Klimaportal RWTH Aachen

Weltweiter
Klimawandel
•D
Welche Rolle spielt
der Mensch?
Christian-D. Schönwiese
Universität Frankfurt/Main
Institut für Atmosphäre und Umwelt
© ESA/EUMETSAT: METEOSAT 8 SG – multi channel artificial composite colour image, 23-5-2003, 12:15 UTC
Motivation
• Der Mensch und mit ihm alles Leben
auf der Erde (Biosphäre) ist von der
Gunst des Klimas abhängig.
• Es kann uns daher nicht gleichgültig
sein, was mit dem Klima geschieht.
• Die Menschheit ist mehr und mehr
dazu übergegangen, das Klima auch
selbst zu beeinflussen.
• Daraus erwächst uns eine besondere
Verantwortung.
Zur Unterscheidung von Wetter und Klima
Klima,
Häufigkeit
z.B. 30-jährige Statistik
Klimaänderung
Streuung
Mittelwert
Messgröße
Wetterereignisse
Gletscher als Klimaänderungsindikatoren
Pasterze, Hohe Tauern, Großglocknerregion
um 1900
2000
Seit 1850 haben die Alpengletscher ca. 50 % ihres Volumens verloren
(Häberli et al., 2001).
Gesellschaft für ökologische Forschung, Gletscherarchiv, Nr. 11-202006
Industriezeitalter, globale Perspektive
1998
Global-Temperatur (bodennah)
Jahresanomalien 1856 – 2004
(relativ zu 1961 – 1990)
1990
1944
1976
1956
1864
1907
Datenquelle: Jones et al., 2005; IPCC, 2001 (erg.); Analyse: Schönwiese, 2004
Quelle: IPCC, 2001; CRU (Jones et al.), 2005; bearb.
Global-Temperatur (bodennah)
Jahresanomalien 1856 – 2004
1998
(relativ zu 1961 – 1990)
1990
1944
1976
1956
Trendanalyse
1856-2000: +0,6 °C (0,04/Dek.)
1864
1907
Quelle: IPCC, 2001; CRU (Jones et al.), 2005; bearb.
Global-Temperatur (bodennah)
Jahresanomalien 1856 – 2004
1998
(relativ zu 1961 – 1990)
1990
1944
1976
1956
Trendanalyse
1856-2000: +0,6 °C (0,04/Dek.)
1901-2000: +0,7 °C (0,07/Dek.)
1864
1907
Quelle: IPCC, 2001; CRU (Jones et al.), 2005; bearb.
Industriezeitalter, globale Perspektive
1998
Global-Temperatur (bodennah)
Jahresanomalien 1856 – 2004
(relativ zu 1961 – 1990)
1990
1944
1976
1956
1864
1907
Quelle: IPCC, 2001; CRU (Jones et al.), 2005; bearb.
Trendanalyse
1856-2000: +0,6 °C (0,04/Dek.)
1901-2000: +0,7 °C (0,07/Dek.)
1981-2000: +0,3 °C (0,17/Dek.)
Langfristperspektive
Jahr
Temperaturtrends 1891 - 1990
K
Datenquelle: Jones et al., 2002; Analyse: Schönwiese, 2002
Temperaturtrends 1980-1999
K
Datenquelle: Jones et al., 2002; Analyse: Fundel/Schönwiese, 2002
Niederschlagtrends 1900 - 1999
IPCC, 2001
Übersicht beobachteter Klimatrends
in Deutschland
Klimaelement
Frühling
Sommer
Herbst
Winter
Jahr
Temperatur, 1901 - 2000
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
+ 1,1 °C
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
1981 - 2000
Niederschlag, 1901 - 2000
1971 - 2000
+ 1,3 °C
+ 13 %
+ 13 %
+ 0,7 °C
-3%
+4%
- 0,1 °C
+9%
+ 14 %
+ 2,3 °C
+ 19 %
+ 34 %
+ 1,1 °C
+9%
+ 16 %
Quellen: Rapp, 2000; Schönwiese, 2003; ergänzt
Übersicht beobachteter Klimatrends
in Deutschland
Klimaelement
Frühling
Sommer
Herbst
Winter
Jahr
Temperatur, 1901 - 2000
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
+ 1,1 °C
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
1981 - 2000
Niederschlag, 1901 - 2000
1971 - 2000
+ 1,3 °C
+ 13 %
+ 13 %
+ 0,7 °C
-3%
+4%
- 0,1 °C
+9%
+ 14 %
+ 2,3 °C
+ 19 %
+ 34 %
+ 1,1 °C
+9%
+ 16 %
Quellen: Rapp, 2000; Schönwiese, 2003; ergänzt
Übersicht beobachteter Klimatrends
in Deutschland
Klimaelement
Frühling
Sommer
Herbst
Winter
Jahr
Temperatur, 1901 - 2000
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
+ 1,1 °C
+ 0,8 °C
+ 1,0 °C
1981 - 2000
Niederschlag, 1901 - 2000
1971 - 2000
+ 1,3 °C
+ 13 %
+ 13 %
+ 0,7 °C
-3%
+4%
- 0,1 °C
+9%
+ 14 %
+ 2,3 °C
+ 19 %
+ 34 %
+ 1,1 °C
+9%
+ 16 %
Quellen: Rapp, 2000; Schönwiese, 2003; ergänzt
Beobachtete Niederschlag-Trendstrukturen
in Deutschland 1901-2000 (prozentual)
Winter
Sommer
Schönwiese und Janoschitz, 2005
Impressionen vom Elbe-Hochwasser, August 2002
Todesopfer: E 37, D 22; Volkswirt. Schäden: E 13,5 Mrd. €, D 9,2 Mrd. €
(Quelle: Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft, 2003)
Aug. 2002
März 1845
1342 „Jahrtausendhochwasser“,
genauer Pegelstand unbekannt
Kleeberg, 1996, ergänzt
Zinnwald (Erzgebirge)
13. Aug. 2003: 312 mm
Hitze-/Trockensommer 2003
Todesopfer (Europa):
27000 (F 14800, I 4000, D 3500, ...)
Volkswirtschaftl. Schäden (Europa):
13 Mrd. EURO
Neuere Zahlen gehen für Europa von
35 000 - 55 000 Hitzetoten aus *)
Topics 2003
*) MüRück, DWD, 2005
Der Sommer 2003 war mit Abstand der wärmste seit 1761
3,5
3,0
Deutschland-Sommertemperaturen 1761-2003
2003
19,6°C
(3,8 s)
Temperaturanomalien/°CC
2,5
1947
1826 1834
2,0
1783
1807
1992/94
1983
1859
1781
1846
2002
1,5
1,0
0,5
16,2°C
(Mittel
19611990)
0,0
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0
-2,5
1760 1780
1800 1820
1840 1860
1880
1900
1920 1940
Zeit in Jahren
Schönwiese, Trömel und Staeger, 2004
1960
1980
2000
Wahrscheinlichkeitsanalyse zur Änderung der
Sommertemperatur in Deutschland 1761-2003
2003
1761
1880
3,4 °C Ereignis
(Sommer 2003)
Temperaturanomalien in °C
Trömel, 2004
Zeitabhängige Wahrscheinlichkeitsanalyse für das
Eintreten/Überschreiten des 2003-Ereignisses (3,4 °C)
(Sommertemperatur Deutschland)
p = 0,0022
entsprechend
1/455 Jahre
p < 0,0001
entsprechend
1/10000 Jahre
Jahr
Trömel, 2003 / Schönwiese et al., 2004
Fallstudie Sommer 2003 in der Schweiz
(nach C. Schär et al., Nature 2004)
Häufigkeitsanalyse der Schweizer Sommer 1864-2003
Häufigkeit
Modellsimulationen für Gegenwart und Zukunft
Hurrikan Katrina, USA, 29.8.2005
ca. 900 Tote,
Schäden ca. 100-150 Mrd. US$,
davon versichert ca. 20-25 Mrd.
Große Naturkatastrophen
Volkswirtschaftliche (a) und versicherte (b) Schäden in Mrd. US Dollar
Dekade
1960/69
1970/79
1980/89
1990/99
1995/2004
Faktor *
Anzahl
27
47
63
91
63
2,3 (3,4)
81
148
228
704
567
7,0 (8,7)
7
14
29
132
102
14,6 (18,9)
(a) VolkS
(b) VersS
Quelle: Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft, Topics Geo 2004 (München, 2005)
* 1995/2004 (in Klammern 1990/99) gegenüber 1960/69 (inflationsbereinigt)
Der Weg zur Ursachendiskussion
Cubasch und Kasang, 2000
Global und langzeitlich gemittelte Flüsse der Strahlung
und Wärme im Klimasubsystem Atmosphäre-Erdoberfläche
Viele Quellen, u.a. IPCC, 2001, Zusammenstellung Schönwiese, 2003
Weltbevölkerung und Weltenergie
Energie 2000: 14,2 Gt SKE, davon 79,5 % fossil
Viele Quellen; hier nach Schönwiese, 2003; erg. nach Jochem, 2004 / IEA, 2002
Globaler Kohlenstoffkreislauf in Gt C bzw. Gt C/Jahr
Vulkanismus
< 0,05
100
Stratosphäre
2-15 J
650
Troposphäre
1-10 J
Atmosphäre
2??
Waldrodung
1,5?
60
<1?
90
0,5?
600 Landvegetation
1600 tote Biomasse
Biosphäre
2-3
0,5-50 J
200-400 J
1000
Mischungsschicht 1-10 J
38 000
„tiefer“ Ozean
Sedimente
davon: 3500 Kohle
> 1000 J
Ozean
Bodenemission
20 000 000
Pedosphäre/
Lithosphäre
fossile Brennstoffe
6 *
106-109 J
Verwitterung
0,4
300 Erdöl
200 Erdgas
IPCC 2001 u.v.a., hier nach Schönwiese, 2003;
*
2004: 7,5 Gt C entspr. 27,5 Gt CO2
Kohlendioxid-Konzentration, Mauna Loa
Konzentration in ppm
n
380
370
360
350
340
330
320
310
300
1960
1965
1970
1975
1980
1985
Zeit in Jahren
1990
1995
2000
Kohlendioxid-Konzentration, Mauna Loa
Konzentration in ppm
n
380
2004: 377,4 ppm
370
360
350
340
330
320
310
300
1960
1965
1970
1975
1980
1985
Zeit in Jahren
1990
1995
2000
Kohlendioxid-Konzentration, Mauna Loa
380
2004: 377,4 ppm
Konzentration in ppm
n
370
360
350
Jahr - zu - Jahr - Anstieg in ppm
340
330
3
320
2
310
1
300
1960
1965
1970
1975
1980
1985
Zeit in Jahren
1990
1995
2000
Die langfristigeCO2-Konzentrationszunahme
IPCC, 2001, aktualisiert und verändert (hier nach Schönwiese, 2003)
Spurengasübersicht
Spurengas, Symbol Anthropogene
Emissionen
Kohlendioxid, CO2
30 Gt a-1
Methan, CH4
400 Mt a-1
FCKW
0,4 Mt a-1
Distickstoffoxid, N2O 15 Mt a-1
Ozon, O3
0,5 Gt a-1
Wasserdampf, H2O
relativ gering
Atmosphärische Treibh.
Treibh.
Treibhauseffekt
Konzentrationen natürlich anthrop.
370 (280) ppm
26 %
61 %
1,8 (0,8) ppm
2%
15 %
F12: 0,5 (0) ppb
11 %
0,31 (0,28) ppm
4%
4%
25 (?) ppb
8%
9 % **
2,6 (2,6) % *
60 %
(indirekt)
Aufschlüsselung der anthropogenen Emissionen
CO2: 75% fossile Energie, 20% Waldrodungen, 5% Holznutzung (insb. E-Länder)
CH4: 27% fossile Energie, 23% Viehhaltung, 17% Reisanbau, 16% Abfälle (Müll,
Abwasser), 11% Biomasse-Verbrennung, 6% Tierexkremente
FCKW: Treibgas in Spraydosen, Kältetechnik, Dämm-Material, Reinigung
N2O: 23-48% Bodenbearbeitung (einschl. Düngung), 15-38% chemische Industrie,
17-23% fossile Energie, 15-19% Biomasse-Verbrennung
O3:
indirekt über Vorläufersubstanzen (z.B. Stickoxide NOx, Verkehrsbereich)
Viele Quellen, u.a. IPCC, 2001, Lozan et al., 2001, hier nach Schönwiese, 2003
Spurengasübersicht
Spurengas, Symbol Anthropogene
Emissionen
Kohlendioxid, CO2
30 Gt a-1
Methan, CH4
400 Mt a-1
FCKW
0,4 Mt a-1
Distickstoffoxid, N2O 15 Mt a-1
Ozon, O3
0,5 Gt a-1
Wasserdampf, H2O
relativ gering
Atmosphärische Treibh.
Treibh.
Treibhauseffekt
Konzentrationen natürlich anthrop.
370 (280) ppm
26 %
61 %
1,8 (0,8) ppm
2%
15 %
F12: 0,5 (0) ppb
11 %
0,31 (0,28) ppm
4%
4%
25 (?) ppb
8%
9 % **
2,6 (2,6) % *
60 %
(indirekt)
Aufschlüsselung der anthropogenen Emissionen
CO2: 75% fossile Energie, 20% Waldrodungen, 5% Holznutzung (insb. E-Länder)
CH4: 27% fossile Energie, 23% Viehhaltung, 17% Reisanbau, 16% Abfälle (Müll,
Abwasser), 11% Biomasse-Verbrennung, 6% Tierexkremente
FCKW: Treibgas in Spraydosen, Kältetechnik, Dämm-Material, Reinigung
N2O: 23-48% Bodenbearbeitung (einschl. Düngung), 15-38% chemische Industrie,
17-23% fossile Energie, 15-19% Biomasse-Verbrennung
O3:
indirekt über Vorläufersubstanzen (z.B. Stickoxide NOx, Verkehrsbereich)
Viele Quellen, u.a. IPCC, 2001, Lozan et al., 2001, hier nach Schönwiese, 2003
Strahlungsantriebe (troposphärisch, nach IPCC, erg.)
Klimafaktor
Vorz. Strahlungsantrieb Signal Signalstruktur
„Treibhausgase“, TR *
Troposphär. Sulfat, SU
+ a 2,2 - 2,7 Wm-2
-2
− a 0,2 - 0,8 Wm
progressiver Trend
uneinheitlicher Trend
Kombiniert, TR + SU
Albedo (Landnutzung)
+ a (1,4 - 2,5 Wm-2)
0 - 0,4 Wm-2
+/− a
uneinheitlicher Trend
(Trends?)
Flugverkehr (Ci u.a.)
Vulkaneruptionen
+ a
Sonnenaktivität
El Niño (ENSO)
2 x CO2, Gleichgewicht
< 0,1 Wm-2 *
−
max. ≈ 3 Wm-2 **
+
0,1 - 0,5 Wm-2
+
(interne Wechselw.)
+ a
4,4 Wm-2
(Trend?)
episodisch (1 - 3 Jahre)
fluktuativ
episodisch (Monate)
progressiver Trend
Vorzeichen: + Erwärmung, - Abkühlung; a = anthropogen
* CO2 ca. 1,5 Wm-2, O3 zusätzl. troposph. ca. 0,3 Wm-2, stratosph. ca. - 0,1 Wm-2
** Pinatubo: 1991 → 2.4 Wm-2, 1992 → 3.2 Wm-2, 1993 → 0.9 Wm-2; nach McCormick et al. (1995)
Quelle: IPCC, 2001, ergänzt; hier nach Schönwiese, 2003
Anomalien der globalen Mitteltemperatur:
Klimamodellsimulationen im Vergleich zu den
Beobachtungsdaten (IPCC, 2001)
0,8
Tem peraturanom alien in °C
in
Globaltemperatur: Beobachtung, Simulation und Signale
0,6
Neuronales Netz (Backpropagation)
0,4
0,2
0
Beobachtung
-0,2
-0,4
-0,6
2000
1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Zeit in Jahren
Quelle: A. Walter, 2001
0,8
Tem peraturanom alien in °C
in
Globaltemperatur: Beobachtung, Simulation und Signale
0,6
Neuronales Netz (Backpropagation)
0,4
0,2
0
Beobachtung
-0,2
Simulation
-0,4
-0,6
2000
1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Zeit in Jahren
Quelle: A. Walter, 2001
0,8
Tem peraturanom alien in °C
in
Globaltemperatur: Beobachtung, Simulation und Signale
0,6
Neuronales Netz (Backpropagation)
0,4
TR
0,2
0
Beobachtung
-0,2
Simulation
-0,4
-0,6
2000
1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Zeit in Jahren
Quelle: A. Walter, 2001
0,8
Tem peraturanom alien in °C
in
Globaltemperatur: Beobachtung, Simulation und Signale
0,6
Neuronales Netz (Backpropagation)
0,4
TR
0,2
0
Beobachtung
-0,2
Simulation
SU
-0,4
-0,6
2000
1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Zeit in Jahren
Quelle: A. Walter, 2001
0,8
Tem peraturanom alien in °C
in
Globaltemperatur: Beobachtung, Simulation und Signale
0,6
Neuronales Netz (Backpropagation)
0,4
TR
0,2
0
TR + SU
Beobachtung
-0,2
Simulation
SU
-0,4
-0,6
2000
1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Zeit in Jahren
Quelle: A. Walter, 2001
Strahlungsantriebe und Klimasignale
Klimafaktor
Strahlungsantrieb TGL-Signal TDH-Sig.
Treibhausgase, TR
Sulfataerosol, SU
Kombiniert, TR+SU
Vulkaneruptionen
Sonnenaktivität
ENSO (SOI)
**
NAO
***
Multiple Korrelation
+ 2,1 - 2,8 Wm-2
- 0,4 - 1,5 Wm-2
+ (0,6 - 2,4 Wm-2)
- max. 1-3 Wm –2 *
+ 0,1 - 0,5 Wm-2
-
0,9 - 1.3 K
0,2 - 0,4 K
0,5 - 0,7 K
0,1 - 0,2 K
0,1 - 0,2 K
0,2 - 0,3 K
-
1,5 K
0,6 K
0,8 K
0,2 K
0,6 K
1,1 K
Signalstruktur
Progressiver Trend
Uneinheitl. Trend
Uneinheitl. Trend
Episodisch (1-3 a)
Fluktuativ (+Trend?)
Episodisch (n• mon)
Quasi-fluktuativ
rm: 0.91 (83%) 0.62 (39%)
* Pinatubo-Ausbruch 1991: 2,4 Wm-2, 1992: 3,2 Wm-2, 1993: 0,9 Wm-2 (McCormick et al. 1995)
** El Niño / Southern Oscillation (Southern Oscillation Index)
*** Nordatlantik-Oszillation
IPCC, 2001; McCormick et al., 1995; Walter und Schönwiese, 1999, 2002
Globaltemperatur: Vergangenheit und Zukunft
4,0
3,5
Temperatur
in °C
1,4 −
5,8 °C
Beobachtung
Kontrolle (ohne anthrop. Einfluss)
(IPCC,
2001)
Projektion TR (Treibhausgase)
3,0
Projektion TR+SU (+ Sulfataerosol)
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1860
1900
1950
2000
2050
CLIVAR, 2004; nach Roeckner (MPIM), 2000
2100
Die wichtigsten KlimamodellZukunftsprojektionen:
• Erwärmung der unteren Atmosphäre (global bis
2100 um etwa 1,4 - 5,8 °C; Maxima im Winter,
gemäßigte und insbesondere subarktische Zone)
• Abkühlung der Stratosphäre (begünstigt O 3 - Abbau)
• Niederschlagsumverteilungen (→Mittelmeer-Region
trockener, Skandinavien u. Polarregionen feuchter,
Mitteleuropa Winter feuchter / Sommer trockener)
• Meeresspiegelanstieg (global bis 2100 um etwa
10 - 90 cm; Ozean- u. Gebirgsgletscher-Effekt)
• Regional häufigere/intensivere Extremereignisse
(z.B. Hitzewellen, Dürre, Starkniederschläge,
Gewitter, Hagel − aber im einzelnen sehr unsicher;
intensivere tropische Wirbelstürme)
Die wichtigsten Auswirkungen:
+ Weniger Heizbedarf (Winter, gemäßigte u. polare Klimazone)
+ Weniger Kältestress (Winter, gemäßigte u. polare Klimazone)
+ Längere Vegetationsperiode und somit landwirtschaftliche
Vorteile (falls günstige Boden- und Wasserbedingungen);
...
- Fehlreaktionen von Ökosystemen (z.B. Blattaustrieb Winter)
- Günstigere Ausbreitungsbedingungen für
Pflanzenschädlinge und Krankheitserreger
- Überflutung von Inselstaaten und Flussdeltagebieten
- Sommerliche Hitzewellen und ggf. Dürre in der gemäßigten
bis tropischen Klimazone
- Wasserversorgungsprobleme, regional (z.B. Mittelmeergebiet)
- Häufigere Überschwemmungen, regional (z.B. gemäßigte
Klimazone, dort insbesondere Winter)
- Mehr Sturmschäden?
...
Folgerungen
• Es kann kein Zweifel daran bestehen, dass der Mensch
durch die zusätzliche Emission bestimmter Gase das
Klima weltweit ändert (zusätzlicher „anthropogener
Treibhauseffekt“).
• Im Vergleich mit natürlichen Klimaänderungen ist
insbesondere die globale Erwärmung der letzten
Jahrzehnte höchstwahrscheinlich anthropogen.
• Dies ist mit Änderungen aller Klimaelemente verbunden,
regional auch mit häufigeren Extremereignissen.
• Auch wenn es im Detail (quantitativ, regional) noch
erhebliche Unsicherheiten gibt, besteht doch für die
Zukunft ein hohes Risiko.
• Baldiger, effektiver und ausgewogener Klimaschutz ist
somit notwendig,
• ebenso weitere Klimaforschung.
Erforderliche Maßnahmen
• Sparsamere und effizientere Energienutzung
• Schwerpunktverlagerung bei den fossilen
Energieträgern (Kohle → Öl → Gas)
• Stärkerer Einsatz alternativer Energieträger
• Erhöhung des öffentlichen Verkehrsanteils
• Weitere Maßnahmen zur Reinhaltung von Luft,
Wasser und Boden
• Schutz der Wälder und jeglicher Vegetation
• Begrenzung des Weltbevölkerung-Wachstums
Klimarahmenkonvention
(Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen,
Konferenz für Umwelt und Entwicklung, Rio de Janeiro, 1992,
völkerrechtlich verbindlich seit 1994)
„Das Endziel dieses Übereinkommens ... ist es, ... die Stabilisierung der
Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu
erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems
verhindert wird. Ein solches Niveau sollte innerhalb eines Zeitraums erreicht
werden, der ausreicht, damit sich die Ökosysteme auf natürliche Weise den
Klimaänderungen anpassen können, die Nahrungsmittelerzeugung nicht
bedroht wird und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise
fortgeführt werden kann.“
Klimarahmenkonvention
(Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen,
Konferenz für Umwelt und Entwicklung, Rio de Janeiro, 1992,
völkerrechtlich verbindlich seit 1994)
„Das Endziel dieses Übereinkommens ... ist es, ... die Stabilisierung der
Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu
erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems
verhindert wird. Ein solches Niveau sollte innerhalb eines Zeitraums erreicht
werden, der ausreicht, damit sich die Ökosysteme auf natürliche Weise den
Klimaänderungen anpassen können, die Nahrungsmittelerzeugung nicht
bedroht wird und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise
fortgeführt werden kann.“
Zielsetzungen zur Reduktion der anthropogenen CO2-Emission
Frühere Empfehlungen:
• IPCC, 1990: bis ca. 2050 global um 60%
• Enquete-Komm. d. Deut. Bundestags, 1991: ebenso, Industrieländer 80 %,
Deutschland um 25 % bis 2005 gegenüber 1990
UN-Klimarahmenkonvention (KRK, 1992) ohne quantitative Aussagen.
Kyoto-Protokoll (3. Vertragsstaatenkonferenz zur KRK), 1997,
bzgl. CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6:
• Industrieländer um 5,2 % bis 2008-2012 gegenüber 1990 nach Länderschlüssel
(z.B. EU und Schweiz 8 %, USA 7 % *), Japan 6 %, GUS 0 %, Australien +8 %)
• EU-Beschlüsse dazu, 1998: Deutschland 21%
*) USA inzwischen „ausgestiegen“
(A 13 %, GB 12,5 %, I 6,5 %, F 0 %, E +15 %, GR +25 %, P +27 %)
WBGU - Empfehlungen, 2003:
• bis 2020 Industrieländer um 20 % („Kyoto-Gase“)
• bis 2050 global um 45 - 60 % (CO2)
Zielsetzungen zur Reduktion der anthropogenen CO2-Emission
Frühere Empfehlungen:
• IPCC, 1990: bis ca. 2050 global um 60%
• Enquete-Komm. d. Deut. Bundestags, 1991: ebenso, Industrieländer 80 %,
Deutschland um 25 % bis 2005 gegenüber 1990
UN-Klimarahmenkonvention (KRK, 1992) ohne quantitative Aussagen.
Kyoto-Protokoll (3. Vertragsstaatenkonferenz zur KRK), 1997,
bzgl. CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6:
• Industrieländer um 5,2 % bis 2008-2012 gegenüber 1990 nach Länderschlüssel
(z.B. EU und Schweiz 8 %, USA 7 % *), Japan 6 %, GUS 0 %, Australien +8 %)
• EU-Beschlüsse dazu, 1998: Deutschland 21%
*) USA inzwischen „ausgestiegen“
(A 13 %, GB 12,5 %, I 6,5 %, F 0 %, E +15 %, GR +25 %, P +27 %)
WBGU - Empfehlungen, 2003:
• bis 2020 Industrieländer um 20 % („Kyoto-Gase“)
• bis 2050 global um 45 - 60 % (CO2)
Vielen Dank
für Ihr Interesse
Homepage des Autors:
http://www.geo.uni-frankfurt.de/iau/klima
Ü b e rs ic h t z u r E rfa s s u n g v o n K lim a in fo rm a tio n e n
1 . N e o k lim a to lo g is c h
(d ire k te i.a . k o n tin u ie rlic h e M e s s u n g e n d e r K lim a e le m e n te )
- b o d e n n a h e L u ftte m p e ra tu r s e it 1 6 5 9 („Z e n tra l-E n g la n d “),
e rs te s in te rn a tio n a le s M e ß n e tz s e it 1 7 8 0 /8 1 (S M P *),
g lo b a l (N o rd h e m is p h ä re ) s e it c a . 1 8 5 0 /6 0
- N ie d e rs c h la g (re l. m o d e rn e M e th o d e n ) s e it 1 6 9 7 (K e w ),
re g io n a l (E u ro p a , N o rd a m e rik a u .a .) s e it c a . 1 8 5 0 /6 0
- u .a . (L u ftd ru c k , W in d , S S T , M e e re s s p ie g e lh ö h e u s w .)
2 . H is to ris c h
(m e is t ve rb a le b zw . in d ire k te , d o k u m e n tie rte In fo rm a tio n e n )
- W itte ru n g s a u fz e ic h n u n g e n (s e it 1 2 7 /1 3 3 7 **, s p o ra d is c h )
- A n n a le n /C h ro n ik e n d e r V e rw a ltu n g (z.B . W e in q u a litä t,
G e tre id e p re is e , S e e g e frö rn is s e ; B e g in n d e r K irs c h b lü te in
J a p a n s e it 8 1 2 u s w .)
- In s c h rifte n , M a rk ie ru n g e n (z.B . F lu ß p e g e ls tä n d e )
- K u n s t (z.B . G le ts c h e rg e m ä ld e ; H ö h le n m a le re ie n ,
in N o rd a frik a s e it c a . 3 0 0 0 v.C .)
- S a g e n (z.B . G rö n la n d -L a n d n a m -S a g a , E rik d e r R o te , 9 8 2 )
- u .v.a .
3 . P a lä o k lim a to lo g is c h
(in d ire k te , z.T . te c h n is c h a u fw e n d ig e R e k o n s tru k tio n e n )
- B a u m w a c h s tu m („J a h rrin g e “, m a xim a l s e it c a . 1 0 4 a )
- In la n d e is e , Is o to p e n a n a lys e n (m a x. s e it 2 x 1 0 5 a )
- V e g e ta tio n s z u s a m m e n s e tz u n g (P o lle n a n a lys e n a u s
L a n d b o h ru n g e n , m a x. s e it 1 0 4 - 1 0 5 a )
- O z e a n s e d im e n te , Is o to p e n a n . (m a x. s e it 1 0 5 b is 1 0 7 a )
- G e o m o rp h o lo g is c h -s e d im e n to lo g is c h e P h ä n o m e n e
(m a x s e it 3 ,8 x 1 0 9 a )
- u .v.a .
*) S o c ie ta s M e te o ro lo g ic a P a la tin a (M a n n h e im )
Klimawandel
in verschiedenen
Zeitskalen:
bodennahe
Lufttemperatur,
Mittelung über die
Nordhemisphäre
Viele Quellen, hier nach
Schönwiese, 2003
Nordhemisphäre – Temperatur, Alternativen
Rekonstruktionen
Modellsimulationen
Modellsimulationen
Mann und Jones, 2003
Storch et al., 2004
Ein Blick in die Stratosphäre
Global gemittelte Temperatur der Stratosphäre (16 - 24 km)
Anomalien 1960-2002
(relativ zu
1958-1977)
Globaltemperatur
Stratosphäre
(16
- 24 km),
Anomalien
1960
- 2002 (relativ
zu 1958 - 1977)
und einige
explosive
Vulkanausbrüche
und einige explosive Vulkanausbrüche
1
Temperaturanomalien in °C
K
Agung(1963+1)
Fernandia (1968+2)
0,5
Trend: - 1.89 °C
Trend:
- 1,9 °C
St. Augustine (1976)
El Chichón (1982)
0
Pinatubo (1991+1)
-0,5
-1
-1,5
-2
1960
1965
1970
1975
1980
1985
Zeit in Jahren
Datenquelle: Angell, 2004
1990
1995
2000
Schönwiese und Rapp, 1997
Schönwiese und Rapp, 1997
Schönwiese und Rapp, 1997
Schönwiese und Rapp, 1997
Deutschland-Temperatur, Jahresanomalien 1761-2004
Temperaturanomalien in °C
K
2
1,5
1
2000
1994
1989/90
(Referenzperiode 1961-1990)
1779
1822
1834
1934
1868
0,5
0
-0,5
-1
1962/63
-1,5
1940
1996
1956
-2
-2,5
1799
1805
1829
-3
1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Zeit in Jahren
Rapp, 2000; erg. nach DWD, 2001-2005; Bearb. Schönwiese, 2005
Deutschland-Temperatur, Winteranomalien 1761-2003
Deutschland-Temperatur, Winteranomalien 1761-2003
Temperaturanomalienin°C °C
°C
4
1975
1834
1796
1869
1764
2
0
-2
-4
1929
1947
1940
-6
1963
1830
-8
1760
1780
3,5
3,0
T
em
p
eratu
ran
o
m
alienin°C K
1990 1998
1995
1800
1820
Korrelation: 0,224 (5%)
1840
1860
1880
1900
1920
1960
1980
2000
ZeitSommeranomalien
in Jahren
Deutschland-Temperatur,
1761-2003
Deutschland-Temperatur, Sommeranomalien 1761-2003
Polynomialer Trend
2
1826 1834
1781
1783
1947
1992/94
1983
1859
1846
1807
2003
2
Trendgleichung: y = 0,00004x - 0,0017x - 1,1294; R = 0,088
2,5
2,0
1940
2002
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0
-2,5
1760
1780
1800
1820
1840
1860
1880
1900
Zeit in Jahren
1920
1940
1960
2
1980
2000
y = 0,00005x - 0,0102x + 0,2233
Variationen
desdes
Flächenniederschlags
in Deutschland
Deutschland
Variationen
Flächenniederschlags
N
iederschlagssum
m
eninm
m'
mm
350
300
Winter
Winter
1948
1994/95
2000
1916
250
200
150
100
1996
1933/34
1964
50
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
Zeit in Jahren
1972
1970
1980
1990
2000
Korrelation: 0,232 (5,4 %)
Variationen des Flächenniederschlags Deutschland
Niederschlagssum
m
eninm
m'
400
350
Sommer
Sommer
1954
1927
1956
1931
2002
300
250
200
150
1904
100
1900
1976
1911
1910
1920
1930
1940
1950
1960
Zeit in Jahren
1970
2003
1983
1980
1990
2000
Vergleich Sommer-Temperatur/Niederschlag
Tem
peraturanom
alienin°C C
Temperatur Deutschland, Sommer, Flächenmittel 1900-2003 (Anom.)
4
2003
°C
3
1947
2
1911
1983
1950
1917
1905
1992 1994
1976
1959
1964
1
1921
0
16,2
-1
-2
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Zeit in Jahren
Korrelation: - 0,464 (21,5 %)
Niederschlag Deutschland, Sommer, Flächenmittel 1901-2003
400
mm
350
1927
1954
1931
1956
1910
1966
1980
1987
2002
300
250
200
1921
150
1904
1964
1949
1947
1976
2003
1983
1911
100
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
Zeit in Jahren
1970
1980
1990
2000
DWD, Schönwiese et al., 2003
Beobachtete Niederschlagtrends in Deutschland
Jahr 1971 - 2000
Jahr 1901 - 2000
Beobachtete Niederschlagtrends in Deutschland
Winter 1971 - 2000
Sommer 1971 - 2000
Beobachtete Niederschlagtrends in Deutschland
Frühling 1971 - 2000
Herbst 1971 - 2000
Jahreshöchstabflüsse in m3/s (Pegelmessungen)
6000
6000
Dresden/Elbe
4000
4000
2000
2000
0
0
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Jahr
10000
10000
Köln/Rhein
8000
8000
6000
6000
4000
4000
2000
2000
0
0
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Jahr
Menzel (PIK), 2005
Hochwasser-Analyse für das Elbe- und Odergebiet
Zusammenschau
(Mudelsee et al. (2003) Nature 425: 166–169.)
Mudelsee et al., Nature 425, 166-169 (2003)
Zeitliche Entwicklung der Wahrscheinlichkeit für
das Eintreten extremer monatlicher Niederschläge
Überschreitung des Perzentils 95 %
120 mm
130 mm
p=0,09 ⇒ 11 J.
p=0,15 ⇒ 7 J.
p=0,07 ⇒ 14 J.
Trömel 2004
Meeresspiegelanstieg: Übersicht der Ursachen
Faktor (1910-1990)
Beitrag
Thermische Expansion des Ozeans
5 ± 2 cm
(Mischungsschicht im oberen Bereich)
Gebirgsgletscher (Rückschmelzen)
Grönland-Eisschild (Rückschmelzen?)
Antarktis-Eisschild (Zuwachs?)
Permafrost-Boden (Auftauen?)
Sedimenteintrag in den Ozean
Summe
Beobachtung (20. Jahrhundert)
3 ± 1 cm
0,5 ± 0,5 cm
- 1 ± 1 cm
0,25 ± 0,25 cm
0,25 ± 0,25 cm
8 ± 5 cm
15 ± 5 cm
Quelle: IPCC, Houghton et al., 2001
Klimafaktor Sonnenaktivität
Aufnahme im
UV-Bereich
© NASA/ESA, SOHO-Mission, UV-Bild 14.9.1999
Sonnenflecken,
Aufnahme im
sichtbaren Bereich
Klimafaktor Sonnenaktivität
Aufnahme im
UV-Bereich
NASA/ESA: SOHO-Mission, UV-Bild 14.9.1999
200
180
Sonnenflecken-Relativzahlen 1761-2003
1980
(Quelle: SIDC, Brüssel)
SRZ (Indexwerte)
160
140
120
Flecken als
Indikatoren
der Sonnenaktivität
100
80
60
Wie groß
ist der
Strahlungseffekt?
Satellitenmessungen der Sonneneinstrahlung
40
20
0
1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
0,1%
Zeit in Jahren
Parallel zu den Sonnenflecken schwankt die
Sonneneinstrahlung
(„Solarkonstante“) im
Promillebereich
(Quelle: Weltstrahlungszentrum, Davos)
Jahr
Jahr
Klimafaktor Vulkanismus
St. Helens, 22.7.1980
(USGS, J.W. Vallance, spacecraft
image; Solar Views, Earth, p. 7)
Globalübersicht der anthropogenen CO2 (C) - Bilanz nach IPCC
(1996, 2001; erg.); alle Zahlenangaben in Milliarden Tonnen pro Jahr.
Mittel 1980 - 1989
Mittel 1990 - 1999
Anthropogene Quellen
20 ± 1 (5.4 ± 0.3)
6 ± 4 (1.7 ±1.1)
2 ± ? (0.5 ± ?)
28 ± 5 (7.6 ± 1.4)
23 ± 1.5 (6.3 ± 0.4)
?
7 ± 2 (1.9 ± 0.6)
2 ± 2 (0.5 ± 0.5)
9 ± 4 (4 ± 3)
6 ±2 (1.7 ± 0.5)
?
[10? (3?)]
12 ± 0.4 (3.3 ± 0.1)
12 ± 0.4 (3.2 ± 0.1)
Verbleibende unbekannte (terr.) Senke
∼ 7 (∼ 2)
[8? (2?)]
Verwitterung **)
1.5 (0.4)
1.5 (0.4)
Fossile Energie
Landnutzungseffekte, Waldrodungen
Nutzholzverbrennung
Zwischensumme
[30? (8?)]
Resultierende Senken
Ozean
Aufforstungen, CO2-/N- Düngeeffekt u.a.*
Zwischensumme
Atmosphärische Speicherung
*) Ergänzt H. Kohlmaier (pers. Mitt.), nach IPCC „Atmosphäre-Land-Fluß“
**) Ergänzt nach M. Heimann (2000)
Das Klima des 21. Jahrhunderts (IPCC-Projektionen)
IPCC, 2001
Vergleich Rekonstruktion und Projektion
des Temperaturwandels (bodennah)
CLIVAR, 2004, nach IPCC, 2001
Die globale Zirkulation des Ozeans (oberflächennah)
Scharnov et al., 1990, ergänzt nach Arntz u. Fahrbach, 1991 ( hier nach Schönwiese, 2003)
Einfaches Schema des Atlantik-Strömungsregimes
Absinkgebiet
warm, oberflächennah
kalte Tiefenströmung
Zirkulationszustände
des Atlant. Ozeans
Abkühlung durch
„Heinrich-Ereignis“
Kaltzeit-Normalmodus
(z.B. Würm- „Eiszeit“)
Erwärmung durch
„Dansgaard-Oeschger-Ereignis“
(entspricht heutigem Zustand)
Ganopolski und Rahmstorf, 2001
Beispiele für Klimamodellsimulationen
Erwärmung durch
den anthropogenen
Treibhauseffekt,
Szenario A2
(IPCC, 2001)
Abkühlung durch
ein Abreißen der
thermohalinen
Zirkulation im
Bereich des
Nordatlantiks
(Rahmstorf, 2002)