24 Klimastationen und 8 Abflussstationen in der Region Hohe Tauern bzw. 20 Klimamessstellen und 8 Abflussstationen in der Region Südoststeiermark berücksichtigt. Neben dem Gebietsmittel wurden auch Trendverläufe an charakteristischen Einzelstationen untersucht. Während bei Temperatur der Verlauf anhand des linearen Trends betrachtet wurde, erschien bei Niederschlag, Schnee und Abfluss die Berechnung eines relativen Trends in Relation zum Mittelwert der Klimagröße sinnvoll. Neben der bereits angeführten Repräsentanz ist die statistische Signifikanz des Trends Grundvoraussetzung für eine sinnvolle Interpretation. In dieser Arbeit wurde das TrendRausch-Verhältnis als Signifikanzkriterium herangezogen und zusätzlich noch das Bestimmtheitsmaß berechnet. In der in dieser Untersuchung verwendeten Form gibt das Bestimmtheitsmaß das Verhältnis des Streuungsanteils auf der Geraden zur Gesamtstreuung an und wird als quadratischer Wert des nach Paerson bestimmten Korrelationskoeffizienten gebildet (vgl. LOZÁN und KAUSCH 1998). Ergebnisse Die Resultate zeigen in erster Linie eine signifikante Zunahme der Temperatur über die letzten Jahrzehnte, wobei insbesondere die Sommertemperaturen betroffen sind. Die Erwärmung erfolgte deutlich stärker als im globalen Mittel, so kann in den Hohen Tauern im Zeitraum 1961–2004 eine Zunahme der Jahresmitteltemperatur von 2.0°C festgestellt werden. Die Erhöhung zeigt sich auch bei Betrachtung einzelner Stationen wie z.B. Mallnitz mit 2.2°C und St. Jakob im Defereggen mit 2.0°C. Für hochalpine Gebiete (> 1500 m Seehöhe) ist ebenfalls ein Temperaturanstieg erkennbar, wie sich bei der Untersuchung der Stationen Mooserboden und Sonnblick zeigt (Zunahme von jeweils 1.6°C). In der Südoststeiermark zeigt sich die Entwicklung noch stärker, dort ist die mittlere Jahrestemperatur um 2.4°C angestiegen. An der Station Schöckl zeigt sich eine Erhöhung von 1.6°C, an den tiefer gelegenen Messstellen Graz-Universität und Gleisdorf beträgt die Zunahme 2.1°C bzw. 2.2°C. In beiden Regionen sind auch die außergewöhnlich hohen Temperaturen des Jahres 2003 klar ersichtlich. ________________________________________________ P25 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) An der Station Graz-Universität wurden 2003 beispielsweise 107 Sommer- (Tmax ≥ 25°C ) und 41 Tropentage (Tmax ≥ 30°C ) erreicht, an der Station Lienz stellen 37 Tropentage ebenfalls ein bisheriges Maximum in der gesamten Messreihe dar. Abbildung 2: Trend der Jahresmitteltemperatur der Regionen Hohe Tauern und Südoststeiermark 1961-2004. Jahresmittelwerte (dünn), 5-jähriges gleitendes Mittel (mittel), Trendgerade (dick); Hohe Tauern (unten), Südoststeiermark (oben). Datengrundlage: ZAMG und HZB, 2005. Für Niederschlag und Abfluss ist (noch) kein statistisch eindeutiger Trendverlauf erkennbar, auf niederschlagsreichere Perioden folgen niederschlagsärmere und aufgrund der großen räumlichen Variabilität sind auch zwischen den Stationen teils erhebliche Differenzen zu beobachten. Größere innerregionale Unterscheide zeigen sich bei Betrachtung der Schneeentwicklung in den Hohen Tauern. Während an der Alpennordseite auch in den letzten Jahren höhere Schneemengen auftraten, blieben diese an der Südseite vor allem seit Mitte der 1990er Jahre aus. 1961–1970 betrug das Jahresmittel der Gesamtschneehöhe noch durchschnittlich 10.8 cm, 1991–2000 nur mehr 5.9 cm und 1995–2004 sogar nur mehr 4.1 cm. Die Betrachtung einzelner Saisonen zeigt sowohl im Herbst und Winter eine Abnahme der Schneehöhe, insbesondere jedoch im Frühling, wo der Rückgang noch früher einsetzte. Abschließend sei noch einmal in Erinnerung gerufen, dass es sich bei dem verwendeten Datenmaterial um zwar korrigierte aber nicht vollständig homogenisierte Daten handelt. Einzelne Stationen sind weiters von einer sich stark verändernden lokalen Umgebung charakterisiert, was auch zu einer Beeinflussung der gewonnen Messdaten führt. Dies und die Tatsache, dass der Untersuchungszeitraum in einer kühleren Phase beginnt und in einer recht warmen endet, muss bei der Trendinterpretation berücksichtigt werden. Für die untersuchten Regionen wird jedoch die Entwicklungsrichtung klar aufgezeigt und diese weist auf zunehmend höhere Temperaturen und geringere Schneemengen hin, wovon insbesondere die Alpensüdseite betroffen ist. An dieser Stelle sei der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) und dem Hydrographischen Zentralbüro (HZB) für die Bereitstellung der Daten vielmals gedankt. Literatur: AUER, I., et al., 2001: Austrian Long-Term Climate (ALOCLIM) 1767-2000 – Multiple Instrumental Climate Time Series from Central Europe. Österreichische Beiträge zu Meteorologie und Geophysik, Heft 25. Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien, 160 S. FORMAYER, H., et al., 2001: Auswirkung einer Klimaveränderung in Österreich: Was aus bisherigen Untersuchungen ableitbar ist. Institut für Meteorologie und Physik, Universität für Bodenkultur, Wien, 60 S. KABAS, T., 2005: Das Klima in Südösterreich 1961-2004: Die alpine Region Hohe Tauern und die Region Südoststeiermark im Vergleich. Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel, Karl-Franzens Universität Graz, Wissenschaftlicher Bericht Nr.4-2005, Wegener Center Verlag, Graz, 132 S. LOZÁN, J. L., KAUSCH, H., 1998: Angewandte Statistik für Naturwissenschaftler. 2., überarbeitete und ergänzte Auflage, Pareys Studientexte 74, Parey Buchverlag, Berlin, 278 S. RAPP, J., 2000: Konzeption, Problematik und Ergebnisse klimatologischer Trendanalysen für Europa und Deutschland. Berichte des Deutschen Wetterdienstes (DWD) 212, Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach am Main, 145 S. RAPP, J., SCHÖNWIESE, C.-D., 1996: Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990. Frankfurter Geowissenschaftliche Arbeiten, Serie B, Meteorologie und Geophysik, Band 5, Frankfurt am Main, 253 S. ________________________________________________ P25 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Outstanding past decadal-scale climate events in the Greater Alpine Region analyzed by 250 years of data and model runs C. Matulla, I. Auer, R. Böhm, M. Ungersböck and W. Schöner; Central Institute for Meteorology and Geodynamics, Vienna, Austria S. Wagner and E. Zorita; Institute for Coastal Research, GKSS Research Centre, Geesthacht, Germany This study is in based on 250 years of multi-element station-records and an ensemble of climate model runs conducted under different external forcings for the same period. Main targets we have dealt with are: Detection of outstanding periods within the station-records; Comparison of them to Alpine glacier records and understanding glacial changes by means of multi-element station-records; Analyzis of atmospheric circulation as modeled by climate model runs; Attribution of different forcings to outstanding periods; This study was carried out within the framework of CLIVALP, financed by FWF (P 15076-N06). See http://dvsun3.gkss.de/BERICHTE/GKSS_Berichte_2005/GKSS_2005_4.pdf for details. Regarding temporal lengths, spatial resolution and vertical extension, historical climate data within the Alpine region offer a splendid potential for the investigation of Alpine climate and its variability. HISTALP (Historical Instrumental Climatological Surface Time series for the Alpine region) is a database that combines multi-elemental, homogenized time series (72 series of air pressure, 131 of temperature, 192 of precipitation, 55 and 66 of sunshine and cloudiness, respectively) reaching back into the early instrumental period. Longest temperature and air pressure series extend back to 1760, precipitation to 1800, cloudiness into the 1840s and sunshine into the 1880s. ________________________________________________ P26 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) On the basis of HISTALP multi-annual to decadal periods, showing significant temperature anomalies for a large fraction of station-records are detected. Such periods, called ‘outstanding’, are likely to stand for an enhanced climatic impact on society, agriculture and ecosystems in general and are leaving their marks in the scenery (e.g. advancing or retreating glaciers). In fact, glacial changes during outstanding periods can be understood in terms of air temperature, precipitation, sunshine, and cloudiness. This finding strengthens confidence in the detected outstanding periods. To further address external forcings to outstanding periods, ensemble simulations, carried out with a coupled General Circulation Model, driven by different external forcings are investigated. These high standard and expensive simulations were provided by the GKSS Research Centre, Geesthacht. Based on outstanding periods, atmospheric circulation of those simulations is, that reasonably reproduce observed surface temperature conditions. In doing so, it is possible to address different circulation modes to outstanding warm and cool periods. Results are regarded as promising and in agreement with the physical understanding of atmospheric circulation. ________________________________________________ P26 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) COST ACTION 725 ESTABLISHING A EUROPEAN PHENOLOGICAL DATA PLATFORM FOR CLIMATOLOGICAL APPLICATIONS OVERVIEW AND FIRST RESULTS www.cost725.org Elisabeth Koch1, Ernst Dittmann2, Wolfgang Lipa1, Annette Menzel3, Jiri Nekovar4, Arnold v. Vliet5 1 [email protected] Central Institute for Meteorology and Geodynamics, Vienna, Austria 2 German Meteorological Service, Offenbach, Germany 3 Technical University Munich, Germany 4 Czech Hydro Meteorological Institute 5 Wageningen University SUMMARY The main objective of the pan-European COST action 725 having started in 2004 and running for five years follows its name to establish a European reference data set of phenological observations including metadata, that can be used for climatological purposes, esp. climate monitoring, and the detection of climate change. Secondary objectives lie in the harmonization of techniques for the definition of species and phases, in developing recommendations for monitoring and collection procedures, for observation rules, algorithms for the data quality control, and for the archiving and distribution of phenological data. One working group is dedicated to the application of phenological data, especially in the topic of climate change (e.g. trend analyses, correlations between phenological phases and other climate elements) but also in developing mapping techniques of phenological information (see also http://www.cost725.org/). 1 INTRODUCTION COST is an inter-governmental framework for European Co-operation in the field of Scientific and Technical Research. COST works on the basis of so-called Actions, i.e. networks of coordinated national research projects in fields, which are of interest to participants from at least 5 different member states. The actions are defined by a Memorandum of Understanding (MoU) signed by the Governments of the COST states wishing to participate. 26 out of now 34 COST member states have signed the Memorandum of COST Action 725 making it the biggest running action of the COST Domain Meteorology. Because of the close relationship between plant development, weather and climate the national phenological observation networks in many countries are run by the meteorological services (WMO, 2000) or by NGOs (e.g. in the UK, The Woodland Trust) or were established by universities (e.g. in The Netherlands, Wageningen University) and also few international or European networks are existing e.g. since the 1960ies the IPG (International Phenological Gardens). The networks have different objectives and goals that have also been undergoing a paradigm shift in the course of time. At the beginning of modern phenology in the 18th century the data were used as compliment to met. data do show “..how areas differ (Linnaeus, 1751). Phenological data are used for microclimatological purposes to show e.g. thermally favored zones, in agrometeorology phenological data are input for crop models; pollen forecasts are another example for the utilization. And since the late1990ies climate change impacts has been coming to the fore: Plants maybe viewed as ‘Integrative Measurement Devices’ for the environment as their development is influenced to a great extent by many environmental factors (weather and climate conditions in the micro and macro-scale, soil-conditions, water supply, diseases, competition, etc., Defila, 1992). The seasonal cycle of plants however is influenced to the greatest extent by temperature, photoperiod and precipitation (Sarvas 1972, 1974, Morellato and Haddad, 2000, Keatley, 2000). 2 OBJECTIVES OF COST725 As mentioned above many different organizations organize and collect phenological observations. Due to that fact the phenological observations don’t follow the same guidelines the data are also widespread and stored at different institutions and in different data formats. The main objective of the Action is therefore to establish one European reference data set of phenological observations, that ________________________________________________ P27 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) can be used for climatological purposes, especially climate monitoring, and detection of changes. This data set will be easy and free accessible for scientific purpose and will be made available via internet. Secondary objectives lie in the harmonization of techniques for: the definition of species and phases, that shall be observed in a harmonised way the quality control of observations commonly used formats of archiving and distribution of data mapping of phenological information and other application methods and the overall goal is increasing the knowledge of relations between weather/climate and phenological phases. 3 FIRST RESULTS The action started with an inventory of all available phenological station-data, data including metadata including International Phenological Gardens (IPG). As can be seen the station density varies quite much with the most dense network in former West-Germany, Figure 1: Map of phenological stations, recorded by working group 1 of COST725, state of April 2005 An even greater variability than in station density can be found in the plant species and phases under observation. Out of more than 300 observed species 64 were selected by working group 2 in cooperation with WG1 for the database following the criteria that the plant is observed in at least five networks and / or it is of importance for agriculture or is typical for a climate region. WG 2 has started already with the collection of the selected data from the participating countries (see table 1). ________________________________________________ P27 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Table 1: List of plants selected for the common database native plants Aesculus hippocastanum Alnus glutinosa Alopecurus pratensis Ambrosia artemisiifolia Artemisia vulgaris Betula pendula (B. verrucosa, B. alba) Corylus avellana Fagus sylvatica Forsythia suspensa Picea abies (P.excelsa) Quercus robur (Q.peduncula) Sambucus nigra Dactylis glomerata Tussilago farfara Acer platanoides Acer pseudoplatanus Alnus incana Anemone nemorosa Betula pubescens Fraxinus excelsior Galanthus nivalis Larix decidua Prunus spinosa Robinia pseudoacacia Salix caprea Sorbus aucuparia Syringa vulgaris Taraxacum officinale Tilia cordata fruit trees Malus x domestica (early cultivar ) Malus x domestica (late cultivar ) Prunus avium (Cerasus avium) (early cultivar ) Prunus avium (Cerasus avium) (late cultivar ) Vitis vinifera (cultivar ) Prunus domestica (early cultivar ) Prunus domestica (late cultivar ) Pyrus communis (early cultivar ) Pyrus communis (late cultivar ) Ribes rubrum northern plants Calluna vulgaris Cornus suecica Epilobium angustifolium Fragaria vesca Geranium sylvaticum Juniperis communis Vaccinium myrtillus Populus tremula agricultural crops Hordeum vulgare (spring, cultivar ) Hordeum vulgare (winter, cultivar ) Secale cereale (spring, cultivar Secale cereale (winter, cultivar ) Triticum aestivum (winter, cultivar ) Avena sativa (spring, cultivar ) Avena sativa (winter, cultivar ) Beta vulgaris (cultivar ) Helianthus annuus (cultivar ) Solanum tuberosum (early, cultivar ) Solanum tuberosum (late, cultivar ) Zea mays Meadow southern plants Laurus nobilis Olea europea Prunus amygdalis/dulcis Rosmarinus officinalis In order to gain comparable phenological data in the database the observed phases were coded according to the so called extended BBCH scale (Meier, U., 1997). As it is a general scale one can also apply it to those plants for which no special scale is available. For the description of the main (longer-lasting) phenological development stages, so called principal growth stages, clear and easily recognized external morphological characteristics are used. The secondary growth stages define a short step of development (see figure 2). Principal Growth Stages Description 0 Germination / sprouting / bud development 1 Leaf development (main shoot) 2 Formation of side shoots / tillering 3 Stem elongation or rosette growth / shoot development (maninshoot) 4 Development of harvestable vegetative plant parts or vegetatively propagated organs / booting (main shoot) 5 Inflorescence emergence (main shoot) / Heading 6 Flowering (main shoot) 7 Development of fruit 8 Ripening or maturity of fruit and seed 9 Senescence beginning of dormancy Figure 2: Principal and secondary growth stages of the BBCH code (source Growth stags of plants, Meier, 1997) In close cooperation with CCl (Commission for Climatology) of WMO (World Meteorological Organisation) Guidelines for plant phenological observations were finished and will be available in the 3rd edition of the Guide to Climatological practices (Koch et al., 2005) ________________________________________________ P27 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) The goals of the working group 3 within the COST725 action is to identify and demonstrate applications of this unique phenological data set as well as to carry out the first investigations. The following eight applications have been identified, which will be fulfilled by scientists with the appropriate expertise. A comparison of all data quality control, data correction, and gap filling methods (e.g. by meteorological indices, PCA, ..). The selection of appropriate procedures will allow the production of a quality tested data set. In addition, cross boarder differences might provide a further insight into the various methods of observations and further data processing. The second theme is the mapping of phenological data. Here, problems to be solved may arise from differences in station density, the different response of cloned and native plants, and various methods used in different countries. Maps will be produced for mean values for selected time intervals, trends, extreme years (e.g. the extreme dry and hot summer of 2003), variability, and climate response. The production of a higher level order product, a gridded data set of selected phases and phenological or seasonal indices, will allow a wide use of this data set in continental Europe wide studies. A forth theme will comprise analyses of temporal trends by different methods (e.g. linear regressions, Bayesian methods) and their Europe wide comparisons. The linkage of the onset of phenological events to weather and climate data in order to quantify the climate response of selected phases will be done by different type of analyses (e.g. correlation analyses). However, climate measures investigated should also include variability measures, extremes, various climate indices, such as agro-climatic models, weather type classes, circulation indices and different parameters, such as sunshine, rainfall, soil moisture, ... Here, there is a possibility of incorporating process based models. It is planned to study microclimate and local effects (e.g. heat islands, urban and rural areas), separately. An important last application is the link of various remote sensing / satellite data to phenological ‘ground truth’ and other measures, such as climatological metrics and agroclimatological indices. 4 DISCUSSION AND CONCLUSION The COST action 725 meets the need to retrieve the treasure of phenological observations that have been hidden so far in many different databases, formats etc and make them easily accessible to different users. Numerous examples – from the duration of the growing season for gingko trees in Japan to the flowering of lilac in the US or the flowering of snowdrops in Germany – show that climate change is significantly changing the seasonality of our eco-systems, especially in the middle and higher northern latitudes. The IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) concluded in its Third Assessment Report in 2001 that many physical and biological systems, such as hydrology, glaciers and ice, vegetation, insects, birds and mammals, are already reacting to changing temperatures. COST725 will not only provide the database for further studies but will make applications of the data as e.g. shown in the presentation of A. Menzel et al., (2005) Meta-analysis of phenological trends in Europe (COST725)at the ICB 2005. REFERENCES Defila, C., 1992. Pflanzenphänologischer Kalender ausgewählter Stationen in der Schweiz. Klimatologie der Schweiz, Heft 30/L,233pp, Hrg. Schweizerische Meteorologische Anstalt Keatley, M., 2000. Influences on the flowering phenology of three Australian Eucalyptus. Proceedings of ICB-ICUC’99, Sydney, WMO/TD No 1026, Geneva Koch, E., E. Bruns, C. Defila, W. Lipa and A. Menzel: Guidelines for plant phenological observations for Commission of Climatology of World Meteorological Organisations, in press Linnaeus, C.: Philosophia Botanica, 1751 Meier, U. (ed.), 1997. Growth stages of Mono- and Dicotyledonus Plants. BBCH Monograph, Blackwell Wissenschafts-Verlag Berlin Wien, 622pp Menzel, A., T. Sparks, N. Estrella, E. Koch and further members of COST725, 2005 : Meta-analysis of phenological trends in Europe (COST725) Annalen der Meteorologie 41, Vol.2 17th International Congress of Biometeorology ICB 2005 Morellato, L.P.C., Haddad, F.B., 2000. The Brazilian Atlantic Forest. Biotropica special issue Vol. 32, No 4b Sarvas, R., 1972. Investigations on the annual cycle of development of forest trees I. Autumn dormancy and winter dormancy. Communicationes Instituti Forestalis Fenniae, 76 Sarvas, R., 1974. Investigations on the annual cycle of development of forest trees II. Active period. Communicationes Instituti Forestalis Fenniae, 84 WMO (ed.), 2000. Report of the RA VI working group on agricultural meteorology, WMO/TD No.1022, Geneva ________________________________________________ P27 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Klimatologische Evaluierung der REMO (REgionalMOdell) Niederschlagssimulation über dem Alpenraum 1971 - 1999 Helfried Scheifinger (1), Reinhard Böhm (1), Martin Widmann (2) and Christoph Frei (3) (1) Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Hohe Warte 38, A – 1190 Wien, Tel.: 36026 2410; email: [email protected] (2) GKSS Institut für Küstenforschung, Max-Planck-Straße, D-21502 Geesthacht (3) MeteoSchweiz, Krähbühlstrasse 58, CH – 8044 In der hier vorgestellten Studie wurde eine Bewertung der Fähigkeit des REMO (REgionalMOdell), monatliche Niederschlagssummen über der GAR (Greater Alpine Region) zu simulieren, durchgeführt. An seinen Rändern wurde REMO von ERA40 Reanalysefeldern angetrieben, wobei die Information der ERA40 Gitterpunkte im Inneren des Modellgebietes mit einer sogannten ‚spectral nugding’ Technik in den Modelllauf integriert wurde. Die Evaluierung der Modellergebnisse beruht im wesentlichen auf dem Niederschlagsdatensatz der ETHZ (Frei et al., 1998) und auf dem HISTALP (Historical Instrumental climatological Surface Time series of the greater ALPine region) Datensatz (Abb. 1). Die untersuchte Zeitperiode beginnt mit Jänner 1971 und endet im November 1999. Die räumliche Verteilung der langjährigen mittleren jährlichen Niederschlagssummen wird von REMO zu einem gewissen Grad durchaus wiedergegeben, wobei Luv- und Lee-Effekte durch die Topografie der Alpen gut zu erkennen sind. Der vom Modell erklärte beobachtete räumliche Varianzanteil beträgt 25% (Abb. 2). REMO ist allerdings kaum in der Lage, besonders im komplexen Gelände, jährliche oder monatliche Niederschlagssummen an den einzelnen Gitterpunkten korrekt wiederzugeben. In manchen Gebieten wird der Niederschlag systematisch über- oder unterschätzt. So wird die Wirkung der Topografie im Allgemeinen im Luv über- und im Lee oder inneralpinen Bereich unterschätzt. Der Jahreszyklus der räumlichen Niederschlagsverteilung wird großteils vom Model wiedergegeben (Abb. 3). Abgesehen von der Beeinflussung durch den langjährigen Trend zu geringeren Niederschlagssummen wird die räumliche Verteilung der linearen Niederschlagstrends der mittleren jährlichen Niederschlagssummen vom Modell erfasst. Während der kalten Jahreszeit wird auch die räumliche Verteilung der linearen Trends monatlichen Niederschlagssummen großteils richtig wiedergegeben (Abb. 4). Während der warmen Jahreszeit sind die Trends weniger ausgeprägt und werden daher schlechter vom Modell erfasst. Dasselbe gilt für die räumliche Verteilung der extremen Niederschlagssummen im Bereich der 10% und 90% Perzentilen. Die allgemeine raum- zeitliche Varianz, wie sie durch die EOFs beschrieben werden, wird vom REMO gut erfasst. Diese Studie hat gezeigt, dass zwar nicht für alle Details, aber doch für die wesentlichen und typischen klimatologischen Fragestellungen im Zusammenhang mit monatlichen Niederschlagssummen über dem Alpenraum ein regionales Zirkulationsmodell als physikalisch konsistentes Bindeglied zwischen den großräumigen Antrieben und der lokalen Variabilität des Niederschlages herangezogen werden kann. Anwendungen auf spezifische Fragestellungen sind geplant. Abb. 1: Räumliche Ausdehnung der Niederschlagsgitter bzw. Niederschlagsnetzwerke, die in dieser Arbeit verwendet werden: das REMO Modellgitter mit 1/6° Auflösung (lila), das ETHZ Gitter (blau mit vollständigen Zeitreihen und grün mit unvollständigen Zeitreihen von 1971 – 1999) und die roten Punkte geben die Positionen der HISTALP Niederschlagsstationen an. _________________________________________ P28 _____________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) beta 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00 -1,20 -1,40 -1,60 -1,80 1 2 3 RSQ 4 5 6 RMSE (mm) 7 8 9 10 11 12 Month Abb. 4: Gitterpunktweise Darstellung des linearen Trends über alle Märzmonate von 1971 – 1999. ETHZ Beobachtungen (links oben), REMO (rechts oben) und die entsprechenden Mann – Kendall Signifikanzzahlen sind jeweils in den Abbildungen darunter angegeben. Frei, C., and C. Schär (1998): A precipitation climatology of the Alps from high-resolution rain-gauge observations. International Journal of Climatology, 18, 873-900. Murphy, A. H., and E. S. Epstein (1989): Skill scores and correlation coefficients in model verification. Monthly Weather Review, 177, 572-581. Schmidli, J, C. Frei and C. Schär (2001): Reconstruction of Mesoscale Precipitation Fields from Sparse Observations in Complex Terrain. J. Climate, 14, 3289 – 3306. _________________________________________ P28 _____________________________________________________ 60 54 48 42 36 30 24 18 12 6 0 RSQ/RMSE (mm) Abb. 3: Erklärte räumliche Varianz, RSME und β Werte (z.B. Murphy and Epstein, 1989, Schmidli et al., 2001) zwischen beobachteten (ETHZ) und modellierten mittleren monatlichen Niederschlagsfeldverteilungen (1971 – 1999) Skill score β Abb. 2: Räumliche Verteilung der mittleren jährlichen Niederschlagssummen (mm/Jahr) des ETHZ Datensatzes (oben links), der REMO Simulation (unten links), die Modelltopographie (gpm, oben rechts) und des Verhältnisses der mittleren jährlichen Niederschlagssummen REMO/ETHZ (unten rechts). 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) A HIGH RESOLUTION TEMPERATURE CLIMATOLOGY IN COMPLEX TERRAIN – DEMONSTRATED IN THE TEST AREA GREATER ALPINE REGION (GAR) I. Auer1, R. Böhm1, R. Potzmann1, W. Schöner1, G. Müller-Westermeier2, V. Kveton3, T. Cegnar4, M. Dolinar4,M. Gajić-Čapka5, K. Zaninović5, M. Maugeri6, M. Brunetti7, T. Nanni7, M. Carrer8, L. Mercalli9, Z. Majstorovic10,M. Begert11, J.M. Moisselin12, J.-P. Ceron12, O. Bochnicek13, Zita Bihari14, P. Nola15 1 Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien, 2 Deutscher Wetterdienst, Offenbach, 3 Czech Hydro-meteorological Institute, Praha, 4 Environmental Agency of the Republic of Slovenia, Ljubljana, 5 Meteorological and Hydrological Service of Croatia, Zagreb, 6 Istituto di Fisica Generale Applicata, Milano, 7 Istituto ISAC-CNR, Bologna, 8 Università degli Studi di Padova, Legnaro, 9 Società Meteorologica Italiana, Torino, 10 METEO BiH, Sarajevo, 11 MeteoSwiss, Zürich, 12 Meteo France, Toulouse, 13 SHMU, Bratislava, 14 HMS, Budapest, 15 Università degli Studi di Pavia, Pavia Ursprüngliches Projektziel war die Erstellung hochauflösender mittlerer monatlicher Temperaturfelder (1x1km) über eine 30jährige Periode (CLINO 1961-1990) in der „Greater Alpine Region (GAR)“. Die Idee zu diesem ehrgeizigen Projekt wurde im November 2004 geboren. Das existierende Wissen beschränkte sich zu diesem Zeitpunkt auf einzelne nationale Temperaturkarten (jährlich oder auch monatlich), die bis heute über die unterschiedlichsten Zeiträume, mit unterschiedlicher Auflösung aus einzelnen Ländern verfügbar sind. Wie nicht anders zu erwarten, entstehen dadurch an den Landesgrenzen große Unstimmigkeiten. Um die gesamte GAR (4-19°E, 43-50°N) mit ausreichend großer Datendichte abzudecken, waren Anfragen an 15 verschiedene Datenerzeuger notwendig. Für eine weitere Verarbeitung erwiesen sich die Daten von 1723 Stationen in Hinblick auf Qualität als brauchbar. Das ausgestellte Poster zeigt einige erste Ergebnisse dieser Arbeiten. Im Januar 2006 erfolgte die Ausweitung zu einem internationalen ECSN (http://www.eumetnet.eu.org/ECSN_home.htm) Projekt. Die neue ECSN „High Resolution Temperature Climatology“ wird als hoch auflösende Ergänzung zum ECSN Climate Atlas of Europe (auf Grundlage von 700 Stationen von 24 Ländern) zur Verfügung stehen. Die Einzigartigkeit der GAR mit hoher Stationsdichte, einer über 4000 m übersteigenden Vertikalerstreckung und komplizierter Orographie, und seiner Eigenschaft als Wetterscheide zwischen atlantischen, kontinentalen und mediterranen Einflüssen zu fungieren, haben auch bei den „NichtAlpenländern“ Norwegen und Großbritannien Interesse erweckt, sich am Projekt ________________________________________________ P29 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) zu beteiligen, da es hier ja auch um das Auffinden und Testen geeigneter Methoden geht, die dann auf andere Gebiete und Regionen übertragbar sind. Nach Abschluss des Projektes ECSN GAR/HGT steht eine Datengrundlage zur Verfügung, die ein breites Feld von weiteren Anwendungen ermöglichen wird. Als Beispiel sei das Zusammenführen der HISTALP Temperaturdaten Daten (Auer et al., 2006) und der hoch aufgelösten monatlichen Temperaturfelder genannt, mit dem Ziel Temperaturzeitreihen mit entsprechend hoher räumlicher Auflösung anbieten zu können. Als Vorbild dazu dient die Methodik von Efthymiadis (Efthymiadis et al., 2006). Literatur (Auswahl): Auer I, Böhm R, Mohnl H, Potzmann R, Schöner W, Skomorowski P. 2001: Öklim – Digitaler Klimaatlas Österreichs, CD Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik. Auer I, Böhm R, Jurkovic A, Lipa W, Orlik A, Potzmann R, Schöner W, Ungersböck M, Matulla C, Briffa K, Jone PD, Efthymiadis D, Brunetti M, Nanni T, Maugeri M, Mercalli L, Metsre O, Moisselin JM, Begert M, Müller-Westermeier G, Kveton V, Bochnicek O, Stastny P, Lapin M, Szalai S, Szentimrey T, Cegnar T, Dolinar M, Gajic-Capka M, Zaninovic K, Majstorovic Z, Nieplova E. 2005. HISTALP – Historical Instrumental Climatological Surface Time Series of the Greater Alpine Region. accepted for International Journal of Climatology Böhm R, Potzmann R. 1999. Systematic Climate Mapping in Complicated Terrain – Part one: from Point Measurement to Maps of Means (a GIS-Supported Procedure including quantitative Error Analysis). ÖGM bulletin 99/1, 21-30. Efthymiadis D, Jones PD, Briffa KR, Auer I, Böhm R, Schöner W, Frei C, Schmidli J. 2006. Construction of a 10-min-gridded precipitation data set fort he Greater Alpine Region for 1800-2003. Journal Geophysical research: 111, D01105, doi:10.1029/2005JD006120. Gajic-Capka M, Tadic MP, Patarcic M. 2003: Digitalna godisnja oborinska karta hvvatske. Hvartski meteorololoski casopis 38, 21-33. Hidrometeooroloski zavod Republike Slovenije. 1995. Klimatografija Slovenije 19611990. Meteo France. Le climat de la France Meteo France. 2004 : Climate Atlas of Europe SMS 2003: Atlante climatico della Valle d’Aosta. Tveito OE, Foerland E, 1998: Spatial interpolation of temperatures in Norway applying a geostatistical model and GIS. DNMI, report No 26/98 Tveito OE, Foerland E, Heino R, Hanssen-Bauer I, Alexandersson H, Dahlström B, Drebs A, Kern-Hansen C, Jonsson T, Vaarby Laursen E, Westman Y. 2000. Nordic temperature maps. DNMI, Report no. 09/00. Kontaktadresse: Ingeborg Auer Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik Hohe Warte 38 1190 Wien email: [email protected] ________________________________________________ P29 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) PROJEKT FORAPLPS- Daten-Digitalisierung und Analyse: Anita Jurkovic, Ingeborg Auer, Eva Korus Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), Wien Ziel des Projektes FORALPS ist die Erstellung von 100 jährigen Reihen der Elemente Temperatur, Niederschlag und Schnee in täglicher Auflösung für ~50 österreichische Stationen (siehe Abbildung 1) sowie die Homogenisierung und statistische Analyse dieser. Die Unterschiede zwischen Datenpotential und tatsächlich vorhandenem digitalen Datenbestand (insbesondere beim Element Schnee) sind erheblich (siehe Abbildung 2 und 3): Digitalisierte Datensätze des HZB sind erst ab 1970 verfügbar, digitale Tagesdaten der ZAMG liegen zumeist ab 1948 vor, so dass eine Hauptaufgabe des Projektes die Neuerfassung historischer Datenbestände darstellt. Das Poster verdeutlicht, welche Aspekte bei der Zusammenstellung der Tageszeitreihen zu beachten sind: Kernpunkte bilden hierbei die Fehlerkorrektur, das Schließen von Lücken mittels Nachbarstationen (u.a. während des 2. Weltkriegs) sowie die korrekte zeitliche Zuordnung insbesondere des Niederschlags und Schnees aufgrund unterschiedlicher Konventionen bei HZB und ZAMG. Weiters wird die Bedeutsamkeit der Einbeziehung von Metadaten veranschaulicht. (Beobachtungszeiten, Berechnung vom Mittelwert, Koordinatenund Höhenänderungen von Stationen). Abb 1.: Zielregionen des Projektes FORALPS ________________________________________________ P30 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Abb.2: Vorhandenes Datenpotential (Zeitraum 1895-1915) des Elementes Schnee, das aus HZB-Jahrbüchern digitalisiert wurde. Abb.3: statistisch ausgewertete Stationen ohne Datenlücke (Zeitraum 1895-1915) für das Element Schnee Kontaktadresse: Anita Jurkovic / Angestellt beim Projekt FORALPS ZAMG-Wien / Abteilung Klimatologie Hohe Warte 38 1190 Wien Österreich Tel: (+43)1 36026 2296 Fax: (+43)1 36026 72 e-mail:[email protected] homepage: www.zamg.ac.at; http://www.unitn.it/foralps/ ________________________________________________ P30 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) HISTALP – 250 Jahre instrumentelle Klimareihen im Großraum Alpen – Status und erste Analysen Ingeborg Auer, Reinhard Böhm, Anita Jurkovic, Alexander Orlik, Wolfgang Schöner, Markus Ungersböck Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), Wien In den letzten Jahren konnte die Arbeitsgruppe Klimavariabilität der ZAMG einen räumlich dichten (mehrere hundert Einzelstationen), multiplen (mehrere Klimaelemente), langen (längste Reihen zurück bis 1760), qualitätsgeprüften (hunderte Inhomogenitäten und tausende Ausreißer entfernt, Datenlücken geschlossen (Ausfallsrate ca. 5%) Klimadatensatz auf Monatsbasis erstellen. Die Daten wurden von zahlreichen (mehr als 20) Providern aus 10 Alpenländern gesammelt und vorläufig als geschlossener Datensatz 1800-2003 in „stationmode“ und in 2 verschiedenen „grid-modes“ aufbereitet. Zusatzfinanzierungen zu HISTALP kamen von verschiedenen nationalen und EU-Projekten (CLIVALP, ALOCLIM, ALPCLIM, ALP-IMP). Die ZAMG plant, HISTALP auch in Zukunft als Klimamonitoring-Aktivität weiter zu führen. Neben den erwähnten Kontakten mit den Datenprovidern existiert derzeit diesbezüglich eine enge Zusammenarbeit mit der Climatic Research Unit der University of East Anglia, dem ISAC-Institut der CNR-Bologna und dem Institut für allgemeine und angewandte Physik der Universität Mailand. Die HISTALP Gesamt- und Referenzpublikation demnächst im IJC erscheinen (Auer et al., 2006) und wird hier vorgestellt. Einige aktuelle HISTALP-Publikationen: Auer I, Böhm R, Jurkovic A, Lipa W, Orlik A, Potzmann R, Schöner W, Ungersböck M, Matulla C, Briffa K, Jones PD, Efthymiadis D, Brunetti M, Nanni T, Maugeri M, Mercalli L, Mestre O, Moisselin J-M, Begert M, Müller-Westermeier G, Kveton V, Bochnicek O, Stastny P, Lapin M, Szalai S, Szentimrey T, Cegnar T, Dolinar M, Gajic-Capka M, Zaninovic K, Majstorovic Z, Nieplova E, (2006). HISTALP – Historical instrumental climatological surface time series of the greater Alpine region 1760-2003. International Journal of Climatology, accepted with minor revisions Auer I, Böhm R, Jurkovic A, Orlik A, Potzmann R, Schöner W, Ungersböck M, Brunetti M, Nanni T, Maugeri M, Briffa K, Jones P, Efthymiadis D, Mestre O, Moisselin JM, Begert M, Brazdil R, Bochnicek O, Cegnar T, Gajic-Capka M, Zaninovic K, Majstorovic Z, Szalai S, Szentimrey T (2005): A new instrumental precipitation dataset in the greater alpine region for the period 1800-2002. Int. J. Climatol. 25 139-166 Böhm, R. (2004): Systematische Rekonstruktion von zweieinhalb Jahrhunderten instrumentellem Klima in der größeren Alpenregion – ein Statusbericht. In: Gamerith, W., Messerli, P., Meusburger, P., Wanner, H. (Hrsg.) (2004): Alpenwelt – Gebirgswelten. Inseln, Brücken, Grenzen. Tagungsbericht und wissenschaftliche Abhandlungen. 54. Deutscher Geographentag, Bern 2003. 28.9. bis 4.10.2003. – Heidelberg, Bern. 121-131 Böhm R, (2006). Reconstructing the climate of the 250 years of instrumental records at the northern border of the Mediterranean (the Alps). Il Nuovo Cimento, accepted Brunetti M, Maugeri M, Nanni T, Auer I, Böhm R, Schöner W, (2006). Precipitation variability and changes in the greater alpine region over the 1800-2003 period. Journal of Geophysical Research, accepted Efthymiadis, D., P. D. Jones, K. R. Briffa, I. Auer, R. Böhm, W. Schöner, C. Frei, and J. Schmidli (2006), Construction of a 10-min-gridded precipitation data set for the Greater Alpine Region for 1800–2003, J. Geophys. Res., 111, D01105, doi:10.1029/2005JD006120. Matulla C, Auer I, Böhm R, Ungersböck M, Schöner W, Wagner S, Zorita E. (2005). Outstanding past decadalscale climate events in the Greater Alpine Region analysed by 250 years data and model runs. GKSSReport 2005/4 Van der Schriers G, Efthymiadis D, Briffa K, Jones P (2006). Alpine moisture variability for 1800-2003. International Journalof Climatology, submitted ________________________________________________ P31 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Empirical downscaling of dynamically downscaled ERA40 fields Wolfgang Schöner, Elsa Dos Santos Cardoso Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Klimaabteilung, Wien Within the reclip-more project dynamically downscaled (DD) regional model outputs were further downscaled by empirical methods for selected climate stations in Austria (StartClim data set). For estimation of the potential of this twofold downscaling strategy it was compared to direct empirical downscaling (SED) of ERA40 fields (Figure 1). As statistical methods are strongly dependent on temporal sufficiently long data sets for establishing statistical relationships and as these data sets were not available from reclip-more within project year 2 the ALP-IMP (www.zamg.ac.at/alp-imp) ERA40 based REMO run (Prömmel et al, 2005) was used for first test runs and experiments. For computing time reasons a sub-domain of the ALP-IMP REMO run was only used (Figure 2) for reclip-more experiments and tests. As long as no circulation information is needed for the downscaling this domain size should be sufficiently large enough. ERA40 reanalysis T2m, total precip, …. REMO REMO ALP-IMP grid reclip CLIM.PACT Downscaled station series Figure 1: The parallel downscaling approach used in the study ________________________________________________ P32 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Figure 2: The ALP-IMP domain and grid of REMO used for reclip statistical downscaling experiments 90 50 80 45 70 40 REMO MLR 15 10 5 0 Landeck Landeck Laa / Thaya Innsbruck Flugplatz Hörsching Wien HW Graz Uni Eisenstadt Bregenz 0 ERA40 ANM 20 Laa / Thaya 10 ERA40 MLR 25 Innsbruck Flugplatz 20 30 Hörsching REMO 30 Wien HW 40 35 Graz Uni ERA40 Eisenstadt 50 Bregenz 60 explained variance ( explained variance ( In Figure 3 (left) direct SED is compared to the combined DD-SED approach for 2m air temperature using ERA40 and REMO temperature as predictors, respectively. It can be seen quite clear that both models perform very similar. From this finding it can be concluded that added value of DD with REMO for downscaling of 2m air temperature compared to the direct SED for retrospective ERA 40 period is weak. In contrary to air temperature dynamical downscaling of precipitation with REMO significantly improves the downscaling results as seen from Figure 3 (right). The Figure compares also ERA40 downscaling of precipitation using the MLR (multiple linear regression method) and AM (analogue method). It however has to be mentioned that the length of calibration period is much too short for powerful application of AM for SED. Figure 3: Explained variance of dynamically downscaled daily air temperatures(left) and daily precipitation sums(right) from REMO further statistically downscaled with MLR(ANM) method in comparison to pure statistically downscaling method (data are winter period DJF of period 1958-65) ________________________________________________ P32 ___________________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Untersuchungen des Stickstoffzyklus und Modellierung des Risikos für Wälder eines kalkalpinen Standortes in Tirol durch eine Klimaerwärmung und durch veränderte Stickstoffeinträge F. Herman 1), M. Englisch 1), E. Gebetsroither 2), M. Gerzabek 2), G. Haberhauer 2), R. Jandl 1), K. Katzensteiner 3), M. Lexer 3), S. Smidt 1), F. Strebl 2), S. Zechmeister 1) 1) 2) 3) Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW), Seckendorff-Gudent Weg 8, A-1131 Wien; Tel.: +431 87838 1120 – 0, FAX: +431 87838 1250; URL: http://bfw.gv.at ARC Seibersdorf, A-2444 Seibersdorf, A-2444 Seibersdorf Universität für Bodenkultur, A-1190 Wien Teil 1: Stickstoffzyklus Im Rahmen der ökosystemaren Forschungen des BFW in den Nordtiroler Kalkalpen (Achenkirch) wurden zur Vertiefung der Kenntnis über Stickstoff-Pools, StickstoffFlüsse und interne Umsetzungen umfangreiche Erhebungen durchgeführt. So wurden über den Zeitraum 1998-2002 das Bodenwasser als Grundlage für die Quantifizierung von Sickerfrachten gemessen, der Eintrag von N-Verbindungen durch trockene, nasse und okkulte Deposition bestimmt, die gasförmigen N-Verluste aus dem Waldboden erfasst und mit Stabil-Isotopenanalytik die Kenntnis über die NDynamik im Waldboden und die N-Belastung des Bodenwassers nachgewiesen. Ergänzend erfolgten standorts- und bodenkundliche Kartierungen und eine bodenchemische Charakterisierung des Catchments. Ziele • Quantifizierung der Stickstoffflüsse und –pools • Interpretation der Stickstoffdynamik • Darstellung der Stickstoffdynamik im Hinblick auf die Sättigung des Systems und auf den Austrag von Nitrat in das Grundwasser Ergebnisse • Critical Loads für Laub- und Nadelwälder werden in den Nordtiroler Kalkalpen durch einen Eintrag von durchschnittlich 18 kg N ha-1 a-1 überschritten • Die N-Emissionen (N2O, NO, N2) sind mit 4 kg ha-1 a-1, verglichen mit anderen europäischen Waldflächen, hoch • Der Austrag von NO3-N in das Grundwasser ist beträchtlich und beträgt 10 kg ha-1 a-1 • Der NO3-Gehalt im Grundwasser beträgt 8,5 mg pro Liter, der EU-Grenzwert (25 mg NO3 pro Liter) wird nicht überschritten • Mikrobielle Umsetzungen im Boden liefern einen wesentlichen Beitrag zur NO3-Konzentration in den unteren Bodenhorizonten ____________________________________________ P33 ___________________________________________________ 9. Österreichischer Klimatag (BOKU Wien, 16. – 17. März 2006) Teil 2: Modellierung des Risikos für Wälder durch eine Klimaerwärmung und durch veränderte Stickstoffeinträge Aufbauend auf den Ergebnissen wurde das Risikos in Bezug auf Waldvegetation, Hydrosphäre und Atmosphäre durch erhöhte anthropogen bedingte Stickstoffeinträge und durch eine Temperaturerhöhung modelliert. Szenarien Szenarien für den Zeitraum 1998-2050: • Stickstoffeintrag 18 kg ha-1 a-1 (aktueller Eintrag), aktuelle Temperatur • Stickstoffeintrag 18 kg ha-1 a-1, aktuelle Temperatur +2°C • Stickstoffeintrag 9 kg ha-1 a-1, aktuelle Temperatur +2°C • Stickstoffeintrag 36 kg ha-1 a-1, aktuelle Temperatur +2°C Ziele • Analyse der Sensitivität des Standortes • Bewertung der Relevanz der Ergebnisse im Bezug auf den Schutz des Trinkwassers • Erfassung der Emission N-haltiger klimarelevanter Gase in die Atmosphäre • Erfassung der Konsequenzen für die Waldbewirtschaftung PICUS BROOK90 und HYDRUS PnET-N-DNDC Physiologisches Modell für Waldbestände Wasserbilanz für kleine Einzugsgebiete, Wasserflüsse in heterogenen Böden Simulierung des N- und CUmsatzes Biomassezuwachs Artenverschiebung NO3-Auswaschung in das Grundwasser N2O, N2-Ausgasung aus dem Boden Ð Ð Ð Nitrogen Balance Model (NBM) Zusammenschluss der 3 Modelle unter Einbeziehung des Bilanzknotens „mineralisierter N-Pool“ Ï TRACE Ï Analytic Network Process (ANP) Zeitlich hoch aufgelöste Evaluierung der Ergebnisse Gewichtung der Umwelteffekte Ergebnisse Die Detailergebnisse der einzelnen Modelle wurden zu einer Gesamtbilanz des Stickstoffhaushaltes zusammengeführt und damit eine umfassende Bilanz der NSpeicherung, sowie Aus- und Einträge in das bzw. aus dem System berechnet. Diese Ergebnisse waren die Basis für eine Risikoprognose für das untersuchte Karbonat-Ökosystem. Herman F., Smidt S., Englisch M. (eds.) 2001. Ökosystemare Studien im Kalkalpin - Stickstoffflüsse - erste Ergebnisse. FBVA-Berichte 119 (15 Beiträge). Lexer M.J., Butterbach-Bahl K., Englisch M., Gebetsroither E., Gerzabek M., Härtel E., Herman F., Hobbie R., Jandl R., Katzensteiner K., Smidt St., Spögler H., Strebl F., Zechmeister S., 2001/2002/2003. Modellierung des Stickstoffhaushaltes in einem Waldökosystem in den Nordtiroler Kalkalpen und szenariobasierte Risikobewertung unter veränderlichen Umweltbedingungen. 1., 2. und 3. Zwischenbericht, Universität für Bodenkultur, ARCS, BFW, im Auftrag des BMLFUW. GZ. 56.810/34-VA2b/2000. Smidt S., Herman F., Englisch M. 2002. Nitrogen Fluxes in the Tyrolean Limestone Alps. ESPR Special Issue 2, 2002 (8 Beiträge). ____________________________________________ P33 ___________________________________________________
