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Technische Universität München Ressourcenmanagement im Klimawandel Folgen für Wasserhaushalt, Landwirtschaft und Ökosysteme Prof. Dr. Annette Menzel Fachgebiet für Ökoklimatologie Department für Ökologie Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Earth System Engineering, 23.6.2010, Bayerische Akademie der Wissenschaften Technische Universität München Nachhaltiges Ressourcenmanagement im Klimawandel Probleme • Bevölkerungswachstum • Ressourcenknappheit • Übernutzung • Verschmutzung • Landnutzung • Fragmentierung • Extremereignisse • .... + Klimawandel Ökologie Ökologie Ökonomie Ökonomie Gesellschaft Ökologie Gesellschaft Landwirtschaft Ökonomie Gesellschaft Wasser Ökosysteme Technische Universität München Hydrologie und Vegetation im Klimasystem IPCC 2007, WGI, FAQs Technische Universität München Beobachtete Veränderungen im Klimasystem • • • IPCC 2007, WG1, SPM Anstieg der globalen Mitteltemperatur um 0.74 °C in letzten 100 Jahren Anstieg des Meeresspiegels um 20 cm Rückgang der Schneebedeckung auf der Nordhalbkugel CRU, UEA, Jones et al. Technische Universität München Globale Emissionen von Treibhausgasen 1970-2004 (GWP) IPCC 2007, WG3, SPM Technische Universität München Globale Muster in Temperatur- u. Niederschlagsänderung IPCC 2007, WGI, Ch 03 Technische Universität München Methoden der Attribution in Kapitel 1, WG II IPCC 2007 1. 2. Sektoren – von Hydrologie bis Gesundheit Detektion von signifikanten Änderungen Beispiel Kirschblüte Kyoto ab 700 n Chr. 3. Ausschluss nicht-klimatischer Faktoren Beispiele Invasive Arten, Landnutzung Verschmutzung, Degradation von Ökosystemen, Verstädterung, ... IPCC 2007, WGII, Ch 01 Technische Universität München 4. Attribution – Zuordnung zum menschlichen Treibhauseffekt MENSCH GLOBUS REGION SYSTEM 130 120 Day of the year Blüte [Tag seit Jahresbeginn] Oberflächentemperaturen Druck auf Meeresniveau Temperaturen in der Troposphäre Höhe der Tropopause Wärmegehalt des Ozeans Niederschlag in Breitenkreiszonen 110 100 90 80 Cherry flowering at Geisenheim (1896-2002) 70 -2 0 2 4 6 8 10 T(FebMrz) [°C] Temperature (February – March) [°C] IPCC 2001, 2007, Zhang et al. 2007 Technische Universität München Beobachtete Auswirkungen auf physikalische Systeme • • • • Instabilität Permafrost Reduktion Wintersport Erwärmung Seen / Flüsse Abflussspitzen im Frühjahr “Climate change is strongly affecting many aspects of systems related to the cryosphere; emerging evidence shows changes in hydrological systems, water resources, coastal zones and oceans (high confidence)” IPCC 2007, WGII, Ch01 Technische Universität München Beobachtete Auswirkungen auf biologische Systeme • Verbreitungsgebiete • Frühjahrsbeginn, Vegetationsperiode • Invasionen • Artenzusammensetzung • Produktivität “More evidence from a wider range of species and communities in terrestrial ecosystems and substantial new evidence in marine and freshwater systems show that recent warming is strongly affecting natural biological systems (very high confidence)” IPCC 2007, WGII, Ch01 Technische Universität München Vegetationsperiode 1951-2003, + 11 Tage +12 days +18 days 1981-1999 NDV I 1917-2000, + 5.5 days Menzel 2003, Keeling et al. 1996, Zhou et al. 2001, Sagarin & Micheli 2001 Technische Universität München Phänologie 16 -4.0 Mean spring passage Helgoland Mean laying Pied Flycatcher 12 Leaf unfolding Horse Chestnut -3.0 Leaf unfolding Birch NAO (FebMar) 8 -2.0 T (MarApr) T (MarAprMay) 4 -1.0 0 0.0 -4 1.0 -8 2.0 -12 3.0 -16 4.0 -20 1950 1960 1970 1980 1990 2000 5.0 2010 Walther, .., Menzel et al. Nature 2002, updated Technische Universität München Phänologische Veränderungen in Europa (COST725) Fruiting Leafing and flowering 4500 4500 4000 4000 Frequency 78% - 31% sig. 2500 22% - 3% sig. 2000 1500 2500 75% - 25% sig. 1500 500 0 0 -3 -2 -1 0 1 2 -3 3 -2 -1 Agricultural 1 2 3 Fall 4500 4500 4000 4000 3500 3500 3000 57% - 13% sig. 2500 3000 43% - 6% sig. Frequency Frequency 0 Regression coefficient Regression coefficient 2000 1500 1000 48% - 12% sig. 52% - 15% sig. 2500 Herbst: + 0.2 Tage / Dekade 2000 1500 1000 500 n~120.000 1971-2000 25% - 3% sig. 2000 1000 1000 500 Landwirtschaft: - 0.4 Tage / Dekade Früchte: - 2.4 Tage / Dekade 3000 3000 Frequency Austrieb / Blüte: - 2.5 Tage / Dekade 3500 3500 500 0 0 -3 -2 -1 0 1 Regression coefficient 2 3 -3 -2 -1 0 1 2 3 Regression coefficient Menzel et al. 2006 Technische Universität München Beobachtete Auswirkungen auf Land- und Forstwirtschaft • Phänologie • geringe Reaktionen im Pflanzenbau • Produktivitätsanstieg / -abfall • Schäden durch Hitzewellen, Dürren und Überflutungen “Although responses to recent climate changes in human systems are difficult to identify due to multiple non-climate driving forces and the presence of adaptation, effects have been detected in forestry and a few agricultural systems” Net primary productivity derived from NDVI (1982-1999) IPCC 2007, WGII, Ch01 Technische Universität München Beobachtete Auswirkungen auf Gesundheit • Sterblichkeit in Hitzewellen “Changes in several aspects of the human health system have been • Vektor gebundene Krankheiten related to recent warming ” • Frühere u. stärkere Pollensaison IPCC 2007, WGII, Ch01 Technische Universität München Auswirkungen des menschlich verstärkten Treibhauseffekts “It is likely that warming caused by human activities has had a discernible impact on many physical and biological systems at the global level” “Many natural systems on all continents and some oceans are affected by regional climate change (rising temperatures)” IPCC 2007, WGII, SPM Technische Universität München Extremereignisse: Hitzewelle 2003 - Blick in die Zukunft Schär et al. 2004 Technische Universität München Herausforderungen - Wasser • • Auswirkungen hauptsächlich durch Temperaturanstieg, Meeresspiegelanstieg und Variabilität des Niederschlags Zukünftige regionale Niederschlagsänderungen oft unklar • Negative Auswirkungen überwiegen IPCC, WG II , Ch 03, ES Technische Universität München Herausforderungen: Ungenügender Abfluss und Grundwasserneubildung, Rückgang Wasserkraftnutzung, Wasserqualität bei Starkregen, Süßwasser auf Inseln, Überflutungen, v.a. SO Asien, Häufigkeit von Dürre IPCC 2007, WGII, SPM Technische Universität München Herausforderungen - Ökosysteme und ihre Leistungen • • • Resilienz von vielen Ökosystemen überschritten durch Klimaänderungen, Störungen durch Extremereignisse (Feuer, Stürme, Dürre, Insekten, Versauerung von Ozeanen) und weiteren Faktoren, wie Landnutzungsänderungen, Verschmutzung, Übernutzung Kohlenstoffspeicherung in terrestrischen Ökosystemen gefährdet durch Klimawandel und Landnutzungsänderungen Aussterben von Arten: 20 – 30 % der bisher bekannten Arten sind bei einem Temperaturanstieg von 2 bis 3°C einem extrem hohen Risiko ausgesetzt NPP2003 2100: 42% mittlerer Verlust an Arten - 30% GPP - TER → Quelle von 0,5 Gt C IPCC, WG II , Ch 04, ES, Ciais et al. 2005, Thuiller et al. 2005 Technische Universität München Herausforderungen - Land- und Forstwirtschaft • • • Regionales Ungleichgewicht Leichter Temperaturanstieg mit Vorteilen in mittleren und höheren Breiten, Nachteile in trockenen und tropischen Gebieten Extreme Häufigkeit und Ausmaß von Extremen mit immensen Auswirkungen CO2 Effekte Zuwachsreaktion von Wäldern aufgrund CO2 gering 2003: 13 Mrd. € Verlust in LW d. EU IPCC, WG II , Ch 05, ES Technische Universität München Was ist zu tun ? • • Adaptation Vielfältige Anpassungsmaßnahmen im Bereich Wasser-, Landund Forstwirtschaft notwendig - von Deich- und Dammbau über Bewässerung und Züchtung bis zum Umbau von Waldbeständen Mitigation Möglichkeiten der Minderung / Vermeidung auch im Bereich Land- und Forstwirtschaft – von verbesserter Bewirtschaftung, über Aufforstung, Renaturierung von Mooren, Biomasseproduktion bis zu NDünger und Viehhaltung Technische Universität München Landnutzungskonflikte – Reicht das Wasser ? 3-5 l / d 20-40 l / d 200 l / d 130 l / d 1,5 m3 / a 15 m3 / a 73 m3 / a 50 m3 / a 10 km3 / a 100 km3 / a 500 km3 / a 300 km3 / a • • • • Trinkwasser Sanitär min. Sanitär USA Industrie Ø • Ernährung 3000 kcal / d • • • Vegetarier Mix (20 %) Fleisch pur • Wasserstress < 1700 m3 / a o. 40% blaues Wassers für Ernährung 15500 l / kg 4000 l / 1000 kcal 1325 l /d 3600 l / d 12000 l / d 500 m3 / a 1300 m3 / a 4400 m3 / a 550 - 3000 l / kg 530 l / 1000 kcal 3200 km3 / a 7800 km3 / a 28500 km3 / a nach Mauser 2007 Technische Universität München IPCC 2007, WG II, TS Technische Universität München
