Lokal messen… - MeteoSchweiz

Global Climate Observing System – GCOS Schweiz
Lokal messen…
Schweizerische Eidgenossenschaft
Confédération suisse
Confederazione Svizzera
Confederaziun svizra
Eidgenössisches Departement des Innern EDI
Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz
Unser Verständnis des Klimasystems und seiner
Veränderungen hat sich in den vergangenen Jahrzehnten stark verbessert. Dazu beigetragen haben
viele, qualitativ hochwertige Klimamessungen rund
um die Welt. Die Schweiz verfügt über eine besonders lange Tradition in der Klimabeobachtung.
Als wichtiger Partner in den internationalen Programmen stellt sie sich der Herausforderung, die
…global verstehen
systematische Klimabeobachtung auch für zukünftige Generationen vorauszuplanen und langfristig
zu erhalten.
Bundespräsident Pascal Couchepin
Eidgenössisches Departement des Innern
Globale Klimabeobachtung im Überblick
Das Globale Klima-Beobachtungssystem GCOS (Global Climate Observing
System) wurde 1992 gegründet. Zu den
Hauptaufgaben zählt die systematische Klimabeobachtung gemäss den
Anforderungen aus der UNO Klimakonvention und dem Kyoto-Protokoll.
Allen potentiellen Nutzern aus Wissenschaft, Politik und Wirtschaft sollen
mit GCOS die nötigen klimarelevanten Informationen zur Verfügung
gestellt werden – eine grosse Herausforderung. Das Programm wird international durch die Weltorganisation
für Meteorologie WMO, das UNO
Umweltprogramm UNEP, die Ozeankommission der UNESCO und den
Internationalen Wissenschaftsrat getragen. Das Sekretariat ist bei der
WMO in Genf angesiedelt. GCOS
umfasst Messungen von rund 40 sogenannten essentiellen Klimavariablen in
der Luft, den Ozeanen und auf dem
Land. Auf kontinentaler und nationaler Ebene werden die globalen Messnetze entsprechend den Benutzeranforderungen weiter verdichtet. Damit
kann der Umgang mit der Klimaänderung auf allen Ebenen optimal unterstützt werden.
«Die Vision von GCOS ist eine einheitliche Klimabeobachtung
weltweit, in der alle Messsysteme aufeinander
abgestimmt sind und optimalen Nutzen bringen.»
Daniel K. Keuerleber-Burk
Direktor MeteoSchweiz
Umsetzung in der Schweiz
Auf nationaler Ebene koordiniert das
Swiss GCOS Office beim Bundesamt
für Meteorologie und Klimatologie
MeteoSchweiz die Klimabeobachtung. Die Geschäftsstelle wurde 2003
im Anschluss an die Ratifizierung des
Kyoto-Protokolls durch die Eidgenössischen Räte geschaffen. Dabei besteht die Hauptaufgabe des Swiss
GCOS Office in der Koordination aller
klimarelevanten Messungen, welche
von Bundesämtern, Forschungsanstalten und Hochschulen durchgeführt werden. Zudem gewährleistet es
den Austausch mit den entsprechen-
den internationalen Stellen. Der jährliche GCOS Rundtisch dient dem Informationsaustausch und der Planung
einer kohärenten nationalen Klimabeobachtung. 2007 erstellte das Swiss
GCOS Office in Zusammenarbeit mit
allen Partnerinstitutionen erstmals
ein Inventar der wertvollsten langen
Klima-Messreihen und internationalen Datenzentren in der Schweiz. Auf
der Basis dieses Inventars beschloss
der Bundesrat im Juni 2008 die langfristige Weiterführung der gefährdeten Messreihen und internationalen
Datenzentren.
«Der Erfolg von GCOS beginnt im Kleinen, bei
einer funktionierenden Koordination auf
nationaler Ebene in möglichst vielen Ländern.»
Gabriela Seiz
Swiss GCOS Office, MeteoSchweiz
Die Atmosphäre in Bodennähe
Die wichtigsten Klimavariablen der
untersten Schicht der Atmosphäre
sind Temperatur, Niederschlag, Luftdruck, Sonnenscheindauer und Strahlung. In der Schweiz werden die meisten dieser bodennahen Messungen
seit Mitte des 19. Jahrhunderts systematisch in allen Landesteilen erhoben.
Viele Stationen sind bis heute in Betrieb und bilden als nationales klimatologisches Referenznetz mit total 28
Stationen die Grundlage zur Untersuchung der Klimaänderung in der
Schweiz. Begleitend werden noch
nicht digital vorhandene Daten manuell rückerfasst und die langen Datenreihen auf Störungen wie Stationsverschiebungen oder Instrumentenwechsel untersucht und angepasst.
International gehören die Stationen
Säntis und Grand St. Bernard dem
weltumspannenden und zusammen
mit fünf weiteren Stationen dem
europaweiten klimatologischen Referenznetz an. In Payerne, LocarnoMonti, Davos und auf dem Jungfraujoch werden zudem Spezialmessungen zur Strahlung durchgeführt.
«Wir müssen die Qualität der heutigen Beobachtungssysteme
auch in Zukunft beibehalten – und gleichzeitig die
Messungen der Vergangenheit sichern und besser nutzen.»
Stefan Brönnimann
ETH Zürich
In der freien Atmosphäre
Vertikalprofile erlauben es, Klimasignale der wichtigsten klimatologischen Messgrössen in verschiedenen
Höhen der Atmosphäre zu untersuchen. Seit über 50 Jahren werden in
Payerne mehrmals täglich Ballonsonden gestartet, die bis in 30 km Höhe
Angaben zu Temperatur, Luftdruck,
Wind und für die untersten 10 km
auch zu Wasserdampf liefern. Diese
Sondierungsdaten werden durch Messungen von bodengestützten Fernerkundungs-Instrumenten bis in die
Stratosphäre ergänzt. Der Wasser-
dampf als wichtigstes natürliches
Treibhausgas spielt eine wesentliche
Rolle im globalen Wasserkreislauf,
in der Chemie der Stratosphäre und
im Strahlungshaushalt. Nach wie vor
eine der grössten Unsicherheiten in
den Klimamodellen ist die Interaktion
von Strahlung und Wolken. Deshalb
hat die Bestimmung der räumlichen
Verteilung der Wolken hohe Priorität.
Diese wird durch über 50 Beobachter
vom Boden aus mehrmals täglich
durchgeführt, wie auch mit Satelliten
seit den 1950er Jahren aufgezeichnet.
«Die klimarelevanten Messgrössen Wasserdampf
und Ozon müssen auch in der Stratosphäre
kontinuierlich erfasst und überwacht werden.»
Niklaus Kämpfer
Universität Bern
Zusammensetzung der Atmosphäre
Die Atmosphäre enthält neben ihren
Hauptbestandteilen auch Stoffe niedriger Konzentration. Diese Stoffe – Ozon,
Kohlendioxid und andere Treibhausgase, reaktive Spurengase, Aerosole
und Pollen – beeinflussen den Strahlungshaushalt wesentlich. Der Gesamtozongehalt der Atmosphäre wird in
Arosa seit 1926 vom Boden aus gemessen und seit 1968 durch Ozonsondierungen in Payerne ergänzt. Hochempfindliche Messgeräte bestimmen
die Konzentration von Kohlendioxid
und anderen Treibhausgasen wie
Methan, Lachgas und halogenierten
Verbindungen, so zum Beispiel an der
hochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch. Dieser Messstandort ist eine
von weltweit 25 Stationen des Global
Atmosphere Watch (GAW) Programms
zur Überwachung der Atmosphäre
und dient der Umsetzung internationaler Abkommen. Seit über 10 Jahren
werden dort auch die direkten und
indirekten Effekte weiterer klimawirksamer Spurengase und die noch
wenig bekannten Einflüsse von Aerosolen auf die Atmosphäre untersucht.
«Wir brauchen vergleichbare lange Messreihen der
wichtigsten Luftfremdstoffe, als Basis für
internationale Abkommen und Reduktionsszenarien.»
Brigitte Buchmann
Empa
Im Kreislauf des Wassers
Veränderungen des Klimas wirken sich
in verschiedener Art und Weise auf
den Wasserkreislauf aus. Sie beeinflussen hydrologische Grössen wie
Abfluss, Grundwasserstand, Wassertemperatur und Dauer der Seeeisbedeckung. Solche Veränderungen
haben neben Auswirkungen auf die
natürliche Umwelt auch Folgen für
die Landwirtschaft, Energieproduktion
und Trinkwasserverfügbarkeit. Der
Abfluss bedeutender Fliessgewässer
in der Schweiz wird seit Beginn des
20. Jahrhunderts registriert. Historische Aufzeichnungen der Gefrier- und
Auftaudaten von Schweizer Seen liefern wertvolle Rückschlüsse auf das
vergangene regionale Klima. So gehört die seit 1832 ununterbrochene
Beobachtung der Eisbedeckung des
St. Moritzer Sees zu den längsten
Mitteleuropas. Lange Messreihen der
Isotope von Sauerstoff und Wasserstoff hinterlassen zudem als Markierungsstoffe einen «Fingerabdruck»
des damaligen Klimas in den verschiedenen Komponenten des Wasserkreislaufs. Man setzt sie daher sowohl in der Forschung als auch in der
Grundwasserbewirtschaftung ein.
«Wir messen unsere Wasserressourcen seit über 100 Jahren.
Durch diese langen Messreihen können wir natürliche
und anthropogene Veränderungen nachweisen.»
Bruno Schädler
BAFU
Schnee, Eis und Permafrost
Gletscher sind sensible Indikatoren der
Klimaentwicklung. Die überwiegend
negative Massenbilanz der Gletscher
in den vergangenen 25 Jahren zählt zu
den deutlichsten Anzeichen, dass sich
die globale Temperatur in letzter Zeit
erhöht hat. Ebenfalls sehr empfindlich
reagiert Permafrost auf Temperaturänderungen. Ein Auftauen des gefrorenen Untergrunds im Hochgebirge
führt zu Instabilitäten, die ihrerseits
Folgen für Bergbahnen, Wanderwege,
Strassen und Bergdörfer haben kön-
nen. Die Schneebedeckung spielt nicht
nur als Klima- und Umweltfaktor, der
auch Gletscher und Permafrost entscheidend beeinflusst, eine wichtige
Rolle. Sie ist zugleich eine entscheidende Grösse für verschiedene Wirtschaftssektoren. In der Schweiz werden
seit Ende des 19. Jahrhunderts kontinuierlich Schneemessungen durchgeführt. Daraus resultierende lange
Messreihen erlauben Aussagen zu den
Auswirkungen der Klimaänderung auf
den Alpenraum.
«Mit der Sicherung langfristiger Messungen schaffen wir die Basis,
um die Veränderungen des Permafrosts zu verstehen und
geeignete Massnahmen für die alpine Infrastruktur zu treffen.»
Jeannette Nötzli
Universität Zürich
Wald und Pflanzen reagieren
Das Klima beeinflusst Wachstums- und
Entwicklungserscheinungen der Vegetation. So wirkt sich eine Änderung des
Klimas auf die Wälder, die Länge der
Vegetationsperiode von Bäumen und
Pflanzen und deren Verbreitungsgrenzen aus. Ausbleibende Niederschläge
und Feuchtedefizite können die Waldbrandgefahr erhöhen, die Vitalität der
Wälder beeinflussen und dadurch die
Waldfunktionen beeinträchtigen. Mit
umfassenden Langzeitbeobachtungen
auf Waldflächen werden Einflussfaktoren wie Nährstoffeinträge oder Wasser-
verfügbarkeit auf das Waldökosystem
untersucht. Die über 100-jährigen
Statistiken von Waldbränden in der
Schweiz sind ein unverzichtbares Planungs- und Entscheidungsinstrument
für Behörden. Kenntnisse über die Verbreitung und den Zustand des Waldes dienen auch der Bestimmung des
Schweizer Treibhausgasinventars. Die
Auswirkungen des Klimawandels zeigen sich zudem im Eintrittstermin der
Blattentfaltung einzelner Bäume und
Pflanzen, der seit dem 19. Jahrhundert
in der Schweiz beobachtet wird.
«Unsere Langzeitforschung in Ökosystemen trägt wesentlich
dazu bei, den nachhaltigen Umgang mit den natürlichen
Ressourcen wissenschaftlich zu untermauern.»
Norbert Kräuchi
WSL
Austausch von Daten weltweit
Internationale Datenzentren sammeln, kontrollieren und archivieren
die weltweit erhobenen Daten der
verschiedenen essentiellen Klimavariablen und stellen diese der Wissenschaft und der Allgemeinheit zur
Verfügung. Damit übernehmen sie
eine wichtige Funktion in der Bereitstellung von qualitativ hochwertigen
Daten zur Beantwortung von Klimafragen. Die Schweiz betreibt den World
Glacier Monitoring Service (WGMS),
das Internationale Datenzentrum für
Gletscher. Dieses weltumspannende
Monitoring von Gletschern ist sowohl
für die Überwachung des Klimasystems als auch für den regionalen Wasserhaushalt von grosser Bedeutung.
Der WGMS verwaltet heute detaillierte Daten von rund 1700 Gletschern
weltweit. Zu den internationalen Datenzentren zählt im weiteren Sinn
auch die paläohistorische Datenbank
Euro-Climhist. In der Datenbank sind
frühinstrumentelle Messungen, Witterungsberichte und Daten zu Naturkatastrophen in der Schweiz und in
Europa bis zurück ins Mittelalter zusammengestellt, welche der Analyse
der Klimageschichte dienen.
«Seit über einem Jahrhundert
koordiniert die Schweiz die internationale
Gletscherbeobachtung – eine Pionierleistung.»
Wilfried Haeberli
Universität Zürich
Qualität und weltweite Standards
Alle Messungen müssen weltweit
standardisiert durchgeführt werden
und höchste Qualitätsanforderungen
erfüllen, um den Zustand und die
Variabilität des Klimasystems bestimmen zu können. Grundlage dazu bilden die 10 GCOS-Prinzipien zur Klimaüberwachung, welche 1999 international verabschiedet wurden. Ebenso wichtig sind die internationalen
Kalibrationszentren, die mit ihren
Referenzgeräten und regelmässigen
Instrument-Kalibrierungen entscheidend zur Qualität in den globalen
Beobachtungsprogrammen beitragen.
Die Schweiz betreibt im internationalen Auftrag das Weltstrahlungszentrum (PMOD/WRC) zur Kalibration von Strahlungsmessgeräten in
Davos, das Weltkalibrationszentrum
für bodennahes Ozon, Kohlenmonoxid und Methan (WCC-Empa) und das
GAW Quality Assurance/Scientific
Activity Centre (QA/SAC Switzerland)
– ebenfalls mit Fokus auf bodennahes Ozon, Kohlenmonoxid und Methan
– an der Empa. 2003 erarbeitete GCOS
für die weltweite Standardisierung der
Satellitendaten 10 weitere Prinzipien
für Messungen aus dem Weltraum.
«Es ist erfreulich, dass weltweit immer
mehr Strahlungsmessungen auf die
Referenzen in Davos Bezug nehmen.»
Werner Schmutz
PMOD/WRC
Klima kennt keine Grenzen
Ein umfassendes globales KlimaBeobachtungssystem ist auf eine gute
räumliche Verteilung der klimarelevanten Messungen angewiesen. In Entwicklungsländern ist die Weiterführung
von Messreihen jedoch durch die teilweise limitierten technischen und finanziellen Ressourcen oft gefährdet. Zudem
gelten die Auswirkungen der Klimaänderung besonders in diesen Regionen als eine der Hauptbedrohungen für
deren sozioökonomische Entwicklung,
Stabilität und Sicherheit. Um dem entgegenzuwirken, wurde 2002 ein multilateraler Finanzierungsmechanismus,
der GCOS Cooperation Mechanism,
gestartet. Der Mechanismus soll die
Klimabeobachtung insbesondere in
Entwicklungs- und Schwellenländern
verbessern. Dabei wird eine verstärkte Zusammenarbeit zwischen den
nationalen GCOS Büros und den für
Entwicklungshilfe zuständigen Stellen
angestrebt. Die Schweiz unterstützt
seit einigen Jahren regelmässige Ozonsondierungen in Nairobi sowie weitere wichtige klimarelevante Messungen
(Kohlenmonoxid, bodennahes Ozon)
am Mount Kenya, in Indonesien und
in Algerien.
«Wir unterstützen Massnahmen zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels
sowie zur Verminderung des Ausstosses von Treibhausgasen, im Rahmen unseres
Kernauftrags zur Armutsreduktion, nachhaltigen Entwicklung und humanitären Hilfe.»
Jean-Bernard Dubois
DEZA
Im Dienste von Wissenschaft und Gesell schaft
Der Umgang mit dem Klimawandel
stellt weltweit und für die Schweiz
eine grosse Herausforderung dar. Nur
mit Hilfe langer Klimamessreihen kann
der momentane Zustand des Klimasystems zeitlich eingeordnet und die
Genauigkeit von modellbasierten Vorhersagen der Klimaänderung abgeschätzt werden. Internationale Expertengruppen stützen sich bei ihren
Aussagen zum Klima auf langjährige,
qualitativ hochwertige Messdaten.
Zu diesen Nutzern gehört auch der
2007 mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnete Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC).
Die Aktivitäten von GCOS Schweiz
leisten insgesamt einen zentralen Beitrag zur nationalen und internationalen Klimaforschung wie auch zur Planung und Umsetzung klimapolitischer
Massnahmen. Sie bilden so die Grundlage zur Erstellung regionaler Klimaszenarien sowie zur frühzeitigen Erarbeitung von Anpassungsstrategien
zum Nutzen der Bevölkerung.
«Klima- und Umweltveränderungen beeinflussen die Ressourcen
von morgen. Eine systematische, umfassende und langfristige
Beobachtung dieser Veränderungen ist somit unerlässlich.»
Thomas Stocker
Universität Bern
Eine spannende Zukunft
Die Fortschritte im Aufbau von GCOS
seit 1992 sind vielversprechend. Die
Zustandsberichte der internationalen
Klimaforscher haben wesentlich davon profitiert. Trotzdem gibt es nach
wie vor Lücken in den Messnetzen,
und die Weiterführung von Beobachtungen ist teilweise gefährdet. Neue
Technologien am Boden und auf
Satelliten werden dazu beitragen,
die bestehenden Messsysteme zu
ergänzen und Lücken in den Messungen zu schliessen. Für Europa und
die Schweiz nehmen dabei die An-
strengungen der Europäischen Weltraum Agentur (ESA) und der Europäischen Organisation für die Nutzung
von meteorologischen Satelliten
(EUMETSAT) einen wichtigen Platz
ein. Mit den Meteosat-Satelliten steht
zum Beispiel bereits ein über 30-jähriger Datensatz zur Verfügung. Eine
zentrale Herausforderung für die
Zukunft wird darin liegen, sowohl
die wichtigsten historischen Messreihen weiterzuführen als auch vorausblickend neue Messreihen für zukünftige Generationen zu beginnen.
«Neue Satellitentechnologie und bewährte
Beobachtungssysteme: vereint bilden sie das
Global Climate Observing System der Zukunft.»
John Zillman
Chairman GCOS Steering Committee
Institutionen
Bundesamt für Landwirtschaft (BLW)
Herausgeber
Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie (MeteoSchweiz)
Swiss GCOS Office
Gabriela Seiz, Nando Foppa, Julia Walterspiel, Andreas Asch
Bundesamt für Statistik (BFS)
Bundesamt für Umwelt (BAFU)
Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit (DEZA)
Eidg. Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag)
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL)
Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa)
Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz
Krähbühlstrasse 58
8044 Zürich
[email protected]
www.gcos.ch
Geographisches Institut, Universität Zürich
Lektorat
Historisches Institut, Universität Bern
Brigitta Klingler
Institut für angewandte Physik (IAP), Universität Bern
Institut für Atmosphäre und Klima (IAC), ETH Zürich
Meteodat GmbH
Gestaltung und Realisation
BBG Werbung AG, Thalwil
Beratendes Organ für Fragen der Klimaänderung (OcCC)
Druck
Paul Scherrer Institut (PSI)
Schellenberg Druck AG, Pfäffikon ZH
Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD/WRC)
Physikalisches Institut, Universität Bern
ProClim
Staatssekretariat für Bildung und Forschung (SBF)
Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich
Bildnachweis
Seite 2/3: bbg Archiv • S. 4/5: Courtesy of EUMETSAT, Archive FU Berlin • S. 6/7: bbg Archiv • S. 8/9: A. Herzog, www.pixelio.de, ID: 120’390, A. Kunz •
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S. 16/17: A. Asch, B. Kaeslin, N. Foppa • S. 18/19: N. Foppa, S. Scherrer • S. 20/21: NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS and U.S./ Japan ASTER Science Team •
S. 22/23: PMOD/WRC • S. 24/25: J. Klausen, C. Zellweger (Empa) • S. 26/27: UN Photo by Mark Garten, Parlamentsdienste 2007, Berufsfeuerwehr Bern •
S. 28/29: N. Foppa • S. 30/31: bbg Archiv
© MeteoSchweiz, Oktober 2008
www.gcos.ch