Präsentation: Klima und Klimawandel
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Klima und Klimawandel Ursachen, Tatsachen, Erwartungen Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“ Hans von Storch 2013 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“ Hans von Storch 2013 Das Klimasystem Klimaantriebe – – – – – Sonne Treibhausgase Vulkanische Gase und Staub Aerosole Erdbahnparameter, Plattentektonik, Gebirgsbildung,… Klimawechselwirkungen – – – – Atmosphäre-Ozean Atmosphäre-Eis Atmosphäre-Vegetation Menschliche Eingriffe Klimarückkopplungen – Positive (Eis-Albedo) – Negative (Pflanzenwachstum und CO2) (DWD) Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“ Hans von Storch 2013 Klimaantriebe – die Sonne 2 W/m 1370 ENERGIEINPUT VON DER SONNE ÜBER DIE LETZTEN 7 JAHRTAUSENDE 1369 342.0 1368 1367 341.5 1366 1365 341.0 1364 1363 1362 -5000 -4800 -4600 -4400 -4200 -4000 -3800 -3600 -3400 -3200 -3000 -2800 -2600 -2400 -2200 -2000 -1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 340.5 SOLARKONSTANTE SOLARER NETTO- ANTRIEB W/m2 342.5 <-- v.Chr. Kalenderjahre n.Chr.--> (Fröhlich 2000, Solanski et al. 2004, Wagner et al. 2010) • • • SOLARER ANTRIEB SEIT 1700-2009 342.0 341.8 341.6 341.4 341.2 341.0 340.8 340.6 DaltonMinimum MaunderMinimum 340.4 1700 1750 1800 11-jährige Zyklen 1850 1900 bis 1977 indirekte Rekonstruktion 1950 Satellitenmessungen • Langfristig relativ stabiler Verlauf Starke Erhöhung der Aktivität in den letzten 300 Jahren 11-jährige Zyklen unterbrochen durch multidekadische Minima Stehen wir vor dem Eintritt in das nächste große Solare Minimum? (W/m2) 342.2 2000 Klimaantriebe - Treibhausgase Aktuell: 398ppm Mauna Loa: 1958-2007 400 390 380 370 ppm CO 2 ppb ppm direkt gemessen CH4 und N2O CO2 2000 400 rekonstruiert aus Hochakkumulations-Eisbohrkernen 1800 350 1600 CO2 300 1400 250 1200 CH4 1000 200 800 150 600 100 N2O 400 50 200 0 0 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 (Robertson et al. 2001) Kalenderjahre 360 350 340 330 320 310 300 1950 • • • Starker Anstieg von Kohlendioxid und Methan im 20. Jhdt. Signifikant positiver Trend der CO2 Konzentrationen mit saisonalen Schwankungen Bemühungen den CO2 Ausstoß zu verringern hatten bis jetzt keinen Effekt 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Foto: Forrest M. Mims III Klimaantriebe – Vulkanausbrüche Klimaantrieb W/m2 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 1000 Foto: Steven W. Dengler 1815 Tambora 1259 el Chichón? 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Kalenderjahre • • • Starker kurzfristiger Antrieb Zufälliges Auftreten Ausbrüche müssen stark genug sein um das Klima effektiv zu beeinflussen (Eruption von Staubpartikel und Gasen bis in die Stratosphäre > 11.000m) 1992 Pinatubo 1883 Krakatau 1800 1900 2000 Klimaantriebe – anthropogene Aerosole 20 18 Foto: Urs Ruth Eisbohrkerne, Colle Gnifetti Vielfache von 1800 16 14 Winterschneedecke Sonnblick 12 10 8 6 4 2 Foto: Bernhard Hynek 0 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 • • • Starker Anstieg bis ca. 1970 – „global dimming“ Luftreinhaltemaßnahmen beginnen ab diesem Zeitpunkt zu greifen. Ab den späten 1970 kontinuierliche Reduktion anthropogener Aerosole – „global brightening“ Klimaantriebe in Summe (Hansen et al. 2007) Klimarückkopplungen Positive Rückkopplungen (verstärken einen Effekt) • Eis-Albedo Rückkopplung • Verstärkung des Treibhauseffektes durch mehr Wasserdampf in der Atmosphäre • … Negative Rückkopplungen (dämpfen einen Effekt) • Abhängigkeit der Oberflächenabstrahlung von der Temperatur • Pflanzenwachstum und CO2 • … … und vielleicht andere die wir noch nicht kennen. Klimaantriebe und Klimarückkopplungen… … resultieren im globalen Temperaturverlauf von 1850 bis 2013 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“ Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 4,6 Mrd. Jahre: 500 Mio. Jahre vor heute 260 Mio. Jahre vor heute Insgesamt 5 Eiszeitalter Die meiste Zeit über waren die Pole eisfrei Ursachen: Kontinentaldrift Orogenese Treibhausgase Eis-Albedo-Rückkopplung 65 Mio. Jahre vor heute Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 12.000 Jahre: heute Ursachen: Treibhausgase Eis-Albedo-Rückkopplung (Erdbahnparameter) Die Klimavergangenheit Temperaturabweichung im Alpenraum [°C] Temperaturabweichung global [°C] Das Klima der letzten 250 Jahre: GLOBAL: +0.8°C ALPENRAUM: +2°C ZAMG 2012 Die Klimavergangenheit Das Klima der letzten 250 Jahre: Warum stiegen die Temperaturen im Alpenraum stärker als im globalen Mittel? 4 130 Sonnenscheindauer 120 3 110 2 1 100 90 Temperatur 80 0 70 60 -1 Luftdruck -2 1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 50 40 Anomalien bezogen auf 1901-2000 [%] Anomalien bezogen auf 1901-2000 [°C/hPa] • Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle Klimaextreme Niederschlagsextreme, Hochwässer, Stürme etc. von der Vergangenheit bis heute. Kamp Hochwasser 2002 Hurricane Katrina 2005 Tornado in Wien 2010 Sturmtief Kyrill 2007 Klimaextreme Wird das Wetter immer verrückter? Als Maß für die „Verrücktheit“ des Wetters wird ein spezieller statistischer Index herangezogen (volatility = Sprunghaftigkeit), der die Unterschiedlichkeit der Temperatur von Tag zu Tag beschreibt. Hier für die Temperaturzeitreihe von Wien Hohe Warte: Hiebl und Hofstätter 2012 Klimaextreme Wahrscheinlichkeit für extreme Niederschlagssummen von 1800-2003 Basis bildet der HISTALP-Datensatz der monatlichen Niederschlagssummen, Daten sind frei verfügbar unter www.zamg.ac.at/histalp Haslinger und Co-Autoren 2012 Klimaextreme Sommerliche Trocken- und Feuchtphasen in Wien von 1841-2013: PDSI Berechnet anhand eines Bodenfeuchteindexes (Palmer Drought Severity Index, PDSI) Klimaextreme 180 Jahre Hochwasser an der Donau Zeitreihe der jährlich höchsten Durchflussmenge der Donau bei Wien: 1862 9.865 1899 10.500 1899 9.420 Blöschl u. Montanari (2010) 1954 9.600 1991 2013 9.500 11.055 2002 10.250 Klimaextreme Die Ereignisse 2013 und 1899 im Vergleich Niederschlag Jahr Hochwasservolumen [109 m3] Retentionsvolumen [109 m3] 1899 6,6 2 2013 6,1 < 0,5 Blöschl u. a. (2013) Hochwasser 2013 wäre mit Retentionsvolumen von 1899 wesentlich kleiner Niederschlag ≠ Hochwasser Niederschlag + Landnutzung + Wasserbauten= Hochwasser Blöschl u. a. (2013) Klimaextreme Werden tropische Wirbelstürme stärker und häufiger? Es gibt unterschiedliche Antworten seitens der Wissenschaft und dem Versicherungswesen: Pielke und Co-Autoren 2008 Überblick Das Klimasystem Klimaantriebe Klimavergangenheit Klimaextreme Klimazukunft Conclusio „Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“ Hans von Storch 2013 Klimazukunft Entwicklungsszenarien nach IPCC AR4 2007: A1B: • • • • • A2: Rasches Wirtschaftswachstum Starker globaler Austausch von Wissen und Gütern Einkommensunterschiede verringern sich Hohe Investition in Bildung und Forschung Balancierter Mix aus unterschiedlichen Energiequellen • • • • Wenig globale Vernetzung und geringeres Wirtschaftswachstum Einkommensunterschiede bleiben hoch Energiemix orientiert sich an regionaler Verfügbarkeit Großteil der Wirtschaftsentwicklung fließt in Nahrungsmittelproduktion Nakicenovic et al. 2000 B1: • • • • Hohes Umwelt- und Sozialbewusstsein Stärkere Gemeinschaftswerte weniger Individualismus, weniger Konsum Starke politische Steuerung Konzentration der Energiegewinnung auf erneuerbaren Energiequellen Klimazukunft Emissionsszenarien nach IPCC AR4 2007 IPCC 2007 Nakicenovic et al. 2000 Klimazukunft Klimamodelle • Klimamodelle berechnen atmosphärische Prozesse auf einer 3-dimensionalen Matrix • Gitterweite derzeit: 200-100km, in Einzelfällen bis 25km; durch stetig steigende Computerleistung kontinuierliche Verringerung der Auflösung • Gekoppelt mit Ozean-, Biosphären-, und Eisschildmodellen Neelin 2011 McCuffie und Henderson-Sellers 2005 Klimazukunft Temperaturänderung [°C] relativ zu 1980-2000 Globale Muster des Temperaturanstiegs bis 2100 IPCC 2007 Klimazukunft Relative Änderung zum Mittel 1980-2000 Globale Muster der Veränderungen von Variablen des Wasserkreislaufs IPCC 2007 Klimazukunft Temperaturszenario (A1B) für den Alpenraum 1860-2100 Efthymiadis et al. 2006 ZAMG 2012 Klimazukunft Niederschlagsszenario (A1B) für den Alpenraum 1860-2100 Efthymiadis et al. 2006 ZAMG 2012 Klimazukunft Wie gut können Klimamodelle den beobachteten Temperaturverlauf simulieren? Temperaturentwicklung aus eine Klimamodell Ensemble berechnet mit natürlichen und natürlichen plus anthropogenen Antrieben Natürliche Antriebe Natürliche + anthropogene Antriebe IPCC 2007 Klimazukunft Aber… Die globalen Temperaturen stagnieren seit ca. 15 Jahren und zeigen keine weitere Erwärmung trotz stetig steigender CO2 Emissionen Klimazukunft Nur drei von 114 globalen Klimasimulationen erfassen die aktuelle Temperaturstagnation ? IPCC (2013) Klimazukunft Unsicherheiten in Klimaprojektionen: • • • • • Reaktion der globalen Temperatur auf veränderte CO2 Konzentrationen Natürliche Klimavariabilität (Stichwort El Nino und Ozeanzirkulation) Wolkenbildung und Niederschlagsentwicklung Eisschild- und Vegetationsdynamik … Kleinräumige Starkniederschläge (Gewitter) Globale Mitteltemperatur Schöner et al. 2010 Etwas zum „Mit nach Hause nehmen“ • • • • • • • Die Temperaturen werden (langfristig) wahrscheinlich in dem Maße oder etwas geringer ansteigen wie es globale Klimamodelle simulieren. Die Klimaantriebe in Zukunft sind jedoch mit gewissen Unsicherheiten behaftet – die größten Unsicherheiten liegen jedoch in den sozioökonomischen Szenarien. Aussagen über den thermischen Klimakomplexes sind robuster als jene für den hygrischen. Klimaentwicklungen auf großen Raum- und Zeitskalen sind einfacher abzuschätzen als auf kleinen Raum- und Zeitskalen. Aussagen über Entwicklungen über Extremwerte sind schon für die Vergangenheit nicht einfach, für die Zukunft ungemein schwieriger. Meinungsgesteuerte Aussagen hinterfragen (Shell, Greenpeace, Versicherungen…) Kritisch den Stand der Wissenschaft verfolgen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung
