BALTEX Assessment of Climate Change for the Baltic

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
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Unterschied Wetter und Klima
Die Erwärmung ist in vollem Gange und gut belegt
 Wetter = Atmosphärischer
Zustand hier und jetzt
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Unterschied Wetter und Klima
 Klima = Über lange Zeiträume beobachtetes Wetter (Statistik des Wetter), mind. 30 Jahre
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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
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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”
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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
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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
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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
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 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
•
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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
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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)
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Bisher gemessene Veränderungen …
2
Die letzten 10.000 Jahre…
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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)
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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
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Bisher gemessene Veränderungen …
Extremniederschläge über Europa im Zeitraum 1958-2000
+ Häufigere Extremniederschlage
O Seltenere Extremniederschläge
 Tendenz zu häufigeren
Extremniederschlägen über
Nordeuropa
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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
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Bisher gemessene Veränderungen …
2
Abfluss
 Kein Langzeit-Trend
 Saisonale Unterschiede bereits zu
beobachten: Frühjahrspeak fällt geringer
aus, mehr über den Winter verteilt
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Bisher gemessene Veränderungen …
Eisdicke, in cm
Dauer der Eisbedeckung, in Tagen
Eis auf Flüssen und Seen
 Dauer der Eisbedeckung nimmt ab
 Eisdicke nimmt ab
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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).
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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
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Bisher gemessene Veränderungen …
Salzgehalt des
Ostseewassers

Salzgehalt zeigt starke Schwankungen, jedoch keinen
eindeutigen Trend
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Bisher gemessene Veränderungen …
2
Meereisbedeckung
 Anzahl der milden
Eiswinter hat
zugenommen
Winter 2007/2008
geringste je
gemessene
Eisbedeckung
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Bisher gemessene Veränderungen …
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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)
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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
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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)
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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
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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.
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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
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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
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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
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Voraussichtliche zukünftige Veränderungen …
Mögliche Änderungen im Abfluss in die Ostsee
 Mehr Abfluss
insgesamt
(+15 bis +22%)
 frühere
Spitzenwerte
 Niedrigerer
Salzgehalt?
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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
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 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).
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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
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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
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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
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Fotos: wikipedia
Auswirkungen
Land-Ökosysteme
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Zugvögel ändern Zugbahnen
oder bleiben standorttreu
Höckerschwan
Schwarzkehlchen
Graugans
Weidenlaubsänger / Zilpzalp
Star
Haubentaucher
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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
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Auswirkungen
Tauber & Seifert, IOW
Marine Ökosysteme und Biogeochemie
Schwellen und Becken erschweren den
Wasseraustausch
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Aus: BACC 2008
Auswirkungen
Wasseraustausch in den tiefen Becken nur durch
unregelmässige Einstromereignisse von salz- und
sauerstoffreichem Tiefenwasser aus der Nordsee
Aus: BACC 2008
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Andreas Lehmann,
IfM-GEOMAR
Auswirkungen
2
Nährstoffe und Überdüngung
Nitrat
Phosphat
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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
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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
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Auswirkungen aud die Biogeochemie der Ostsee
Modellrechnungen
2
Ansäuerung
Sauerstoffarmut
im Tiefenwasser
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Auswirkungen auf Ökosysteme der Ostsee
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2
Mehr zum Thema
www.nordddeutscher-klimaatlas.de
www.kuestenschutzbedarf.de
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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