Der globale Klimawandel und seine Folgen
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Dr. rer nat. Jürgen P. Kropp Potsdam Institut für Klimafolgenforschung Leiter: Nord-Süd Schwerpunkt Der Klimawandel und seine Auswirkungen Überblick 1. 2. 3. 4. Nach uns die Sintflut/Augsburg Historischer globaler Klimawandel Rezenter Klimawandel Klimamodellierung und Projektionen Klimawirkungen & Herausforderungen [email protected] Potsdam-Institut: Übersicht Gründung: 1992 Status: Mitglied der Leibniz Gemeinschaft Ressourcen: 58 institutionelle Positionen; 209 Mitglieder gesamt (Wissenschaftler, Servicemitarbeiter – ca. 25) davon: 32 Mitarbeiter im Nord-Süd Schwerpunkt 2007: ~6,4 Mio. institutionelle Finanzierung (BMBF, MWFK) + ~3,5 Mio. Drittmittel davon: Nord-Süd Schwerpunkt 3,5 Mio. Drittmittel (2008-2011) P. Bormann H. Bach Michelson Haus Süring Haus Wissenschaftliche Unterstützung politischer Entscheidungsträger Beratung der Bundeskanzlerin G8+5 Umweltminister am PIK Tätigkeiten J.P. Kropp • 2008: Europarat – Experte zum Thema “Hazard Mitigation” • 2008: EEA Expert Climate Impact and Adaptation Monitoring • 2008: Nationalversammlung Portugal Klimawandel und Sicherheit • 2008: Regierung von Singapur: Klimawandel und Sicherheit • 2008: GTZ Expertenmission Indien Klimawandel & Entwicklung • 2007: Europarat – Papier zur Anpassung • 2007: Italienisches Umweltministerium Klimawandel & Wasserverfügbarkeit • 2007: Bundesministerium für Verkehr, Bau • und Stadtentwicklung – Planung im Licht des Klimawandels • 2003: EU Experte: Nutzung mariner Resourcen • 1998-2001: Referent Beirat globale • Umweltveränderungen, z.B. Energiegutachten [email protected] Wetter oder Klima....., das ist die Frage? Chaotische Atmosphäre Zustandsmittel der Atmosphäre Kurzzeitige Schwankungen meteorologischer Größen Langfristige Änderungen klimatolo-gischer (abstrakter) Parameter Klima ist das was man Abstrakte erwartet, Wetter ist das Parameter (z.B. Mitteltem-peratur) Vorhersagen bis 10 Tage was man Prognosen bekommt! (Szenarien) bis zu 10 Dekaden Fühl- und erfaßbare Parameter Wetteränderungen sind wir gewohnt ! Sind wir den Klimawandel gewohnt? [email protected] Lernen aus der Erdgeschichte heute • Menschheit verursachte CO2 Anstieg von ~35% seit 1850 • erwartete Änderungen wenigstens Holocene ∼8 ºC ∼3000 J. Temperature change < 6 ºC 100 J. Weichselian Eem Holstein Riss Waal Cromer Mindel yrs before BP (x 1000) 10-15 mal schneller Guenz Source: Vostok Ice Core Der rezente „globale“ Klimawandel (letzte 150 Jahre!) [email protected] Jahressumme Niederschlag: 1901/1930 vs. 1971/2000 Klimawandel ist nicht gleichmässig! kühl warm kühl Clausius-Clapeyron Gesetz: 1°C/7% mehr Wasserdampf [mm] Source: PIK data [email protected] Differenz der Jahresmittel der Lufttemperatur 1971/2000 – 1901/1930 Source: PIK data [email protected] Abweichung der globalen mittleren Lufttemperatur für den Zeitraum 1856-2005 bezogen auf das Mittel für 1961-1990 [email protected] Klimamodellierung – wie? [email protected] Wir sind bereits mitten drin.... A2: Heterogene Welt, lokales ökonom. Wachstum, große Einkommens- Disparitäten, Nord-Süd-Gap bleibt, Bevölkerungswachstum ~15 Mrd. 2100 – Verdreifachung von CO2 Unsicherheit? Stabilisierung: < 450ppm Emissionsminderung: > 70% B1: Schnelle Einführung ressourcen-effizienter Technologien, Nord-SüdGerechtigkeit, Fokus auf globale Lösungen, Stabile Bevölkerung ~7 Mrd., 2100 - Nachhaltigkeit Es gibt keine Klimavorhersagen IPCC 2007 nur Projektionen! [email protected] Multi--Modell Mittel und Größenordnungen der Multi Erwärmung Möglichkeitsraum 5.0 4.0 3.0 2.0 -1.0 1900 12 2000 2100 A1FI A2 A1B B2 0.0 A1T 1.0 B1 Globally averag aged warming (ºC) 6.0 Trockner im Sommer Feuchter im Winter Ein Antrieb (A2), d.h. obere Grenze! Änderung in der annuellen Niederschlagsmenge (%) (Zeitraum 2071/2100 und 1961/1990) [email protected] Die Herausforderung „Minderung“ (Mitigation) [email protected] Where do the Emissions come from? 64.7% 35.3% today’s emissions are tomorrow’s problems • • • Für eine Halbierung der CO2 Emissionen im Jahre 2050 relativ zu 1990, heißt das die pro Kopf Emissionen in den industrialisierten Ländern um 85% zum globalen Mittel 2050 reduziert werden müssen. In den Entwicklungsländern müssen sie halbiert werden. Bezogen auf das heutige Mittel müssen sie um 70% reduziert werden. [email protected] Was wir brauchen ist ein Portfolio [email protected] Potentielle erneuerbare Energien in der EU-MENA Region TREC/DLR Projekt Biomass Biomasse (1) (Typ. Ertrag in GWhel/km²/J) Geothermal Geothermal Energy(1) Wind Energy Wind(50) 890 Hydropower Hydro (50) 750 CSP (250) Ökon. Potential TWhel/J. > 600 000 Bedarf ≈ 7 500 TWh/J EU+MENA 2050 ≈ 50 000 TWh/J world-wide 2050 1700 1090 ANDASOL I-III (150 MW or 540 GWhmax) Commercial CSP Technology in Europe Speicher System von ANDASOL I basierend auf 28500 t Salz (NaNO3) Speicher (7 h, voll geladen 1010 MWh ) Elektrische Fahrzeuge – effizienter Alternative zu “Biofuels” Biofuels” 238PS, 0-100km/h in 4sec. Reichweite: 350km 6381 Li-Ion Batterien 20 Der Klimawandel in Deutschland (Messungen) [email protected] Veränderung der Temperatur ¾ Jahresmitteltemperatur 1901-1910 ¾ Jahresmitteltemperatur 1991-2000 ¾ Differenz (1991-2000) – (1901-1910) Quelle: PIK [email protected] Entwicklung der beobachteten Niederschläge in Deutschland Niederschlagsmittel 1951-2000 Daten: PIK Potsdam Trend des Niederschlages 1951-2003 ⇒ Rückgang der Niederschläge im Osten, ⇒ Zunahme der Niederschläge im Westen [email protected] Modellergebnisse für Deutschland [email protected] A1B WETTREG: Rel. Niederschlagsänderung in %, Winter (l) und Sommer (r) 2071/2100 –1961/1990 B1 +19% Winter! [email protected] Temperaturveränderung in Deutschland 1961--1990 vs. 20711961 2071-2100, A1B Sommer Temp . Winter Temp. Jahresmittel Temp. [email protected] Was haben wir bisher gesehen und was Lernen wir daraus? daraus ? “Anpassung” Anpassung” [email protected] Empirische Analyse: Hitzewelle 2003 Temperatur Niederschlag Quelle: Kropp u.a., Ann.For.Sci. 63: 569ff, 2006 Tmin Tmax J J ΔP%(61-90) J J A ΔT(61-90) A S [email protected] Temperatur Abwe weichung (1961-90) °C Hitzewelle 2003: Normal in 2040igern, kühl in den 2060igern 2060s Beobachtung HadCM3 Mittel-Hoch (SRES A2) 2040s 2003 [email protected] Gefühlte Temperatur für Europa 8. August 2003 Todesopfer 2003 Frankreich Spanien Portugal Italien Deutschland Großbritannien Niederlande 14,800 2,000 1,300 4,000 7,000 900 500 Ökonomische Verluste: ca. 1.8 Mrd US$ Quelle: Deutscher Wetterdienst Konsequenz: Hitzewarnsystem seit 2005 [email protected] Urbane Hitzeinseln Quelle: Kropp et al. 2006 Stimulus: Hitzewellen Exponiertes System: Gesundheit Indikatoren: Bevölkerung Bevölkerung-dichte, Anteil ältere Menschen [email protected] Beispiel: Überalterung – Potentielle Gesundheitsgefahren 1993 2006 NRW Studie II – 2009 (PIK, Nord-Süd-Gruppe) [email protected] Wir müssen anders planen und bauen bauen…. …. Re-design von Infrastruktur und Städten? Klimaangepasstes Wohnen und Arbeiten Klimaeffiziente Infrastruktur [email protected] Klimawirkung von Feinstaub Kleinstteilchen: sowohl Kühlung als auch Aufheizung, Netto: Kühlung Verweilzeit: PM10 : Stunden-Tage PM2.5: Tage-Wochen Transport: bis einige 100 km bis 1000 km Quellen: alle Verbrennungsprozesse Pkw Verkehr Flugverkehr Sonstige Wirkungen: verminderte Albedo, Gesundheit, Wetterdisaster [email protected] Sektorale Verwundbarkeit 1999 Stimulus: Stürme Exponierte Einheit: Forstsektor Forstsektor;; Indikatoren: Baumtypen, GeländeGeländeNeigung, rel. Sturmhäufigkeit Aufgenommener Schaden 2007 > 19 Mio m3 Quelle: Kropp et al. 2006, Climatic Change [email protected] Mais Anbaueignung in Europa Aktuelles Klima Klimaszenarien (+1,2,3 K ) FAO crop model, Fischer et al. 2002 Klimaerträge Weizen (+3° (+3°C, -14% Niederschlag Niederschlag)) … current climate (1960-1990) 1 -10 dt/ha (=102 kg/m2) 11-20 21-30 31-40 41-50 Klimaeinbuße bei der jährlichen Ertragssteigerungsrate bis 2080: - 0.64 % Punkte 61-70 … the ECHAM3-T42 climate-change scenario (+3°K, -14% precipitation) disregarding technological yield constraints and the effect of higher atmospheric CO2: 71-80 mean yield LOSS of about 40% 51-60 81-90 Simulated spatial wheat-yield distribution over Europe 14 for … Klimaerträge Weizen (+3° (+3°C, -14% Niederschlag Niederschlag)) … current climate (1960-1990) 1 -10 dt/ha (=102 kg/m2) 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 Klimaeinbuße bei der jährlichen Ertragssteigerungsrate bis 2080: - 0.1 % Punkte …the ECHAM3-T42 climate-change scenario (bottom, (+3°K, -14% precipitation), disregarding technological yield constraints but accounting for the stimulating of photosynthesis by higher atmospheric CO2: mean yield LOSS of about 8% 71-80 81-90 Simulated spatial wheat-yield distribution over Europe 14 for … Motivation after AR3 Oligozän 30 Myr ago Meeresspiegel 100 50 Pliozän 3 Myr ago Globales Mittel T, °C heute 5 10 15 20 -50 Gleichgewicht Letztes eiszeitliches Maximum -30 kJ -100 -150 2x CO2, 3 °C nach Archer 2006 Kombination DEM and LandLand-Nutzung hilft Entscheidungsträgern bei der Bewertung ´ Land Use Agriculture Broad Leavesd forest Coniferous forest Maritime wetlands Marshes Mixed forest Moors Natural grasslands Open spaces Cuxhaven Peat Transitional woodland-shrub Urban Hamburg Bremenhaven Aurich Wilhelmshaven Oldenburg Bremen Gebiete unter 1m 0 35 70 140 Kilometers [email protected] Intelligentes & selbstlernendes Informationssystem Kropp/Costa in Vorbereitung [email protected] Nach uns die Sintflut/Augsburg © Dr. Jörn Birkmann, United Nations University [email protected] „Lernen aus Erfahrung“ Flut Köln 1995 Flut Köln 1993 [email protected] Ökonomische Verluste 1993, 1995 in Köln 160 Mio. uro Eu 140 120 70 Mio. € • Gleicher Flut Level 1993: 10,63 m 1995: 10,69 m • Ähnliche Sensitivität • Schadensreduktion ca. 50% ! • Erklärt durch verbesserte Vorbereitung (Anpassung von Haushalten, Firmen, etc. 100 80 28 Mio. € 60 40 20 0 Schäden 1993 1993 Schäden 1995 1995 [email protected] Satelliten gestützte Aufnahme von Überschwemmungen in den letzten 20 Jahren [email protected] Alpiner Wintertourismus 100% 69% Existierende Skig. momentan +1 ºC +2 ºC 28% 3% +4 ºC Quelle: OECD 2006 [email protected] Künftige Schneebedeckung in den Nördlichen Alpen (nach Seiler, 2006) [email protected] Anpassung? Pistenpräparation (Bsp. oberhalb Zermatt) - dadurch Mindesthöhe 20-30cm - Bodenverdichtung - Erosionsschäden Schneekanonen: Funktion bis –3ºC/+6ºC (bei Impfung) Jahresbedarf 9000 KWh/ha bei 20cm 200 lt. Wasser m3 Schnee Gesamte Alpen: ca. 24000ha beschneibar (ca. 25% der Gesamtfläche) ~95 Mio. m3 Wasser ~600 Mio. KWh ~ 310000 to. CO2 Weiterer Anstieg erwartet, in einigen Regionen 60% binnen 5 Jahren (1997-2002), in Bayern z.B. um 140% Kosten: Investitionskosten 650000 /km Unterhaltungskosten 33000 /km 8-15% des Umsatzes Aber ohne externe Kosten: Umweltschäden, Wasserverfügbarkeit, Klimarelevanz [email protected] Unsere Chancen und die Visionen für eine dritte technologische Revolution [email protected] Clean Power from Deserts for the World! world electricity demand of 18,000 TWh/y (in 2005) More than 90% of world pop could be served by clean power from deserts (DESERTEC) ! Source: DESERTEC Project 2008 Actual Costs: 6-16 ct/kWh Î 300 x 300 km² =0.23% of all deserts In 2050: ~50,000 TWh/y Î 500 x 500 km² 50 Gestehungskosten für Energie per KWh/Europa KWh/Europa 2005 0,70 0,60 ct/Kwh wh (2005) 0,50 Solar Thermal Plants Including 37 Euro/to. Carbon price (CCS) 0,40 0,30 “Well to wheel” 1-2 Euro/kWh max min 0,20 0,10 0,00 Die Chancen: Leittechnologie „Umwelt“ Quelle: Berger/Greentech [email protected] Energieoptimierte Neubauten Solarthermie & Photovoltaik Sonnenschutz Verschattung Bauteiltemperierung Lüftung / Kühlung Erdwärmenutzung Bildquelle: REHAU AG + Co. Heizkessel / KWK Anlagen Speicherung [email protected] Vision: Druck von Solarzellen nach Alan Heeger (Nobel Prize in Chemistry 2000) “Tinte” ---- mit elektronischer Funktionalität! Plastik Substrat Der Traum → Solarzellen → Funktionale Tinte [email protected] Fazit: die Technologien existieren Fazit: Der Umbau von Energiesystemen und Klimaschutz ist zu moderaten Kosten möglich und schafft Beschäftigung Vielen Dank!
