Regionale Wasserverfügbarkeit am Beispiel der MORO-Region Havelland-Fläming Prof. Dr. Manfred Stock und Dr. Andrea Lüttger Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung Fachforum Wasser, 3. März 2011 in der HVHS Seddiner See Regionale Wasserverfügbarkeit am Beispiel der MORO-Region Havelland-Fläming Gliederung: • Eingruppierung der Projektregion • Von globalen zu regionalen Klimaszenarien • Änderung des Klimas und der Wasserverfügbarkeit in Brandenburg • Auswirkungen auf die Landwirtschaft • Mögliche Maßnahmen, Zusammenfassung und Literaturhinweise Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 2 Modellvorhaben der Raumordnung (MORO) "Raumentwicklungsstrategien zum Klimawandel" Modellregionen: 1. Vorpommern 2. Havelland-Fläming 3. Westsachsen 4. Oberes Elbtal – Osterzgebirge 5. Mittel- und Südhessen 6. Oberrhein – Nordschwarzwald 7. Stuttgart 8. Neumarkt http://www.klimamoro.de http://www.havelland-flaeming.de http://www.moro-klamis.de/ Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 3 Projektregion MORO Havelland-Fläming Hochwasser Extremereignisse Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut Trockenheit 03.03.2011 Seddiner See 4 Zukünftige Erwärmung: über der 2°°-Grenze 3.0 3.0 2.0 2.0 2°Grenze global 1.0 1.0 global 0.0 2000 SRES Szenarium A2 Ab 2000 konstante Konzentration A1FI 4.0 A2 4.0 A1B 5.0 B2 5.0 A1T 6.0 B1 [K] 6.0 2100 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 5 a) Globaler Klimawandel ohne Regionalisierung Maß für Unsicherheit: dP/dT ∆T Globale Modelle IPCC 2007 T 100 km Niederschlag ~ 500 km Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 6 Klimaänderungen in Europa und Unsicherheiten A1B Szenario, 21 Modelle Änderungen im Mittel 1980-1999 zu 2080-2099, Temperaturdifferenz Niederschlagsdifferenz Anzahl der Modelle, die eine Erhöhung des Niederschlags berechnen IPPC (2007) Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 7 b) Regionaler Klimawandel & Regionale Klimamodelle 3.3.Verschiedene VerschiedeneZukunftsverläufe Zukunftsverläufe→ →Statistik Statistik ∆T Globale Modelle IPCC 2007 Temperatur: dT Regionale Regionale Klimamodelle: Klimamodelle: ••STAR STAR ••WETTREG WETTREG ••REMO REMO ••CCLM CCLM dP/dT 1.1.Verbesserte Verbesserte räumliche räumliche Genauigkeit Genauigkeit Niederschlag dP < 50 km Niederschlag: beobachtet / berechnet 2.2.Vergleich VergleichMessung Messung&&Simulation Simulationininder derVergangenheit Vergangenheit 1951 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 2001 03.03.2011 Seddiner See 8 Erzeugung von Klimaszenarien zur Ermittlung der Temperatursensitivität des Wasserkreislaufes [K] 6.0 6.0 5.0 5.0 4.0 3.0 2.0 2°Grenze global 4.0 3.0 2.5 2.0 1.5 3.0 • Schrittweise Anstieg der Temperatur in den Szenarien um 0.5 K bis 2060 2.0 • 100 Realisationen pro Szenario • Täglicher Zeitschritt 1.0 1.0 Deutschland 7 transiente Szenarios von STAR: 1.0 0.5 • 2342 Klimastationen 0.0 0.0 2000 2060 2100 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 9 Globale Klimamodelle (GCM) - Regionalmodell STAR Vergleich Niederschlagsänderung/Temperaturänderung Mittel +/beobachtet Wechsung, Gerstengarbe, Werner, 2010 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 10 c) Regionaler Klimawandel und regionale Auswirkungen 3.3.Verschiedene Verschiedene Zukunftsverläufe Zukunftsverläufe → →Statistik Statistik ∆T Globale Modelle IPCC 2007 Regionale Regionale Klimamodelle: Klimamodelle: ••STAR STAR ••WETTREG WETTREG ••REMO REMO ••CCLM CCLM 2.2.Vergleich VergleichMessung Messung &&Simulation Simulationinin der derVergangenheit Vergangenheit 1.1.Verbesserte Verbesserte räumliche räumliche Genauigkeit Genauigkeit Niederschlag < 50 km 4.4.Lokaler LokalerBezug Bezugdurch durch Kopplung mit Modellen Kopplung mit Modellenfür für Abflüsse, WasserAbflüsse, Wasserhaushalt haushalt&&Landnutzung Landnutzung Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 11 Abflussänderung: Monatsmittel und Jahresgang Abfluß in m³/s 1600 observed simulated m 3 /s 1200 800 400 Abflußjahresgang (Elbe Neu Darchau) 0 0 100 200 Average day 1961-1990 300 Tag im Jahr Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 12 Klimasensitivität der Hydrologischen Prozesse in verschiedenen Naturräumen Deutschlands Abflussdifferenz Zunahme der Niedrigwasserbedingungen Kontinental Alpin x Häufiger mm/a < -100 -100 - -75 -75 - -50 -50 - -25 -25 - 0 0 - 25 25 - 50 > 50 Maritim Temperaturanstieg bis 2060 Quelle: Hattermann et al. 2010 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 13 Regionale Wasserverfügbarkeit am Beispiel der MORO-Region Havelland-Fläming Gliederung: • Eingruppierung der Projektregion • Von globalen zu regionalen Klimaszenarien • Änderung des Klimas und der Wasserverfügbarkeit in Brandenburg • Auswirkungen auf die Landwirtschaft • Mögliche Maßnahmen, Zusammenfassung und Literaturhinweise Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 14 Temperaturänderung Jahr (2K Temperaturanstieg) dT + 50 Jahre (um 2025) 1961-90 Jahresmitteltemperatur in den Jahren 1961-90 zwischen 8,5 - 10°C Zunahme der Temperatur um bis zu 2,4 K, Anstieg am höchsten in Teilen Potsdam-Mittelmarks und Teltow-Flämings im 2K-Szenario Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 15 Temperaturänderung von Mai-Oktober (2K Temperaturanstieg) dT + 50 Jahre (um 2025) 1961-90 Während der Hauptwachstumszeit Anstieg der Temperatur im Zeitraum 2011-40 um 0,8 – 1 K gegenüber dem Zeitraum 1961-90, bis 2031-60 weiterer Anstieg um bis zu 0,2 K Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 16 Niederschlagsänderung Jahr (2K Temperaturanstieg) + 50 Jahre (um 2025) dN 1961-90 Mittlerer Jahresniederschlag in den Jahren 1961-90 zwischen 500-600 mm Geringe Veränderung des Nieder-schlages, hauptsächlich in Teilen Potsdam-Mittelmarks und Teltow-Flämings im 2K-Szenario Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 17 Niederschlagsänderung Mai-Oktober (2K Temperaturanstieg) + 50 Jahre (um 2025) 1961-90 dN Während der Hauptwachstumszeit Rückgang des Niederschlages im Zeitraum 2011-40 in großen Teilen Potsdam-Mittelmarks und Teltow-Flämings, Zunahme dagegen im östlichen Havelland Zur Mitte des Jahrhunderts überall Rückgang des Niederschlages um bis zu 50mm Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 18 Änderung Klimatische Wasserbilanz Jahr (2K Temperaturanstieg) + 50 Jahre (um 2025) dKWB 1961-90 Klimatischen Wasserbilanz ist negativ, im Mittel in den Jahren 1961-90 bei bis zu -150mm in Teilen Brandenburgs Klimatische Wasserbilanz nimmt weiter ab durch ansteigende Verdunstung aufgrund höherer Temperaturen Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 19 Änderung Klimatische Wasserbilanz Mai-Oktober (2K Temperaturanstieg) + 50 Jahre (um 2025) dKWB 1961-90 Während der Hauptwachstumszeit Abnahme der Klimatischen Wasserbilanz im Zeitraum 2011-40 um bis zu 100mm Zur Mitte des Jahrhunderts überall weiter ansteigendes Wasserdefizit Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut + 70 Jahre (um 2045) 03.03.2011 Seddiner See 20 Änderung der Grundwasserneubildung + 50 Jahre (um 2025) 1961-90 Grundwasserneubildung von örtlich bis über 200mm in den Jahren 1961-90 wird zukünftig deutlich abnehmen Höchste Rückgänge im nördlichen Havelland und im Nutheeinzugsgebiet Zukünftig auf den Hochflächen Grundwasserstände wahrscheinlich sinkend + 70 Jahre (um 2045) Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 21 Abflussentwicklung in der Nuthe (Temperaturerhöhung 2K) Änderungen der simulierten, mittleren täglichen Abflüsse der Nuthe im Jahresverlauf am Pegel Babelsberg 2011-40 vs 1981-90 2031-60 vs 1981-90 Rückgang der mittleren, täglichen Abflüsse im Vergleich zur Referenzperiode von 1981-90 Verkürzung der Zeiten mit hohen, täglichen Abflüsse am Jahresanfang von Januar-Mitte April um etwa 1 Monat Verminderung der Abflüsse im Sommer Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 22 Veränderung bei Extremereignissen Zeitraum Tropennächte (Tmin ≥ 20°C) Sommertage (Tmax ≥ 25°C) Starkniederschläge 0 0K (> 10mm/Tag) Hitzetage (Tmax ≥ 30°C) Frosttage (Tmin < 0°C) 37 11 8 88 1 50 11 12 73 2K 1 66 12 19 56 3K 1 79 11 23 44 Temperaturanstieg 1961-1990 2031-2060 Deutliche Zunahme der Sommer- und Hitzetage bei ansteigender Temperatur zur Mitte des Jahrhunderts Rückgang der Frosttage Möglicherweise keine mittlere Änderung der Starkniederschläge Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 23 Kernbotschaften - Klimaänderung in der Region Zunahme der Jahresmitteltemperatur um bis zu 2,4 K, am höchsten in Teilen Potsdam-Mittelmarks und Teltow-Flämings Kaum Veränderung des Jahresniederniederschlages, zur Hauptwachstumszeit Rückgang des Niederschlages in Teilen Potsdam-Mittelmarks und Teltow-Flämings, leichte Zunahme im östlichen Havelland Klimatischen Wasserbilanz ist bereits negativ, weitere Abnahme durch ansteigende Verdunstung aufgrund höherer Temperaturen Deutliche Zunahme der Sommer- und Hitzetage bei ansteigender Temperatur zur Mitte des Jahrhunderts, Rückgang der Frosttage Rückgang der Grundwasserneubildung und des Abflusses, Insbesondere auf den Hochflächen des Flämings wird der Grundwasserspiegelstand wahrscheinlich weiter sinken Signifikanter Anstieg der Trockenperioden im Sommerhalbjahr in einigen Regionen im Zeitraum 1951-2003 Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 24 Regionale Wasserverfügbarkeit am Beispiel der MORO-Region Havelland-Fläming Gliederung: • Eingruppierung der Projektregion • Von globalen zu regionalen Klimaszenarien • Änderung des Klimas und der Wasserverfügbarkeit in Brandenburg • Auswirkungen auf die Landwirtschaft • Mögliche Maßnahmen, Zusammenfassung und Literaturhinweise Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 25 Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf die landwirtschaftliche Erträge? Abschätzung anhand von Modellen: • Ökohydrologisches Modell (SWIM): Simulation des täglichen Aufwuchses • Statistisches Modell (IRMA) Einflußfaktoren: • klimatische Rahmenbedingungen: Temperatur, Niederschlag, Vegetationszeit,… • Standorte und Boden-Klima-Räume • Klimaänderung: Projektionen zur Temperatur, Niederschlagshöhe und –verteilung • Landwirtschaftliche Kulturen: Sommer- oder Winterkultur, Fortschritte in Bewirtschaftung und Pflanzenschutz Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 26 Zuordnung der Landkreise zu Boden-Klima-Räumen (BKR) Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut BKR Landkreis bzw. Kreisfreie Städte 102 Havelland Oberhavel Ostprignitz-Ruppin Prignitz Ludwigslust Müritz Parchim 104 Brandenburg an der Havel Cottbus Frankfurt (Oder) Potsdam Dahme-Spreewald Elbe-Elster Oberspreewald-Lausitz Oder-Spree Potsdam-Mittelmark Spree-Neiße Teltow-Fläming Hoyerswerda Anhalt-Zerbst Wittenberg Jerichower Land 03.03.2011 Seddiner See 27 Ertragsentwicklung in Brandenburg Verdopplung des Weizen- und Roggenertrages seit Anfang der 60er Jahre Stärkere Ertragsschwankungen um mehr als 30% seit 1990 Ertragsniveau von Silomais im Mittel für Brandenburg kaum verändert, stärkere jährliche Ertragsschwankungen Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 28 Ertragsparameter (1961-90) Mittlerer Ertrag (y), Variabilitätskoeffizienten (V) und mittlere jährliche Ertragsänderung (y‘) Kultur Winterweiz en Winterrogge n Silomais Ertragskennziffer Nordostdeutsche Binnentiefland (Havelland) Ostdeutsche Tiefland (Potsdam-Mittelmark, Teltow-Fläming) y (dt ha-1) 31,5 33,0 V (%) 21,0 22,7 y’ (%) 2,2 2,2 y (dt ha-1) 27,3 27,6 V (%) 16,6 20,8 y’ (%) 1,5 1,3 y (dt ha-1) 309,5 299,3 V (%) 17,9 23,2 y’ (%) -0,2 -2,0 1-2% Ertragssteigerung (y‘) pro Jahr bei Winterweizen und Roggen, keine Ertragszunahmen bei Silomais Jährlichen Ertragsschwankungen (V) im Ostdeutschen Tiefland deutlich höher als im Nordostdeutschen Binnentiefland, besonders bei Silomais Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 29 Klimatische Unterschiede der Boden-Klima-Räume (1961-90) Boden-Klima-Raum Nordostdeutsche Binnentiefland (Havelland) Ostdeutsche Tiefland (Potsdam-Mittelmark, TeltowFläming) Jahr Tagesmitteltemperatur [°°C] 8,4 8,9 Niederschlagssumme [mm] 580,0 548,9 Potentielle Verdunstung [mm] 599,7 632,8 Globalstrahlung [J/m²] 35,3 36,4 Mai-Oktober Tagesmitteltemperatur [°°C] 14,2 14,8 Niederschlagssumme [mm] 318,1 308,5 Potentielle Verdunstung [mm] 503,1 526,9 Strahlung [J/m²] 26,1 26,6 Mittlere Temperatur im Ostdeutschen Tiefland ca. 0.5°C höher Geringer Niederschlag bei höheren Temperaturen führen zu höherer Verdunstung im Ostdeutschen Tiefland Wasserstress insbesondere für Sommerkulturen wie Silomais auf den leichten Sandböden schneller als im Nordostdeutschen Binnentiefland Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 30 Klimaänderung 2011-40 vs 1961-90 Region Szenario Nordostdeutsche n Binnentiefland (Havelland) Ostdeutschen Tiefland (südlicher Teil PotsdamMittelmarks, Teltow-Fläming) Land Brandenburg 2031-60 vs 1961-90 ETP [mm] Nied [mm] ETP [mm] Tmit [°°C] Nied [mm] T0.0 0.8 18.6 35.1 1.1 19.1 50.8 T2.0 1.5 12.1 78.3 2.4 -10.6 127.7 T3.0 1.9 0.5 104.8 3.1 -17.8 182.3 T0.0 0.8 9.0 37.8 1.1 10.9 54.1 T2.0 1.5 2.4 81.4 2.4 -17.5 136.0 2.0 -29.0 112.6 3.3 -52.5 195.5 T0.0 0.8 10.8 36.5 1.1 11.7 52.2 T2.0 1.6 0.7 80.2 2.4 -21.1 132.8 T3.0 2.0 -22.6 109.1 3.2 -47.1 189.4 Tmit [°°C] T3.0 Temperaturzunahme um bis zu 2K bis 2011-40 und um bis zu 3.3K im Zeitraum 2031-60 gegenüber 1961-90 Tendenziell je stärker der Temperaturanstieg, umso stärker Niederschlagsrückgang, jedoch nicht signifikant Anstieg der Verdunstung Stärkste Ausprägung im Ostdeutschen Tiefland (BKR 104) Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 31 Ertragsänderung Winterroggen Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 32 Ertragsänderung Winterweizen Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 33 Ertragsänderung Silomais Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 34 Kernbotschaften zur Ertragsentwicklung Die Empfindlichkeit für Ertragsänderung ist im Ostdeutschen Tiefland (südlicher Teil Potsdam-Mittelmarks, TeltowFläming) durch die im Vergleich höhere Jahresmitteltemperatur und Strahlung, sowie den geringeren Niederschlag und die Standortbedingungen größer als im Nordostdeutschen Binnentiefland (Havelland) Ansteigende Temperaturen führen zu Ertragssteigerungen, die Ertragszunahme ist bei 2K Temperaturanstieg am höchsten, ein weiterer Temperaturanstieg führt zu Ertragsrückgängen Roggen reagiert auf einen Temperaturanstieg um 3K weniger sensitiv als Winterweizen und Mais Ertragsrückgänge bei Silomais im Ostdeutschen Tiefland bei einer Erwärmung um mehr als 2K Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 35 Korrektur durch CO2-Düngungseffekt Modifizierende Wirkung des CO2-Düngungseffektes auf C3- und C4Pflanzen für eine Spanne von relativen Ertragseffekten (nach Wechsung) C3-Pflanze C4-Pflanze Jahr 2026 2056 2026 2056 CO2-Konzentration (ppm) 435 547 435 547 -40 -35 -32 -38 -34 -30 -25 -18 -27 -23 -20 -14 -6 -17 -12 -10 -3 5 -7 -1 0 7 13 3 6 10 18 24 13 17 20 28 36 24 27 30 39 47 34 38 Ertragseffekt Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 36 Regionale Wasserverfügbarkeit am Beispiel der MORO-Region Havelland-Fläming Gliederung: • Eingruppierung der Projektregion • Von globalen zu regionalen Klimaszenarien • Änderung des Klimas und der Wasserverfügbarkeit in Brandenburg • Auswirkungen auf die Landwirtschaft • Mögliche Maßnahmen, Zusammenfassung und Literaturhinweise Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 37 Wasser in der Landschaft halten – Verdustungsschutz und Waldumbau Quelle: KUHN, Direktsämaschine Quelle: www.forsten.sachsen.de Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 38 Wassermanagement im Havelland Bildquellen: WBV Fehrbellin Boden- und Wasserverbände: Aufgabenstellung eines bedarfsweisen Wasserrückhaltes oder aktiven Wassereinstaus Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 39 Zusammenfassung Der Klimawandel wird Produktionspotenziale in Mittleren und Hohen Breiten Europas insgesamt kaum vermindern Veränderung der Niederschlagsmuster (Variabilität) Überschwemmungen, Trockenzeiten Beeinträchtigung der Wasserverfügbarkeit Anpassungsmaßnahmen erforderlich Aussaatzeitpunkt, Vegetationszeit, stresstolerante Arten (Hirse) Bewässerung, konservierende Bodenbearbeitung; Wassermanagement Klimawandel wirkt im Hintergrund, Wirkung von Klimaschutzpolitiken in Europa wahrscheinlich stärker als Effekte des Klimawandels Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 40 Literatur: PIK Reports No.121: Klimawandel in der Region Havelland-Fläming A. Lüttger, F.-W. Gerstengarbe, M. Gutsch, F. Hattermann, P. Lasch, A. Murawski, J. Petraschek, F. Suckow, P. C. Werner (Januar 2011) Summary Report No. 121 Complete Document (11.707 KB) No.114: Die landwirtschaftliche Bewässerung in Ostdeutschland seit 1949 - Eine historische Analyse vor dem Hintergrund des Klimawandels M. Simon (September 2009) Summary Report No. 114 Complete Document (7.9 MB) No.112: Die Ertragsfähigkeit ostdeutscher Ackerflächen unter Klimawandel F. Wechsung, F.-W. Gerstengarbe, P. Lasch, A. Lüttger (eds.) (December 2008) Summary Report No. 112 Complete Document (6.9 MB) http://www.pik-potsdam.de/research/publications/pikreports?set_language=en Ich danke meinen Mitarbeitern für ihre Zuarbeit & Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit Manfred Stock & Andrea Lüttger, Potsdam-Institut 03.03.2011 Seddiner See 41