BALTEX Assessment of Climate Change for the Baltic
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RAdOst Abschußkonferenz , Rostock, 1 April 2014 BALTEX Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin BACC) Konzept und Resultate zum Klimawandel in der Ostseeregion Marcus Reckermann Internationales BALTEX Sekretariat Helmholtz-Zentrum Geesthacht Hans von Storch Anders Omstedt and the BACC and BACC II Author Teams Übersicht Die Erwärmung ist in vollem Gange und gut belegt 1. Wetter und Klima, globaler und regionaler Klimawandel 2. Die BACC Berichte 3. Bisher gemessene Änderungen 4. In Zukunft erwartete Änderungen 5. Erwartete Auswirkungen www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Unterschied Wetter und Klima Die Erwärmung ist in vollem Gange und gut belegt Wetter = Atmosphärischer Zustand hier und jetzt www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Unterschied Wetter und Klima Klima = Über lange Zeiträume beobachtetes Wetter (Statistik des Wetter), mind. 30 Jahre www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Globaler Klimawandel Eine Erwärmung ist messbar IPCC Assessment Report 4 von 2007 … + 0,75°C “Die Erwärmung des Klimasystems ist eindeutig, und Beobachtungen belegen den Anstieg der globalen Luft- und Ozeantemperaturen, ein verbreitetes Abschmelzen von Schnee und Eis, sowie einen Anstieg des globalen Meeresspiegels. “ + 20 cm Global gemittelt ist der Planet heute um etwa 0.75°C wärmer als 1860. - 2 Mio km² www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Globaler Klimawandel Natürliche oder menschgemachte Ursachen? Vergleich von Meßwerten und Modellierung der Vergangenheit mit und ohne Beteiligung menschgemachter Faktoren Messwerte Modelle Ausschließlich natürliche Faktoren Temperaturabweichung (°C) vomMittelwert Temperaturabweichung (°C) vom Mittelwert Natürliche und menschgemachte Faktoren Messwerte Modelle “… sehr wahrscheinlich (mit 90%iger Sicherheit) geht der größte Teil des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur seit der Mitte des 20. Jahrhunderts auf den gemessenen Anstieg der menschgemachten Treibhausgase in der Atmosphäre zurück” www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Regionaler Klimawandel Warum regional? Der Klimawandel manifestiert sich regional unterschiedlich Politische Entscheidungen zur Anpassung werden regional getroffen IPCC erstellt globale Sachstandsberichte Regionale Informationen zum Klimawandel werden benötigt, kommen am besten aus der Region selbst Regionale Klimaberichte werden zur Zeit überall auf der Welt erstellt www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Die Ostseeregion Der Norden … Natürliche oder menschgemachte Ursachen? Ausgedehnte Wälder Wenig Menschen Überwiegend Felsküsten Subarktisches Klima im Winter Der Süden … Landwirtschaftlich geprägt Viele Menschen Überwiegend Sandküsten Gemäßigtes Klima im Winter Deutliche geografische, jahreszeitliche und längerfristige Schwankungen im Klima www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Der Ostsee-Klimareport Ein regionaler Sachstandsbericht für die Ostseeregion (der “BACC” Report) 2008 Hat sich das Klima in der Ostseeregion bereits jetzt messbar verändert? Wie wird sich das Klima voraussichtlich in diesem Jahrhundert entwickeln? Welche Auswirkungen hat der regionale Klimawandel auf die Natur? 84 Autoren aus 14 Ländern Ca. 2000 wissenschaftliche Publikationen ausgewertet 2008 als Buch in englischer Sprache erschienen Überarbeitung ca. 2013/2014 www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Allgemeinverständliche Zusammenfassung mit Schwerpunkt auf die südlichen Küsten der Ostsee Der BACC Prozess … BACC Science Steering Committee Lead authors selects Draft chapter outlines and select Contributing authors 1st draft BALTEX Secretariat Management and Coordination Expert review 2nd draft Expert review Final draft BACC Principles: • • • • Publication • www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu author teams no external payments peer review only scientificaly ligitimate literature used (peer reviewed articles, institute and project reports) no 3rd party interests allowed consensus, if not this needs to be stated „there is no consensus rearding this issue…“ BACC I (2008) Chapter 1 Introduction and Summary Chapter 2 Past and current climate change – Observations - This is what we see already… Chapter 3 Projections of future anthropogenic climate change – Numerical model results - This is what MAY happen… Chapter 4 Climate-related change in terrestrial and freshwater ecosystems – Observed and expected impacts Chapter 5 Climate-related marine ecosystem change – Observed and expected impacts Annexes www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu BACC II (2014) 2 Chapter Structure 1. Overall assessment and summary 2. Past climate variability 2.1 Introduction and summary 2.2 Holocene (12,000 yr) (Irena Borzenkova, Rus) 2.3 Historical time frame (1,000 yr) (Tadeusz Niedźwiedź, Pl) 3. Climate change during the last 200 years 3.1 Introduction and summary 3.2 Atmosphere (Anna Rutersson, S) 3.3 Land 3.3.1. Hydrology (Jukka Käyhkö, Fi) 3.3.2. Terrestrial cryosphere (Sirpa Rasmus, Fi) 3.4 Baltic Sea 3.4.1. Marine circulation and stratification (Jüri Elken, Est) 3.4.2. Sea ice (Jari Haapala, Fi) 3.4.3. Sea level and wind waves (Birgit Hünicke, D) 4. Future climate change 4.1. Introduction and summary 4.2. Skills of methods for describing regional climate futures (Joanna Wibig, Pl) 4.3. Projections of future climate change (Ole Bossing Christensen, DK) 5. Impacts of current and future climate change 5.1. Introduction and summary 5.2. Impacts on the environment 5.2.1. Atmospheric chemistry (David Simpson, S) 5.2.2. Terrestrial ecosystems (Pekka Niemelä, Fi) 5.2.3. Freshwater biogeochemistry (C. Humborg, S) 5.2.4. Marine biogeochemistry (Bernd Schneider, D) 5.2.5. Marine ecosystems (Markku Viitasalo, Fi) 5.3. Socio-economic Impacts 5.3.1 Agriculture and forestry (Joachim Köhl, D) 5.3.2 Urban complexes (Sonja Deppisch, D) 5.3.3 Coastal erosion and coastline changes (Tomasz Labusz, Pl) 6. Attributing causes of regional climate change 6.1. Introduction and summary 6.2. Global warming (Jonas Bhend, Swi) 6.3. Aerosols (HC Christen, S) 6.4. Land cover change (Jose-Marie Gaillard, S) Annexes A1. Self Criticism and Reflection on the ‘Assessment of Climate Change for theBaltic Sea Basin 2008’ and the Communication of the Science to Regional Political Decision Makers (D. Bray, G. Martinez) A2. The concept of detection and attribution (Armineh Barkhordian, D) www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Die letzten 10.000 Jahre… www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Lufttemperatur Eindeutiger Erwärmungstrend, regional und saisonal unterschiedlich (keine Erwärmung im Winter) Übers Jahr gemittelt gemessene Erwärmung: im Norden: + 1,1 ºC; im Süden: + 0, 8 ºC (für 1871-2011) Stärkste Erwärmung im Frühjahr: im Norden: + 1,5 ºC; im Süden: + 1,0 ºC (für 1871-2011) www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Regen 2 Zu- oder Abnahme im Zeitraum 1994-2008 gegenüber 1979-1993 Große regionale und jahreszeitliche Unterschiede Große dekadische Variabilität Generell leichte Zunahme übers Jahr gemittelt seit 1900 www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Extremniederschläge über Europa im Zeitraum 1958-2000 + Häufigere Extremniederschlage O Seltenere Extremniederschläge Tendenz zu häufigeren Extremniederschlägen über Nordeuropa www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Wind 2 Stürme Sliding decadal (11-y) mean seasonal wind speed anomalies for the Baltic Sea regions for 1850-2009. Anomalies are calculated by subtracting the mean of 1958-2007. Time series are drawn from the gridded fields of HiResAFF (Schenk and Zorita 2011, 2012). Grid points are selected in the closest vicinity of Haparanda, Saint Petersburg, Helsinki, Stockholm, Kaliningrad and Copenhagen. Große Variabilität, dekadische Trends aber keine Langzeit-Trend in der Sturmhäufigkeit www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Abfluss Kein Langzeit-Trend Saisonale Unterschiede bereits zu beobachten: Frühjahrspeak fällt geringer aus, mehr über den Winter verteilt www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Eisdicke, in cm Dauer der Eisbedeckung, in Tagen Eis auf Flüssen und Seen Dauer der Eisbedeckung nimmt ab Eisdicke nimmt ab www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Permafrostböden Tiefe der saisonal auftauenden Schicht nimmt zu Active-layer thickness from 1978 to 2006 at the nine sites in sub-arctic Sweden. The active layer has become thicker over the monitoring period, especially during the last decade (from Åkerman and Johansson, 2008; figure 4 on page 285; published by Wiley). www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Bornholmsee Bottnischer Meerbusen Linear trend 1990–2008 of the annual mean sea surface temperature based on infrared satellite data (Lehmann et al, 2011). Seewassertemperaturen Die Ostsee hat sich bereits erwärmt, auch im Tiefenwasser Seit 1990 starke Erwärmung des Oberflächenwasser im Bottnischen und Finnischen Meerbusen www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Salzgehalt des Ostseewassers Salzgehalt zeigt starke Schwankungen, jedoch keinen eindeutigen Trend www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Meereisbedeckung Anzahl der milden Eiswinter hat zugenommen Winter 2007/2008 geringste je gemessene Eisbedeckung www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Meeresspiegel Regionaler Anstieg des Meeresspiegels an der Ostsee Hebung der Erdkruste unter der Ostsee wirkt dem globalen Anstieg entgegen Im Südwesten: Keine Landhebung sondern leichte Senkung (ca. 1 mm/Jahr) www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … Regionaler Anstieg des Meeresspiegels an der Ostsee Animation des Abschmelzen des kilometerdicken Eispanzers über der Ostsee, vor 19.000 Jahren bis jetzt www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Bisher gemessene Veränderungen … 2 Meeresspiegel Aktuelle Abschätzungen für die Ostsee: 1,3 mm/yr – 1,8 mm/yr, also vergleichbar mit dem globalen Anstieg (1,7 mm/yr ± 0,5) Annual sea level means averaged for 14 Swedish sea-level records, corrected for the absolute land uplift and compared to the 1886 level. Black line: gauss filter average. Red line: Stockholm sea level time-series (from Hammarklint 2009) www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … „Vorhersagen sind schwierig, besonders für die Zukunft ...“ (Karl Valentin/Mark Twain/Winston Churchill) Computermodelle simulieren Temperatur, Niederschlag und andere Variablen für die Zukunft, basierend auf physikalischen Zusammenhängen und der angenommenen zukünftigen Treibhausgas-Konzentrationen Wie werden sich die globalen Treibhausgas-Emissionen entwickeln? Verschiedene Treibhausgas-Szenarien (A1, A2, B1, B2, etc.) decken verschiedene plausible Möglichkeiten in der Zukunft ab Die verschiedenen potenziellen Konzentrationen werden in die Computermodelle eingespeist Man erhält verschiedene Projektionen für die Zukunft, von denen alle gleichermaßen plausibel sind („Spannbreite möglicher Zukünfte“) Das sind keine Vorhersagen, sondern verschiedene mögliche Versionen der Zukunft www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Globale und regionale Klimamodelle „Ensembles“ Globale Klimamodelle Regionale Klimamodelle Projected temperature change in northern Sweden. Left panel: as calculated in 23 CMIP3 AOGCMsimulations under the SRES A1B scenario (Lind and Kjellström, 2008). 30-year averages of monthly mean data have been compared between 1961-1990 and 2071-2100. Right panel: Same quantity for 13 regional models from the ENSEMBLES project. The thick black lines are averages of the individual model results. www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Lufttemperatur 2100 relativ zu heute 13 RCM simulations from the ENSEMBLES project change between 1961-1990 and 20702099 Sommer Insgesamt wärmer Im Winter und im Norden stärkste Erwärmung Winter www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Regen 2100 relativ zu heute 13 RCM simulations from the ENSEMBLES project change between 1961-1990 and 20702099 Sommer Insgesamt feuchter Im Sommer und im Süden trockener Winter www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Wind 2100 relativ zu heute 13 RCM simulations from the ENSEMBLES project change between 1961-1990 and 20702099 Sommer Modelle zeigen keinen eindeutigen Trend Winter www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … Mögliche Änderungen im Abfluss in die Ostsee Mehr Abfluss insgesamt (+15 bis +22%) frühere Spitzenwerte Niedrigerer Salzgehalt? www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … Mögliche Änderungen in der Eisbedeckung der Ostsee Heute Im Zeitfenster 2071-2100 (A2 Emissions-Szenario) Zum Ende des Jahrhunderts kann die Eisbedeckung der Ostsee rapide abnehmen (50 – 80 %) Verkürzte Eis-Saison zu erwarten Anzahl Tage mit Eisbedeckung www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Dennoch sind harte Eiswinter am Ende des Jahrhunderts möglich, wenn auch wahrscheinlich seltener Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Winter Frühling Seewassertemperaturen Sommer Herbst Anstieg der Oberflächen-Temperaturen der Ostsee bis zu 4°C (im Sommer im nördlichsten Bereich) Anstieg der Tiefenwasser-Temperaturen bis zu 2°C Jahresmittel Salzgehalt: Abnahme 8-50 %, besonders im Süden Seasonal (DJF, MAM, JJA, SON) and annual mean ensemble average sea surface temperature changes (in °C) between 2069-2098 and 1978-2007 (upper left to lower panel; see Meier et al. 2012a). www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Voraussichtliche zukünftige Veränderungen … 2 Mögliche Änderungen im Meeresspiegel der Ostsee Anstieg global je nach Szenario 0,26 - 0,82 m bis zum Ende des Jahrhunderts (IPCC AR5) Hier exemplarische Berechnung für die Ostsee mit einem mittleren Szenario (A1B): Anstieg ähnlich dem globalen Anstieg im Süden, weiteres Zurückweichen des Meeresspiegels im Norden durch Landhebung www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen Land-Ökosysteme Huflattich: 10 - 20 Tage früher Haselnuss: 10 - 20 Tage früher Johannisbeere: blüht etwa 2 Wochen länger Verlängerte Wachtumsperiode (hier Veränderungen in den letzten ca. 50 Jahren) Früherer Blühbeginn im Frühling Späterer Blattfall im Herbst Moorbirke: 2-3 Wochen früher www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Vogelkirsche blüht etwa 2 Wochen länger Vogelbeere/Eberesche blüht etwa 2 Wochen länger Fotos: wikipedia Auswirkungen Land-Ökosysteme Verschiebung der Ausbreitungsgrenzen Nach Norden und Osten Nordwärtige Ausbreitung wärmeliebender Arten (jedoch Zerschneidung und Fragmentierung der Lebensräume entscheidend!) Einwanderung neuer Arten Stechpalme Rauhautfledermaus www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Fotos: wikipedia Auswirkungen Land-Ökosysteme www.natur-lexikon.com Zugvögel ändern Zugbahnen oder bleiben standorttreu Höckerschwan Schwarzkehlchen Graugans Weidenlaubsänger / Zilpzalp Star Haubentaucher wikipedia www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen Land-Ökosysteme Auswirkungen der veränderten Wachtumsbedingungen Insgesamt höhere Wachstumseffizienz für Pflanzen (CO2 ist Pflanzen-Nährstoff, höhere Temperaturen), jedoch Wasserverfügbarkeit setzt Grenzen Projektionen für die Zukunft (bis 2100) Stresstoleranzen werden beansprucht Trockenheit Starkregen, Staunässe Frosttoleranz Versäuerung der Böden Baumbestand im Norden wächst deutlich (+22%), Wasser dort nicht limitierend Im Süden geringere Zunahme (+8%), durch Wasser begrenzt www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen Tauber & Seifert, IOW Marine Ökosysteme und Biogeochemie Schwellen und Becken erschweren den Wasseraustausch www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Aus: BACC 2008 Auswirkungen Wasseraustausch in den tiefen Becken nur durch unregelmässige Einstromereignisse von salz- und sauerstoffreichem Tiefenwasser aus der Nordsee Aus: BACC 2008 www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Andreas Lehmann, IfM-GEOMAR Auswirkungen 2 Nährstoffe und Überdüngung Nitrat Phosphat www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen 2 Permanente Schichtung erzeugt Sauerstoffdefizit und anoxische Zonen im Tiefenwasser mit Schwefelwasserstoffproduktion… … mit Konsequenzen für die Nährstoffdynamik in der Ostsee und das Auftreten von ausgedehnten Blaualgenblüten in der mittleren Ostsee Phosphatfreisetzung aus sauerstoffreiem Wasser MR SMHI www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen 2 Nährstoffe und Überdüngung Grafik: Helcom Nährstoffeinleitungen Erhöhte Temperatur Erhöhte an der Oberfläche Erhöhte Biomasse-Sedimentation und Veratmung in der Tiefe Niedrigerer Salzgehalt an der Oberfläche, stärkere Schichtung Ausdehnung der anoxischen Zonen im Tiefenwasser Verstärkte Phosphat-Freisetzung Verstärkte Blaualgenblüten www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen aud die Biogeochemie der Ostsee Modellrechnungen 2 Ansäuerung Sauerstoffarmut im Tiefenwasser www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Auswirkungen auf Ökosysteme der Ostsee www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu 2 Mehr zum Thema www.nordddeutscher-klimaatlas.de www.kuestenschutzbedarf.de www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 2 www.baltex-research.eu www.baltic-earth.eu
