Der Klimawandel - oliver.huber[at]

Herausforderung Klimawandel
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Danke für einige Beiträge&Bilder an: Ulrich Foelsche
Der Klimawandel –
„Unsere Erde hat Fieber.“
Aktueller Wissensstand
und zukünftige
Herausforderungen
„Der Klimawandel – Wissensstand & Herausforderungen“
VO Phys. Klimatologie (System Erde: Klima im Wandel), WS 2005/06
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Herausforderung Klimawandel
worum‘s inhaltlich geht…
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
(Wetter, Klima, und so weiter – damit wir uns sicher verstehen)
(Klimawandel – zur Hinführung: Heisser Sommer 2003)
Klimawandel – Entwicklung Treibhausgase und was bisher geschah
Klimawandel – was kommen mag (21. Jahrhundert und mehr)
Klimawandel – Herausforderung Klimafolgen und -risiken
…Beispiel: Herausforderungen „Zuhause“ Österr.-Steiermark
„Der Klimawandel – Wissensstand & Herausforderungen“
VO Phys. Klimatologie (System Erde: Klima im Wandel), WS 2005/06
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Herausforderung Klimawandel
Wetter, Klima, und so weiter… – wichtige Begriffe.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Wetter: - fortlaufend veränderlicher Zustand der Atmosphäre
- gekennzeichnet durch Temperatur, Niederschlag, Wind, Wolken,...
Klima:
- im engeren Sinn: „durchschnittliches“ Wetter, mittlerer Zustand vor Ort
- im weiteren Sinn: mittlerer Zustand des gesamten Klimasystems Erde
Klimavariabilität: Schwankungen um mittleren Zustand, beruhend auf:
- natürlichen Klimaschwankungen (intern im Klimasystem, Sonne, Vulkane,...)
- menschgemachten Klimaeinflüssen (Treibhausgase, Luftverschmutzung,...)
Klimawandel: Signifikante Änderung im mittleren Zustand und in der Variabilität des
Klimas über ausgedehnte Zeiträume (mind. 30 Jahre), aufgrund von:
- natürlichen und menschgemachten Änderungen
Wetter- und Klimaextreme: Außergewöhnlich große (wenig wahrscheinliche)
Abweichungen von Wetterereignissen (z.B. Regenfälle) oder
Klimaereignissen (z.B. Heisser Sommer) vom mittleren Klima eines Ortes
„Der Klimawandel – Wissensstand & Herausforderungen“
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Herausforderung Klimawandel
Wetter, Klima, und so weiter… – das Klimasystem.
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Das System Erde,
das Klimasystem,
die Welt, die Wetter und
Klima trägt und prägt…
Atmosphäre, Hydrosphäre,
Kryosphäre, Biosphäre,
Lithosphäre,
Anthroposphäre
(Quelle: MPI-M Hamburg, 1998)
(Quelle: Hantel, 1997)
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Herausforderung Klimawandel
zur Hinführung: Heisser Sommer 2003
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Der Sommer 2003 war in Österreich der heißeste
seit Beginn der Messungen, ähnlich warm waren
nur die Sommer 1994, 1992, aber auch 1811.
In Graz: 3.8°C über dem Normalwert (JJA).
Es gab so viele Tropentage (Maximum ≥ 30°C) wie
nie zuvor. In Graz insgesamt 41, drei davon schon
im Mai. Ausgehend von der „Normalperiode“ 1961
– 1990 hätte man gerade einmal 4 erwarten dürfen.
In Graz gab es heuer auch 4 Tropennächte mit
einem Minimum von 20°C oder mehr.
Die höchste je in Graz gemessene Temperatur
(37.1°C) stammt aber immer noch aus dem Jahr
1950, heuer wurde ein Maximum von 36.6°C
erreicht (Der höchste August-Wert seit Meßbeginn).
Im Jahr 1947 gab es in Graz aber z.B. auch schon 29
Tropentage, 11 davon sogar noch im September.
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...in Österreich
Station Graz-Uni
Typische Wetterlage
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Herausforderung Klimawandel
zur Hinführung: Heisser Sommer 2003
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...in Europa
Satellitenbilder Sommer 2003 (NASA). Links: Klassisches Foto. Rechts: Vergleich der
Temperaturen im Juli 2003 mit denen im Juli 2001. Frankreich war von der Hitzewelle
besonders stark betroffen (einige tausend Todesopfer), z.T. Temperatur-Anomalien > 10°C.
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
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„Instrumenten“Zeitraum
Abweichung der Temperatur [°C]
vom Mittelwert der Periode 1961-90
(a) die letzten 140 Jahre
1860 – 2000
Globale Temperatur
Thermometerdaten
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
?
Abweichung der Temperatur [°C]
vom Mittelwert der Periode 1961-90
(b) die letzten 1000 Jahre
Das ganze
vergangene
Jahrtausend
Temperatur der Nordhalbkugel
1000 – 2000
Thermometerdaten, Temperaturrekonstruktion
mit Daten von Baumringen, Korallen, Eisbohrkernen, historischen Quellen und deren Unsicherheit.
Jahr
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Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Das ganze vergangene
Jahrtausend:
Viel „Heisse Luft“ im
wissenschaftlichen Diskurs
aber unveränderte
Quintessenz: die Erde
bekommt graduell Fieber.
(Synthesis figure: Jansen, Overpeck et al., 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
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Treibhausgase 1000 – 2000,
und die Jahrmillion davor…
Einfluß auf den Strahlungshaushalt [W/m2]
CO2 [ppm]
CH4 [ppb]
Methan
Lachgas
N2O [ppb]
Konzentration in der Atmosphäre
Kohlendioxid
Jahr
Quelle: IPCC, 2001
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Quelle: EPICA, 2004
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Quo Vadis, Erdklima?
…und ein Blick auch noch
auf die vielen 10 und 100
Millionen Jahre davor
(wo die Proxy-Daten
zunehmend unsicherer
sind)
Nach diesen Proxy-Daten
besteht Evidenz, dass in den
letzten ~20 Millionen Jahren
immer < 400 ppm CO2 Gehalt in
der Atmosphäre war; noch
früher wird es schon sehr
spekulativ und die Bandbreite
der Möglichkeiten ist groß…
(Jansen, Overpeck, et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Quo Vadis, Erdklima?
Global Warming und
Cooling im Zyklus der
Eis- und Warmzeiten…
(von Polar Warming und
Cooling zum globalen Bild)
(Quelle: EPICA, 2004)
(Jansen, Overpeck, et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
?
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Quo Vadis, Erdklima?
Nach einer Million Jahren
„braver“ Schwankungen
Reise ins Unbekannte…
?
(Hansen, 2005; auf Basis Petit et al., 1999)
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(Brook & Authors, 25.11.2005)
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
• Der wichtigste Indikator für den Klimawandel ist das globale Zeichen des Klimawandels
Jahresmittel der bodennahen Lufttemperatur. Leider gibt es dazu erst seit ~ 1860
Instrumentenmessungen (in der Antarktis gibt es Wetterstationen gar erst seit 1960).
• Die wärmsten Jahre seit 1860 waren 1998, 2003, 2004 und 2001. Die wärmsten
10 Jahre drängen sich alle in die Zeit nach 1990. Die Geschwindigkeit des
Temperaturanstieges für die Zeit seit 1976 ist drei mal so groß wie für das 20. Jhdt.
als Ganzes. 2005 dürfte auf 0.1°C gleich mit 1998 das bisher wärmste Jahr werden.
• Für die Zeit vor 1860 ist man in vielen Teilen der Welt auf indirekte Methoden zur
Rekonstruktion des Klimas angewiesen (historische Aufzeichnungen über extreme
Ereignisse, Analysen von Baumringen oder Eisbohrkernen). Diese Daten zeigen
trotzdem mit großer Sicherheit, daß es im gesamten letzten Jahrtausend nie so
warm war, wie in den letzten 15 Jahren.
• Aus der Analyse von Luftbläschen, die im Gletschereis der Antarktis eingeschlossen
sind, wissen wir außerdem, daß der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre heute
höher ist als in den letzten etwa 1 Million Jahren (und vermutl. noch länger davor).
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah – mittleres Klima
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Zeichen des Klimawandels: Beispiel Gletscher – Österreich‘s Pasterze
Ein deutliches Anzeichen für den aktuellen Klimawandel ist der Rückgang der Gletscher in
den Hochgebirgen der Erde. Beispiel Pasterze, 1940 (links) vs. 2000 (rechts); allein im
Sommer 2003 hat die Pasterze mehr als 6 m Höhe verloren, 2004 und 2005 je weitere
mehr als 4.5 m bzw. 2.5 m.
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Herausforderung Klimawandel
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
was bisher geschah –
Wetter- und Klimaextreme
...selten, aber immer öfter?
seltenes Ereignis
seltenes Wetterereignis
Extreme
Wetter- und Klimaereignisse
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Herausforderung Klimawandel
was bisher geschah –
Wetter- und Klimaextreme
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Wenn sich das Klima im Mittel
ändert, ändern sich
Zunahme im Mittel der Temperaturverteilung (Normalverteilung)
– abra katabra! –
die Extremwerte in der Regel
viel stärker...
Zunahme in der Varianz der Temperaturverteilung
Zunahme im Mittel und in der Varianz der Temperaturverteilung
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
was bisher geschah –
Wetter- und Klimaextreme
Beispiel:
- Zunahme in der Häufigkeit
von Hitzewellen in vielen
Teilen der Erde
- aber entgegengesetzter
Trend in mehreren anderen
Regionen
Quelle: IPCC, 2001
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Prozentuelle Abweichung für die
zweite gegenüber der ersten
Hälfte des Zeitraumes 1946-1999
in der maximalen Anzahl von
aufeinanderfolgenden Tagen mit
Maximaltemperaturen, die mehr
als 5°C über den normalen
Tagesmaxima (definiert 19611990) liegen
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Herausforderung Klimawandel
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
was bisher geschah –
Wetter- und Klimaextreme
Anzeichen des Klimawandels in Extremen
• In weiten Teilen der Welt ist eine signifikante Abnahme extrem niedriger
Temperaturen festzustellen. Dadurch ist die frostfreie Zeit und auch die
Vegetationsperiode in zahlreichen Regionen mittlerer und hoher Breiten länger
geworden (~2 Wochen in Europa). Auf der anderen Seite ist es auch zu einer
Zunahme in der Häufigkeit von extrem hohen Temperaturen gekommen,
interessanterweise aber in einem deutlich geringeren Ausmaß.
• Die Häufigkeit von schweren Niederschlagsereignissen hat in der zweiten Hälfte
des 20. Jahrhunderts in den mittleren und höheren Breiten der Nordhemisphäre
wahrscheinlich um mehrere Prozent zugenommen (~ bis 4%).
• Der Teil der globalen Landoberfläche, der schwerer Trockenheit oder schweren
Überflutungen ausgesetzt war, hat im 20. Jahrhundert noch nicht so stark
zugenommen, Tendenz aber steigend, u.a. in Europa im Alpenraum.
• Systematische Änderungen im Auftreten von tropischen Wirbelstürmen,
Tornados, Gewittertagen, Hagelereignissen sind z.T. belegt, z.T. noch nicht klar.
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
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Treibhausgase und Klimawandel
- das Klima im 21. Jahrhundert
1990 – 2100
CO2 Emissionen
Temperaturänderung
Alle Kimamodelle,
alle Szenarien
Temperaturänderung [°C]
Szenarien
Mittel der Modelle,
alle Szenarien
Balken:
Resultate der
verschiedenen
Modelle für ein
Szenario, 2100
Jahr
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Jahr
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Emissionen einst und morgen...
- Globale Temperatur einst und morgen...
1000 – 2100
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Klimamodellsimulationen
für den IPCC 2007 Bericht…
…es gab wesentliche
Verbesserungen (wenn auch
nach wie vor viel
zu tun bleibt).
(Marotzke et al., 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Mehr Treibhausgase in
Zukunft…
…die Botschaft ist
robust.
(Synthesis figure: Meehl, Stocker et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Verstärkter
Treibhauseffekt in
Zukunft…
…mehr Treibhausgase =
stärkerer
Treibhauseffekt; Physik
bleibt Physik.
(Synthesis figure: Meehl, Stocker et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Globale Erwärmung
in Zukunft...
~42°C
…Diagnose klar:
die Erde bekommt
Fieber.
~40°C
~38°C
~36°C
(Synthesis figure: Meehl, Stocker et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
- Temperaturanstieg
in Zukunft...
…die KlimaSensitivität ist klar:
wenn auch noch
immer mit breitem
Streubereich, härter
den je.
(Synthesis figure: Meehl, Stocker et al. 2005)
(Synthesis figure: Meehl, Stocker et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klimawandel der Zukunft: Stabilisierung der Emissionen ist nötig, auch klarer den je.
(Quelle: Hare and Meinshausen, 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klimawandel der Zukunft: Neue Ensemble-Simulation zur Stabilisierung…
Links: Ensemble von publ. Klimasensitivitäten; Rechts: Std.Sensitivität 1.5 – 4.5 K
(Quelle: Knutti et al., 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag – Exkurs Klimadiagnose
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klimawandel-Monitoring der Zukunft made in Austria: Ein neues Fieberthermometer
für Benchmark-Messungen von Treibhausgasen und Klimaänderungen.
(Kirchengast et al., 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Der Klimawandel – eine
globale Gefahr
- für das 22. Jahrhundert?
- für das 23. Jahrhundert?
- für das ...?
1990 – 2300
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Der Klimawandel – eine
globale Gefahr
- für das 22. Jahrhundert?
- für das 23. Jahrhundert?
- für das ...?
1990 – 2350
(Meehl, Stocker et al. 2005)
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Der Klimawandel – eine
globale Gefahr
- für das 22. Jahrhundert?
- für das 23. Jahrhundert?
- für das ...?
Beispiel Grönlandeis…
…einmal „angekickt“ sind
über die nächsten Jahrhunderte mehrere Meter
Meeresspiegelanstieg
zu erwarten
~ Jahre 2000 – 5000
(Ripley et al. 2005)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klimawandel
und
Risiken
1900 – 2100
Quelle: IPCC, 2001
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag – Beispiel Sommer in Europa und Extreme.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
„Business as usual“
…
vom
Heissen Sommer 2003
zum
Kühlen Sommer 2053
…
Heisser
Sommer
2003
Kühler
Sommer
2053
(2053 als beliebige
Jahreszahl für die
beginnende 2te Hälfte
des 21. Jahrhunderts)
(Met Office/Hadley Centre, 2004)
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Herausforderung Klimawandel
was kommen mag – Beispiel Sommer in Europa und Extreme.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
„Business as usual“
…
vom
Heissen Sommer 2003
zu
Standard Sommern >
2050
…
Änderungen der
gesamten „Verteilung
der Sommer“
(Schär et al., 2004)
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Herausforderung Klimawandel
über Klima-Folgen
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klimawandel und Klima-Folgen: einige erwartete Folgen durch Extreme
Höhere Maximaltemperaturen, mehr heiße Tage und Hitzewellen:
• Verstärktes Auftreten von Sterbefällen und schwerer Krankheit bei älteren
Altersgruppen und (städtischen) Armen.
• Zunehmendes Risiko von Schäden für viele Nutzpflanzen.
• Verschiebung von Touristenzielen.
Höhere Minimaltemperaturen, weniger kalte Tage, Frosttage und Kältewellen:
• Stärkere Verbreitung und Aktivität von Schädlingen und Krankheitserregern
• Reduzierter Heizenergiebedarf, aber mehr Kühlbedarf
Intensivere Niederschlagsereignisse über vielen Gebieten. Dadurch bedingt:
• Zunehmende Überschwemmungs-, Erdrutsch-, Lawinen- und Murgangschäden.
• Zunehmende Bodenerosion.
Zunehmende Sommertrockenheit über den meisten innerkontinentalen Flächen
in den mittleren Breiten, verbunden mit dem Risiko von Dürren. Dadurch bedingt:
• Sinkende Ernteerträge, beeinträchtigte Wasserressourcen, mehr Waldbrände.
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Herausforderung Klimawandel
über Klima-Folgen
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Klima-Folgen: Beispiel Tornados in Österreich?
F3-Tornado (~300 km/h),
Wiener Neustadt, 1916.
Oben: F2-Tornado im Litschau im nördlichen
Waldviertel, 1966.
Links: Zugbahn eines F3-Tornados (~300 km/h)
in der Steiermark, 1927, untersucht von Alfred
Wegener. (Quelle: A. Holzer, www.tornados.at)
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Herausforderung Klimawandel
über Klima-Folgen
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Herausforderung der Zukunft?
• Das globale Klima ändert sich derzeit mit einer Geschwindigkeit, für die es in der
Erdgeschichte nur wenige Beispiele – und kein vergleichbares Beispiel – gibt.
• Die größten direkten Schäden werden weniger von der Zunahme der Mittelwerte
als von häufigeren Extremereignissen kommen.
• Extremereignisse sind von Natur aus selten und unregelmäßig verteilt;
Klimaprognosen ergeben statistisch aber eine deutliche Zunahme
von Wetter- und Klimaextremen.
• Bei starker Erwärmung (> 500 ppm Szenarien) Risiken langfristiger großskaliger
Umstellungen im Klimasystem (Abschmelzen der Polkappen, große Wüsten, usw.)
• Österreich: auch Sommer wie 2003 (aber auch 2002) könnten ab Mitte des
21. Jahrhunderts schon die Regel und nicht mehr die Ausnahme sein.
• ...und als Anhang-Beispiel noch aus der Region Steiermark: mögl. Folgen für
die Südoststeiermark (und ähnlich in anderen südlicheren Gebieten Europas)
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Herausforderung Klimawandel
Folgen für die Südoststeier – schweisstreibende Perspektiven.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
…das Europa-Beispiel
gilt auch für die
Südoststeier
…
vom
Heissen Sommer 2003
zum
Kühlen Sommer 2053
…
Heisser
Sommer
2003
Kühler
Sommer
2053
jetzt noch 3 Beispiele:
- Niederschlag/
Trockenheit
- Ernterisiken
- Hagel
(Met Office/Hadley Centre, 2004)
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Herausforderung Klimawandel
Folgen für die Südoststeier – besonders starke Erwärmung.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
…die Südoststeier ist
im Trend der globalen
Erwärmung weit
voraus…
jetzt noch 3 Beispiele:
- Niederschlag/
Trockenheit
- Ernterisiken
- Hagel
(Kabas/Wegener Zentrum, 2005;
Datengrundlage: ZAMG Wien)
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Herausforderung Klimawandel
Folgen für die Südoststeier – spürbar trockener.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Beispiel
Niederschlag:
Feber 2004 –
Abweichung vom
Febermittel
1961-2000
Südoststeiermark
Teil des „trockenen
Südens“
Wie wird sich der
Niederschlag im
Zeichen des
Klimawandels
entwickeln?
Quelle: ZAMG Steiermark
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Herausforderung Klimawandel
Folgen für die Südoststeier – spürbar „abwechslungsreicher“.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Beispiel Ernterisiken:
Wetterbedingte Risikofaktoren
für Missernten u.a. in der
Südoststeiermark,
für verschiedene
landwirtschaftliche
Produkte
Wie werden sich
Ernterisiken im Zeichen
des Klimawandels
entwickeln?
Quelle: StartClim–Bericht 2003
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Herausforderung Klimawandel
Folgen für die Südoststeier – tendenzíell intensiver.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Beispiel
Hagelgefahr:
Südoststeiermark
bekanntlich im
„Hagelgürtel“ des
Südostens Österreichs
Wie wird sich die
Hagelhäufigkeit im Zeichen
des Klimawandels
entwickeln?
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Herausforderung Klimawandel
Klimaschutz – aktiv mitgestalten gefragt.
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Mit einem Mix aus Adaption
(Anpassung) und Mitigation
(Emissionsminderungen) gibt
es neben ökologischen auch
klare ökonomische Vorteile;
gerade auch für die Steiermark.
(z.B. „Energieautonomie 2025“)
Wir Menschen sind
nicht nur Betroffene
sondern auch
Mitverursacher und
Mitgestalter des
Klimawandels.
(Morlot and Agrawala, 2004)
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Herausforderung Klimawandel
Schlussfolgerung – Diagnose & Therapie
Gottfried Kirchengast (WegCenter/UniGraz)
Fazit: Diagnose klar: Fieber. Therapie klar: Klimaschutz.
Die Erde hat Fieber. Die Klimaforschung
der letzten Jahre zeigt es klarer denn je.
Der Klimawandel ist unausweichlich im
Gange und stellt eine völlig neue
Herausforderung für uns im
21. Jahrhundert dar...
…und: Die nächsten 10–30 Jahre sind
entscheidend.
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