Klimawandel und Luftqualität im Mittelmeerraum – Das Climate

Umweltschutz und Nachhaltigkeit
Umweltschutz und Nachhaltigkeit
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Klimawandel und Luftqualität
im Mittelmeerraum –
Das Climate Service Center
informiert
von Prof. Dr. Guy Brasseur, Alberto Elizalde, Dr. Irene Fischer-Bruns und Prof. Dr. Daniela Jacob
I
n der Klimaforschung ist der Mittelmeerraum als eine Region bekannt, die sehr empfindlich auf
den Klimawandel reagiert. Dies erkennt
man an deutlichen Änderungen der
Lufttemperatur und des Niederschlags
in sogenannten Klimaprojektionen.
Hierunter versteht man Modellrechnungen auf Basis von angenommenen
Zukunftsszenarien, die unter anderem
das Emissionsverhalten der Weltbevölkerung beschreiben. So weisen wissenschaftliche Klimastudien darauf hin,
dass im Zuge des zu erwartenden Klimawandels, im Mittelmeerraum mit
einem deutlichen Rückgang der Niederschläge und einer signifikanten Erwärmung zu rechnen ist. 1,2,3,4,5,6
Basis ist das sogenannte A1B-Szenario; ein
moderates, häufig verwendetes Szenario,
das sich speziell durch eine ausgewogene
Nutzung aller Energiequellen auszeichnet.
Das Temperaturmuster ist stark durch
die unterschiedliche Erwärmung von
Land und Meer geprägt, denn generell
erwärmen sich die Landmassen stärker
als der Ozean. Über Marokko, Teilen von
Algerien, Spanien, Südfrankreich, Italien, Albanien, weiten Teilen der Türkei,
Teilen Syriens und Jordaniens, aber auch
über Sardinien und Korsika ist nach die-
sem Szenario in den nächsten Jahrzehnten eine Erwärmung von zwei bis drei
Grad Celsius zu erwarten. In Spanien
und Marokko kann es sogar noch wärmer werden. Gleichzeitig werden die Regenfälle zurückgehen. Auch hinsichtlich
der Niederschlagsänderungen sind die
Auswirkungen über Land am stärksten.
Ein Rückgang von mindestens 20 Prozent, möglicherweise noch viel stärker,
könnte in nahezu allen Anrainerstaaten des Mittelmeeres Realität werden.
Hohe Änderungswerte über trockenen
Klimaänderungen
Mögliche Veränderungen der Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse im
Sommer für weite Teile von Europa und
für die Mittelmeerregion zeigt beispielhaft Abbildung 1 als Ergebnis von Klimasimulationen, die mit einem regionalen
Erdsystem-Modell durchgeführt wurden 7.
Es enthält als atmosphärische Komponente das regionale Klimamodell REMO.8
Seite 28
Abbildung 2:
Mit dem chemischen Transportmodell GEOSCHEM modellierte, globale Verteilung des troposphärischen Ozons (in Dobson units, 1 DU = 2.69 x
10 x 6 Moleküle/cm2) für Juli 199710. Abbildung aus
Li et al (2001). © Geophysical Research Letters /
Harvard Atmospheric Chemistry Modeling Group
Regionen wie im südlichen Teil der Modellregion sind jedoch mit Vorsicht zu
interpretieren, denn schon geringe Niederschlagsmengen können hier zu großen prozentualen, aber irreführenden
Änderungsraten führen.
Die aus der globalen Erwärmung resultierenden großräumigen Klimaänderungen werden eine Intensivierung des
Wasserdampftransports von niedrigen
zu hohen Breiten hervorrufen mit signifikanten Auswirkungen auf den Wasserkreislauf in der Mittelmeerregion9. Der
zu erwartende Temperaturanstieg wird
die dort in weiten Regionen ohnehin
geringe Bodenfeuchte mehr und mehr
verdunsten lassen. Da auch die Niederschläge abnehmen werden, werden die
bereits jetzt unter starker Trockenheit im
Sommer leidenden Gebiete zunehmend
verdorren. Dies wird starke negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit
und –qualität haben und die regionale
Wasserwirtschaft vor große Herausforderungen stellen, damit die Sicherung der
Wasserressourcen gewährleistet bleibt.
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Luftqualität
Abbildung 1:
Modellierte Änderung der bodennahen Lufttemperatur (links, in °C) und des Niederschlags (rechts, in %)
im Sommer für weite Teile von Europa und für die Mittelmeerregion. Die Auflösung beträgt ungefähr 25 km
x 25 km. Dargestellt ist die Differenz der Mittelwerte über die Periode (2021-2050) und die Referenzperiode
(1961-1990) © Max-Planck-Institut für Meteorologie
Schwerpunkt: Umwelt und Erneuerbare Energie
Der Klimawandel wird jedoch nicht nur
den Wasserhaushalt dieser empfindlichen
Region verändern. Auch hohe Ozonkonzentrationen und die zunehmend großräumige Luftverschmutzung werden,
gerade im Zusammenhang mit den geringer werdenden Niederschlägen, immer
Mediterranes 2/2011
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Seite 29
24.05.2011 14:52:10 Uhr
Umweltschutz und Nachhaltigkeit
mehr zum Problem werden. Verstädterung und Industrialisierung verursachen
bekanntermaßen generell eine bedeutende
Verschlechterung der Luftqualität. Aber
die Luftverschmutzung ist nicht nur für
Stadtgebiete zu einem gravierenden Umweltproblem geworden, sondern – wegen
des Ferntransports – auch für relativ abgelegene Regionen. Im Mittelmeerraum ist
im Sommer, bei stabiler Schichtung und
geringem Luftaustausch, der Aerosolgehalt
Umweltschutz und Nachhaltigkeit
der Atmosphäre so hoch, dass eine starke,
teilweise beträchtliche Reduzierung der
Sichtweite die Folge ist. Die Schadstoffe reichern sich in der Luft an und beeinträchtigen die menschliche Gesundheit durch
das Hervorrufen von Atemwegsproblemen
und Erkrankungen des Herz- und Kreislaufsystems. Gleichzeitig werden hohe
sommerliche Ozonkonzentrationen beobachtet. Und dies nicht nur in Bodennähe,
wo sie sich ebenfalls gesundheitsschädi-
gend auf die Augen, Lunge und das Herz
auswirken, sondern auch in der Höhe, typischerweise zwischen vier und acht Kilometern. Dieses Maximum und die generell
über dem Mittelmeer und den Wüsten des
Nahen Ostens und der Golfregionen hohen
beobachteten Ozonkonzentrationen haben
die Wissenschaftler überrascht. Mittlerweise wurden dafür plausible Erklärungen
auf der Basis von Beobachtungen und Modellsimulationen erbracht.
Das Climate Service Center –
Schnittstelle zwischen Wissenschaft
und Anwendung
D
ie anthropogenen Klimänderungen und ihre
Auswirkungen auf die verschiedenen Sektoren
und Branchen in unserer Gesellschaft spielen
eine wichtige Rolle bei Entscheidungen in Wirtschaft und
Politik. Daher wächst auf Seiten der Entscheidungsträger der
Informationsbedarf zu den vielfältigen Fragen möglicher
zukünftiger Klimaentwicklungen. Gleichzeitig werden die
wissenschaftlichen Erkenntnisse über unser Klima immer
umfangreicher. Um den wachsenden Beratungsbedarf
zu decken und eine effiziente, problembezogene
Umsetzung des vorhandenen Wissens voranzutreiben,
hat die Bundesregierung im Jahr 2009 eine nationale
Dienstleistungseinrichtung mit dem Namen Climate
Service Center (CSC) am Helmholtz-Zentrum Geesthacht,
Zentrum für Material- und Küstenforschung gegründet. Das
CSC hat seinen Sitz aber in Hamburg.
Obwohl die Klimawissenschaften in den letzten zwei
Jahrzehnten große Fortschritte gemacht haben, sind
die verfügbaren wissenschaftlichen Informationen im
Allgemeinen weder anwendungsorientiert aufbereitet, noch
routinemäßig in der Praxis verwendbar. Die Rolle des CSC
ist, wissenschaftsbasierte, verlässliche und bedarfsorientiert
aufbereitete Klimainformationen für Entscheidungsträger
des öffentlichen und privaten Sektors bereitzustellen.
Diese sollen damit in die Lage versetzt werden, die
möglichen Auswirkungen des Klimawandels zu erfassen,
damit Anpassungsmaßnahmen in ihren Planungen
berücksichtigt werden können. In seiner Funktion als
Schnittstelle zwischen den Klimawissenschaften und
Seite 30
entscheidungsrelevanten Fragestellungen unterstützt das
CSC die Gesellschaft, Klimaveränderungen zu erkennen
und sich an ihre Auswirkungen anzupassen (Abbildung
3). Zur Erfüllung seines Auftrags kooperiert es mit einem
Netzwerk, das alle in Deutschland vorhandenen wichtigen
Institutionen der Klima- und Klimafolgenforschung, die
Klimadaten und Modellergebnisse erzeugen und verfügbar
machen, umfasst. Mit in dieses Netzwerk einbezogen
werden zunehmend auch die unterschiedlichsten Nutzer
von Klimainformationen.
Abbildung 3:
Das CSC, als Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendung, schließt die
Lücke zwischen dem Angebot wissenschaftlicher Ergebnisse und der Nachfrage seiner Zielgruppen an bedarfsorientierten Produkten und Dienstleistungen. Die fünf Elemente der CSC-Strategie sind in grau eingetragen. © CSC
Schwerpunkt: Umwelt und Erneuerbare Energie
Ozon wird nicht, wie andere anthropogene Schadstoffe, an der Erdoberfläche freigesetzt. Es entsteht erst in der
Atmosphäre als Folge komplexer photochemischer Reaktionen unter Beteiligung primärer Schadstoffe wie Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Natürliche
(biogene) Kohlenwasserstoffe werden
von der Vegetation, im Mittelmeerraum
insbesondere von den Bäumen, produziert. Gleichzeitig werden in den Städten durch Autoverkehr oder Kraftwerke
große Mengen von Stickoxiden emittiert,
die sich mit den natürlich und anthropogen freigesetzten Kohlenwasserstoffen vermischen und unter Einfluss der
Sonnenstrahlung große Mengen von
Ozon produzieren. Dieses Ozon wird
mit der atmosphärischen Strömung in
andere Regionen transportiert, teilweise
sehr weit von den Quellen der primären
Schadstoffe entfernt, vorwiegend in den
Nahen Osten. Hier können dann, bei geringem Luftaustausch, die hohen Ozonkonzentrationen sehr lange andauern.
Aber es spielen auch noch andere
Prozesse im komplexen Wechselspiel
zwischen den meteorologischen und
chemischen Prozessen eine Rolle. So
trägt auch der Ferntransport von Ozon,
das in den Industriegebieten Nordeuropas entsteht, zu den hohen bodennahen
Ozonkonzentrationen im Nahen Osten
bei. Erhöhte Konzentrationen in einigen
Kilometern Höhe wiederum können zu
großen Anteilen dem Ferntransport von
verschmutzter Luft aus Nordamerika zugeschrieben werden. Ozon entsteht auch
über Indien, wo in der Monsunsaison der
Ozonvorläufer Stickoxid in großen Mengen durch Blitzschläge entsteht.
Zu den hohen Ozonwerten, die im
östlichen Mittelmeerraum und in der
Golfregion beobachtet werden, trägt
möglicherweise auch Ozon bei, das in
der Stratosphäre oberhalb von zwölf Kilometern Höhe entsteht. Neben Aufschlüssen aus Beobachtungen tragen auch Modellergebnisse zu diesen Erkenntnissen
bei. Ein Beispiel dafür ist die modellierte
globale Verteilung des troposphärischen
Ozons in Abbildung 2 im Sommer. Hier
lassen die hohen Konzentrationen im
Nahen Osten (in rot) die Auswirkungen
lokaler Emissionen von Ozonvorläufern
Mediterranes 2/2011
wie Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden erkennen. Die erhöhten Werte über
Afrika sind die Folge der Emissionen von
Vorläufergasen durch die Verbrennung
von Biomasse. Ebenso hohe Werte treten
über der Ost- und Westküste Nordamerikas und über China auf.
Gibelin AL and Déqué M (2003): Anthropogenic
1
Climate Change over the Mediterranean region simulated by a global variable resolution model. Clim
Dyn 20: 327-339.
2
Giorgi F and Lionello P (2008): Climate change pro-
Prof. Dr. Guy
Brasseur
seit 2009 Direktor
des Climate Service
Center (CSC). Er
arbeitete zuvor als
Forschungsdirektor und Leiter des
Labors für das Erd- und Sonnensystem am
National Center for Atmospheric Research
(NCAR) in Boulder, Colorado und leitete
von 1999 bis 2005 in Hamburg das MaxPlanck-Institut für Meteorologie sowie das
Deutsche Klimarechenzentrum.
jections for the Mediterranean region Glob. Planet.
Change 63 90-104.
3
Mariotti A et al. (2008): Mediterranean water cycle
changes: transition to drier 21st century conditions in
observations and CMIP3 simulations. Environ. Res.
Lett. 3 (October-December 2008) 044001, doi:10.
Sheffield J and Wood EF (2008): Projected chan-
4
ges in drought occurrence under future global
warming from multi-model, multi-scenario, IPCC
AR4 simulations, Climate Dynamics, 13 (1), 79-105,
doi:10.1007/s00382-007-0340-z.
5
Somot S et al. (2008): 21st century climate change
scenario for the Mediterranean using a coupled atmosphere–ocean regional climate model. Global and
Alberto Elizalde
ist Physiker und
arbeitet im Bereich
Klimaforschung im
Mittelmeerraum mit
dem CSC zusammen.
Seine Spezialgebiete
sind der Wasserkreislauf und die Wechselwirkung Ozean/
Atmosphäre. Zurzeit fertigt er seine
Disseration am Max-Planck-Institut für
Meteorologie in Hamburg an.
Planetary Change 63: 112–126.
Ulbrich, U et al. (2006): The Mediterranean cli-
6
mate change under global warming. In: P. Lionello,
P. Malanotte-Rizzoli & R. Boscolo (Eds), Mediterranean Climate Variability, Amsterdam: Elsevier, pp.
398—415.
Elizalde A et al. (2010): Technical Report: Atmos-
7
phere-ocean-hydrology coupled regional climate
model. Max Planck Institute for Meteorology. Available on-line at: http://www.remo-rcm.de/fileadmin/
user_upload/remo/UBA/pdf/TechnicalReport.pdf
8
Jacob D et al. (2007): An inter-comparison of regio-
nal climate models for Europe: Design of the experi-
Dr. Irene
Fischer-Bruns
die Diplom-Meteorologin arbeitet seit der
Gründung mit am
Auf bau des Climate
Service Center (CSC).
Als wissenschaftliche
Referentin unterstützt Sie den Direktor in
seinen Managementaufgaben, in wissenschaftlichen und vielen anderen Bereichen.
ments and model performance. Climatic Change 81,
31-52. DOI 10.1007/s10584-006-9213-4.
9
IPCC (2007): Climate Change 2007: The Physical
Science Basis. Contribution of Working Group I to
the Fourth Assessment. Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D.
Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt,
M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New
York, NY, USA, 996 pp.
10
Abbildung aus: Li, Q, et al. (2001): A tropospheric
ozone maximum over the Middle East, Geophys. Res.
Lett., 28(17), 3235–3238, doi:10.1029/2001GL013134.
Prof. Dr.
Daniela Jacob
ist Diplom-Meteorologin und leitet die Abteilung Klimasystem
im Climate Service
Center (CSC). Vorher
forschte sie u.a. seit
1993 am Hamburger Max-Planck-Institut
für Meteorologie und entwickelte das regionale Klimamodell REMO.
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