Was wissen wir über Klimaänderungen? - DMG
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DMG-Fortbildung, 11. November 2011, DLR Oberpfaffenhofen Was wissen wir über Klimaänderungen? Katja Matthes (1, 2) (1) Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam 11.11.2011 (2) Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie, Berlin Sonnenaufgang Gunung Agung, 3142 m, Bali 2002 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Was wissen wir über Klimaänderungen? Katja Matthes und Robert Sausen Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam FU Berlin, Institut für Meteorologie DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen Fortbildungstag 2011 des Zweigvereins München der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft Oberpfaffenhofen, 11. November 2011 Wie ändert sich das Klima? Hat sich unser Klima verändert ? Welchen Einfluss hat der Mensch ? 11.11.2011 Wie wird sich das Klima in Zukunft entwickeln ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Was ist „Klima“? Klima ist die statistische Gesamtheit der mittleren atmosphärischen Zustände und Prozesse in einem bestimmten Gebiet über einen längeren Zeitraum (30 Jahre). Meistens betrachtete Größen: Temperatur, Niederschlag und Wind am Erdboden Klimakarte der Erde 11.11.2011 Kottek et al. (2006), Meterol. Z. DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Beispiel: Gletscher-Schwund in den Alpen Aufnahme der Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m) 2000 Gesellschaft für ökologische Forschung, Wolfgang Zängl, http://www.gletscherarchiv.de DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 um 1900 Beobachtete Änderungen von Temperatur, Höhe des Meeresspiegels und der nordhemisphärischen Schneebedeckung. Die wärmsten 12 Jahre der instrumentellen Periode: 11.11.2011 1998, 2005, 2003, 2002, 2004, 2006, 2001, 1997, 1995, 1999, 1990, 2000 IPCC, 2007, SPM DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Die Erde erwärmt sich Temperatur-Trend [°C/Dekade] IPCC WGI, Quin et al. (2011) DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 7 Datenquelle: GISS Surface Temperature Analysis http://data.giss.nasa.gov/gistemp/ DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Wie war die Temperaturänderung [°C] in den letzten Jahren? Wie war die Temperaturänderung [°C] in den letzten Jahren? Juli 2011 Juli 2009 Juli 2008 11.11.2011 Juli 2010 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Wie war die Temperaturänderung [°C] in den letzten Jahren? 2010 2009 - 2010 2001 - 2010 11.11.2011 Juli 2010 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Datenquelle: GISS Surface Temperature Analysis http://data.giss.nasa.gov/gistemp/ DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Wie war die Temperaturänderung [°C] in den letzten Jahren? Rekonstruktionen der nordhemisphärischen Temperatur während der letzten 1300 Jahre ? ? IPCC, 2007 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 ? Wie ändert sich das Klima? Hat sich unser Klima verändert ? Welchen Einfluss hat der Mensch ? 11.11.2011 Wie wird sich das Klima in Zukunft entwickeln ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Was bestimmt unser Klima? Einstrahlung der Sonne Konzentrationen von Treibhausgasen (natürliche und anthropogene) und anderer strahlungsaktiver Substanzen Orographie, Land-See-Verteilung, Bodeneigenschaften ... 11.11.2011 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Strahlungsgleichgewicht der Erde: Ohne Atmosphäre S0 1 A 4 Gleichgewicht = Einstrahlung Gleichgewicht von einfallender und ausgehender Strahlung TB4 S0 = Solarkonstante (1368 W/m2) Wärmestrahlung A = Albedo (0.3) = Emissivität des Bodens (0.95) = Boltzmann-Konstante TS = Boden-Temperatur Erde S0 1 A TS 15C 4 11.11.2011 1 4 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Strahlungsgleichgewicht der Erde: Mit Atmosphäre 1 A ST Gleichgewicht von einfallender und ausgehender Strahlung AT 4 A S0 = Solarkonstante (1368 W/m2) A = Albedo (0.3) B = Emissivität des Bodens (0.95) Atmosphäre A = Emiss. der Atmosphäre (0.7) STS4 AT 4 A = Boltzmann-Konstante TS = Boden-Temperatur TA = Atmosphären-Temperatur Erde 1 4 1 4 S0 1 A S0 1 A 15C; TA 34C TS 4 2 A 2 S 2 A DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 S0 1 A 4 4 S IPCC, 2007 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Änderungen der CO2-Konzentration 11.11.2011 Ergebnisse aus antarktischen Eisborkernen: Lachgas (N2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Deuterium (D) DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung IPCC, 2007 Strahlungsantrieb (radiative forcing, RF) IPCC, 2007 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Tsurf = · RF Untersuchung des Klimas mit Hilfe von Modellen Was ist ein Klimamodell ? Abbildung des Klimasystems auf ein System gekoppelter Differentialgleichungen, die numerisch gelöst werden Wie gut sind Klimamodelle ? 11.11.2011 Wie können sie uns etwas über die zukünftige Entwicklung des Klimas sagen ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Untersuchung des Klimas mit Hilfe von Modellen Was ist ein Klimamodell ? Abbildung des Klimasystems auf ein System gekoppelter Differentialgleichungen, die numerisch gelöst werden Wie gut sind Klimamodelle ? 11.11.2011 Wie können sie uns etwas über die zukünftige Entwicklung des Klimas sagen ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Untersuchung des Klimas mit Hilfe von Modellen Was ist ein Klimamodell ? Abbildung des Klimasystems auf ein System gekoppelter Differentialgleichungen, die numerisch gelöst werden Wie gut sind Klimamodelle ? Überprüfung anhand vieler Beobachtungsdaten 11.11.2011 Wie können sie uns etwas über die zukünftige Entwicklung des Klimas sagen ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Untersuchung des Klimas mit Hilfe von Modellen Was ist ein Klimamodell ? Abbildung des Klimasystems auf ein System gekoppelter Differentialgleichungen, die numerisch gelöst werden Wie gut sind Klimamodelle ? Überprüfung anhand vieler Beobachtungsdaten Wie können sie uns etwas über die zukünftige Entwicklung des Klimas sagen ? 11.11.2011 Simulationen für verschiedene Szenarien der anthropogenen Emissionen DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Wie ändert sich das Klima? Hat sich unser Klima verändert ? Welchen Einfluss hat der Mensch ? 11.11.2011 Wie wird sich das Klima in Zukunft entwickeln ? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Beobachtete und modellierte global gemittelte Temperatur DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung IPCC, 2007 11.11.2011 Beobachtete und modellierte global gemittelte Temperatur DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung IPCC, 2007 Verständnis und Zuordnung von Klimaänderungen Beobachtungen Modelle mit anthropogenen und natürlichen Antrieben Modelle nur mit natürlichen Antrieben (Sonne und Vulkane) Die beobachtere Erwärmung läßt sich nicht durch natürliche Ursachen erklären (mit einer kleinen Irrtunswahrscheinlichkeit). Die beobachtungen sind konsistent mit einem vom Menschen gemachten Anstieg der Treibhausgasen zurückzuführen! DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Temperaturänderung für unterschiedliche Emissionsszenarien IPCC 2007 DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung KYOTO PROTOCOL TO THE UNITED NATIONS FRAMEWORK CONVENTION ON CLIMATE CHANGE 11.11.2011 (UNFCCC) DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (1992) 11.11.2011 Artikel 2 Ziel Das Endziel dieses Übereinkommens und aller damit zusammenhängenden Rechtsinstrumente, welche die Konferenz der Vertragsparteien beschließt, ist es, in Übereinstimmung mit den einschlägigen Bestimmungen des Übereinkommens 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. DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung Temperaturanstieg als Funktion der äquivalenten CO2-Konzentration Änderungen CO2-Emissionen bis 2050: -30% bis -60% relative zu 2000 IPCC, 2007, SPM DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung 11.11.2011 Temperaturänderung (°C) Jährliche. Änderung des Bruttoinlandsprodukts: weniger als 0.12 Prozentpunkte Zusammenfassung / Schlussfolgerungen Das Klima ändert sich. Die beobachtete Klimaänderung ist zum größten Teil anthropogen. Selbst bei konstanten Treibhausgaskonzentrationen würde die global gemittelte Bodentemperatur noch um ca. 0.5°C zunehmen. Je nach Szenario und Modell erwarten wir eine Erhöhung der global gemittelte Bodentemperatur zwischen 1.1°C und 6.4°C bis zum Ende bis 2100. Die regionalen Klimaänderungen unterscheiden sich stark vom globalen Mittel. Die regionalen Änderungen, speziell Extremwerte werden die Menschheit am stärksten belasten. Eine Begrenzung der globalen Erwärmung auf 2 - 3 °C erfordert eine drastische Reduktion der Treibhausgasemissionen während der nächsten Dekaden. Ist "Climate Engineering" die Lösung, die zu einer Begrenzung der globalen 11.11.2011 Erwärmung führt? DMG Fortbildungstag 2011: Klimaänderung
