Vom natürlichen ins anthropogene Klima Können wir die Klimazukunft vorhersagen?

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1 Vom natürlichen ins anthropogene Klima Können wir die Klimazukunft vorhersagen? Klaus Haslinger Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

2 Überblick - Das Klimasystem - Klimaantriebe - Klimamodelle - Klimaszenarien - Die Klimazukunft - Conclusio

3 Das Klimasystem Klimaantriebe Sonne Treibhausgase Vulkanische Gase und Staub Aerosole Erdbahnparameter, Plattentektonik, Gebirgsbildung, Klimawechselwirkungen Atmosphäre-Ozean Atmosphäre-Eis Atmosphäre-Vegetation Menschliche Eingriffe Klimarückkopplungen Positive (Eis-Albedo) Negative (Pflanzenwachstum und CO2) (DWD)

4 Klimaantriebe die Sonne SOLARER NETTO- ANTRIEB W/m ENERGIEINPUT VON DER SONNE ÜBER DIE LETZTEN 7 JAHRTAUSENDE W/m SOLARKONSTANTE <-- v.chr. Kalenderjahre n.chr.--> (Fröhlich 2000, Solanski et al. 2004, Wagner et al. 2010) Langfristig relativ stabiler Verlauf Starke Erhöhung der Aktivität in den letzten 300 Jahren 11-jährige Zyklen unterbrochen durch multi-dekadische Minima Stehen wir vor dem Eintritt in das nächste große Solare Minimum? (W/m 2 ) SOLARER ANTRIEB SEIT Maunder- Dalton jährige Zyklen Minimum Minimum bis 1977 indirekte Rekonstruktion Satellitenmessungen

5 Klimaantriebe Treibhausgase ppb CH 4 und N 2 O CO rekonstruiert aus Hochakkumulations-Eisbohrkernen 350 CO CH4 N 2 O direkt gemessen Kalenderjahre (Robertson et al. 2001) ppm ppm CO Mauna Loa: Aktuell: 394ppm 310 Starker Anstieg von Kohlendioxid und Methan im 20. Jhdt. Signifikant positiver Trend der CO2 Konzentrationen mit saisonalen Schwankungen Bemühungen den CO2 Ausstoß zu verringern hatten bis jetzt keinen Effekt Foto: Forrest M. Mims III

6 Klimaantriebe Vulkane Klimaantrieb W/m el Chichón? 1815 Tambora 1883 Krakatau 1992 Pinatubo Kalenderjahre Foto: Steven W. Dengler Starker kurzfristiger Antrieb Zufälliges Auftreten Ausbrüche müssen stark genug sein um das Klima effektiv zu beeinflussen (Eruption von Staubpartikel und Gasen bis in die Stratosphäre > m)

7 Klimaantriebe Aerosole Vielfache von Sulfataerosole im Alpenraum Eisbohrkerne, Colle Gnifetti Winterschneedecke Sonnblick Foto: Urs Ruth Foto: Bernhard Hynek Starker Anstieg bis ca global dimming Luftreinhaltemaßnahmen beginnen ab diesem Zeitpunkt zu greifen. Ab den späten 1970 kontinuierliche Reduktion anthropogener Aerosole global brightening

8 Klimaantriebe in Summe (Hansen et al. 2007)

9 Klimarückkopplungen Positive Rückkopplungen (verstärken einen Effekt) Eis-Albedo Rückkopplung Verstärkung des Treibhauseffektes durch mehr Wasserdampf in der Atmosphäre Negative Rückkopplungen (dämpfen einen Effekt) Abhängigkeit der Oberflächenabstrahlung von der Temperatur Pflanzenwachstum und CO2 und vielleicht andere die wir noch nicht kennen.

10 Klimaantriebe und Rückkopplungen resultieren im globalen Temperaturverlauf von C Abweichungen vom Mittel des 20.Jahrhunderts Solar + Vulkanismus Anthropogene -0.4 Aerosole Treibhausgase? (Daten: CRUTemp)

11 Klimamodelle Klimamodelle berechnen atmosphärische Prozesse auf einer 3-dimensionalen Matrix Gitterweite derzeit: km, in Einzelfällen bis 25km; durch stetig steigende Computerleistung kontinuierliche Verringerung der Auflösung Gekoppelt mit Ozean-, Biosphären-, und Eisschildmodellen Neelin 2011 McCuffie und Henderson-Sellers 2005

12 Klimamodelle Klimaantriebe: (Hansen et al. 2007)

13 Klimaszenarien Emissionsszenarien nach IPCC AR Nakicenovic et al IPCC 2007

14 Klimaszenarien Neue Szenarien für den AR Representative Concentration Pathways (RCPs)

15 Globale Klimaszenarien Globale Muster des Temperaturanstiegs bis 2100 Temperaturänderung [ C] relativ zu IPCC 2007

16 Globale Klimaszenarien Globale Muster der Veränderungen von Variablen des Wasserkreislaufs Relative Änderung zum Mittel IPCC 2007

17 Regionale Klimaszenarien Temperaturszenario (A1B) für den Alpenraum Efthymiadis et al ZAMG 2012

18 Regionale Klimaszenarien Niederschlagsszenario (A1B) für den Alpenraum Efthymiadis et al ZAMG 2012

19 Downscaling von Klimasimulationen Die räumliche Auflösung von Globalen Klimamodellen (GCMs) und ihre Entwicklung: Der Alpenbogen in Globalen Klimamodellen: Lediglich durch Gitterboxen repräsentiert IPCC 2007 eine sinnvolle Simulation des Klimas für gebirgige Gebiete (Österreich!) ist daher mit globalen Klimamodellen nicht möglich Der Ausweg: regionale Klimamodelle

20 Downscaling von Klimasimulationen Klimamodellierung an der ZAMG: Downscaling mit dem Regionalen Klimamodell COSMO-CLM Europa: 50km Dafür an der ZAMG seit kurzem im Einsatz: Alpenraum: 10km SGI ICE-X 252 Rechenknoten mit 4032 Rechenkernen Leistung: 82 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde Österreich: 4km ZAMG 2012

21 ABER Wie gut können Klimamodelle das beobachtete Klima simulieren? C Abweichungen vom Mittel des 20.Jahrhunderts THG 1 2 Treibhausgase 0.6 Solar + Vulkanismus Sulfat 0.2 Natürliche 0.0 Variabilität -0.2 Anthropogene -0.4 Aerosole (Daten: CRUTemp)

22 Globale Klimamodelle Globaler Temperaturverlauf: Multi-Model Ensemble und Beobachtungen Natürliche Antriebe Natürliche + anthropogene Antriebe IPCC 2007

23 Globale Klimamodelle Wie gut können Globale Klimamodelle den Temperaturverlauf im Alpenraum simulieren? Dekadische Schwankungen sind zeitlich nicht konsistent Jahr zu Jahr Variabilität wird überschätzt ZAMG 2012

24 Regionale Klimamodelle Räumliche Muster der Abweichungen einer regionalen Klimasimulation mit COSMO-CLM (ZAMG) für den Alpenraum von Beobachtungsdaten für den Zeitraum : Temperatur Niederschlag Haslinger et al Überschätzung der Temperatur sowie der Niederschlagsmenge in Alpinen Gebieten Höhere räumliche Auflösung Dynamische Kopplung mit dem Mittelmeer Verbesserte Simulation von Oberflächenprozessen (Vegetation, Schnee, )

25 Können wir die Klimazukunft vorhersagen? JEIN

26 Können wir die Klimazukunft vorhersagen? Der Unsicherheitswürfel : Schöner et al. 2010

27 Conclusio Die Temperaturen werden wahrscheinlich in dem Maße ansteigen wie es globale Klimamodelle simulieren. Die Klimaantriebe in Zukunft sind jedoch mit gewissen Unsicherheiten behaftet. Die größten Unsicherheiten liegen in den sozio-ökonomischen Szenarien. Aussagen die Zukunft des thermischen Klimakomplexes sind robuster als jene für den hygrischen. Klimaentwicklungen auf großen Raum- und Zeitskalen sind einfacher abzuschätzen als auf kleinen Raum- und Zeitskalen. Aussagen über Entwicklungen über Extremwerte sind schon für die Vergangenheit nicht einfach, für die Zukunft ungemein schwieriger.

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!