Umweltringvorlesung Klimawandel und Wasser

Transkript

1 Dresdner Kompetenzzentrum Wasser Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie Umweltringvorlesung Klimawandel und Wasser Christian Bernhofer, Dresden, 22 Juni 2006

2 Fahrplan: Klimawandel: global - regional Wasserprobleme: Hochwasser, Wassermangel (Hitzestress) Beiträge und Mitarbeiter: Goldberg, Franke (TUD); Küchler (LfUG); Freydank, Jendritzky (DWD)

3 Treibhauseffekt der Atmosphäre Voraussetzung des Lebens Treibhausgase des natürlichen Treibhauseffektes Wasserdampf 64% Kohlendioxid 21% Ozon 7% Lachgas 5% Methan 3% Mitteltemperatur der Erde: ohne natürlichen Treibhauseffekt: -18 C!! mit natürlichem Treibhauseffekt: +15 C IPCC, 1995

4 Der Mensch hat die Atmosphäre seit der vorindustriellen Zeit verändert

5 Ursache der Klimaänderung: anthropogener Treibhauseffekt durch Erhöhung der Konzentration an Treibhausgasen Treibhausgase des anthropogenen Treibhauseffektes Methan 17% Lachgas 6% FCKW 10% Kohlendioxid 50% Ozon 17% IPCC 2001

6 Strahlungsbilanz des Systems Erde-Atmosphäre Mittlerer globaler Input: 342 W/m² (S 0 /4) Planetare Albedo: 0.3 Beobachteter natürlicher THE: 33 K Strahlungseffekt der anthropogenen THG: 1.5 bis 0.15 W/m² (0.5% von S 0 /4) Beobachteter anthropogener Treibhauseffekt: z.zt C, Prognose für 2100: C Unbekannte Prozesse: Wolkenrückkopplung, Aerosole, Landnutzungsänderungen (Biosphäre)

7 Zeichen des Klimawandels: Beobachtete Änderungen? Räumliche Ausdehnung: Global Kontinental Regional Sicherheit: hoch mittel niedrig Ursache: Global: Kontinental: Regional: Strahlungshaushalt dominiert Land-Meerverteilung (Kontinentalität) Gebirge und Landnutzung - Höhe und Lage bezüglich der dominierenden Wetterlagen

8 Klima der Erde seit der letzten Eiszeit: Periode der Konstanz mit kleinen Schwankungen Winterlandschaft aus Holland mit zugefrorenen Grachten (Peter Brueghel, 1601) Aus: Graedel & Crutzen 1996

9 Klima der Erde der letzten 1000 Jahre: Abkühlung bis 1900, dann Erwärmung Anomalie ( C) Temperatur (nach: IPCC, 2000) Rekonstruierte Mitteltemperatur der Nordhalbkugel Gemessene Mitteltemperatur der Nordhalbkugel (Schönwiese, 2000)

10 Klimawandel auch bei uns? Räumlich verdichtete regionale Klimadiagnose durchgeführt, da: Globale Klimamodelle aufgrund der Auflösung keine Aussage für regionale Entwicklungen (Trends) liefern lokale Unterschiede in den Trends existieren (u.a. durch die Orographie) wichtige Klimaparameter, z.b. Niederschlag, in Modellen sehr fehlerhaft wiedergegeben werden Probleme durch den Klimawandel haben regionale Konsequenzen (Dürre, Hochwasser, Energieverbrauch durch Klimatisierung, Kreislaufbelastungen,...)

11 Ändern sich die Wetterlagen? Zyklonale Westlage, Winter, relative Häufigkeit = ,84 % *Jahrhundert R2 = 0,0715 relative Häufigkeit [%] Jahr Absoluter Trend der Wintertemperatur [ C] für zyklonale Westlage,

12 Ändern sich die Wetterlagen? Zyklonale Westlage, Veg.I, relative Häufigkeit = 14,4-2,68 % * Jahrhundert R 2 = 0,0113 relative Häufigkeit [%] Jahr Relativer Trend des Niederschlags während Vegperiode I [%] für zyklonale Westlage,

13 Ergebnisse: Niederschlag Relativer Niederschlagstrend (%) im Zeitraum

14 ½mcdqs rhbg chd Gät ehfjdhs unm Rs` qj qdf dm> Es gibt einen Anstieg der Niederschläge mit hohen Intensitäten (>= 10 mm and >= 20 mm) im Juli und August. Freydank, CLISAX-Endbericht, 2001

15 Ergebnisse: Temperatur Absoluter Temperaturtrend ( C) im Zeitraum

16 Ergebnisse: Strahlung Jahr (25 Stationen davon 10 in Böhmen) Jahr (18 Stationen davon 8 in Böhmen) HALLE-K. DOBERLUG-K. COTTBUS 10 HALLE-K. DOBERLUG-K. COTTBUS 10 LEIPZIG 8 LEIPZIG 8 DRESDEN-K. GOERLITZ 6 DRESDEN-K. GOERLITZ 6 GERA-L. CHEMNITZ ZINNWALD-G. ÚSTI LIBEREC 4 2 GERA-L. CHEMNITZ ZINNWALD-G. ÚSTI LIBEREC 4 2 PLAUEN HOF-H. FICHTELBERG KARLOVY 0-2 PLAUEN HOF-H. FICHTELBERG KARLOVY 0-2 CHEB PRAHA-R. -4 CHEB PRAHA-R. -4 PLZEN-B PLZEN-B Relativer Trend der Globalstrahlung (%) in Sachsen und Nordböhmen

17 Ergebnisse: Verdunstung Relativer Jahrestrend der potentiellen Verdunstung n. PENMAN [%], Hinweis: Daten und Analysen auch für das MDR-Gebiet

18 Mit welchem Klima haben wir bereits heute zu rechnen? Niederschlag/Verdunstung Hochwasser/Wasserversorgung deutlicher Unterschied im Niederschlagstrend: Sommer (Rückgang in Nordsachsen mit -10 bis -30%) Winter (allgemeine Zunahme 0 bis +20 %) Zunahme der Starkniederschläge im Frühjahr und Sommer Zunahme der Andauer und Häufigkeit von Trockenperioden in der Vegetationsperiode I (April-Juni) Temperaturzunahme in allen Jahreszeiten, insbesondere im Winter (1,4 bis 2,6 C); Ausnahme: Herbst (bis 1 C / 50 a) i. allg. positiver Trend der Globalstrahlung (bis 6%) und der potentiellen Verdunstung (bis 8%) Klimatische Wasserbilanz (P ETP) in manchen früher nicht betroffenen - Gebieten bereits negativ!

19 Stimmt der beobachtete Klimawandel mit den Modellen für das 21. Jahrhundert überein? (UBA, 2001)

20 Klima ist nicht Wetter! Das Klima ändert sich nicht in 2 Wochen und kann auch nicht nach Einzelereignissen beurteilt werden! z.b. neue Klimarekorde: jeder Einzeltag hat ein Minimum/Maximum, das ergibt 700 Chancen für einen Temperaturrekord pro Jahr bei etwa 150 Jahren mit Beobachtungen ergibt das eine Wahrscheinlichkeit von 5 mal im Jahr! Verdächtig sind aber Häufungen von Einzelereignissen! Prüfen, ob sie statistisch auffällig sind!

21 Fahrplan: Wasserprobleme: Hochwasser, Wassermangel (Hitzestress)

22 Niederschlag: Beobachtung

23 Maximaler Niederschlag , 353 mm Statistics: Statistik: 272 mm Dyck & Peschke, 1995

24 Niederschlagsvorhersage Increase in predictability of NWP (16 yrs) Heidke Skill Score (HSS) of 4 types of NWP Internal Report, DWD; Precipitation SPP DFG

25 Niederschlag: Vorhersage und Beobachtung GME LM OBS NWP and observation: Sum of 3 days ( , 06 UTC , 06 UTC) Rudolf & Rapp, 2003

26 Dresden 2002: Kombination zweier Fluttypen Flachlandflut (Elbe) Sturzflut (Mulde, Weißeritz) Landsat TM, DLR

27 Sturzflut

28 Vereinigte Weißeritz Data of Cotta Stream Gauge A e = 384,6 km² MQ = 3,48m³/s HHQ = 289m³/s (1897) TUD, IHM-Hydrologie, Schmitz et al. HQ (Aug. 2002) = 430m³/s Warning Level 4 = 60m³/s

29

30 Elbflut

31 Fluthelfer

32 Fahrplan: Urbane Probleme: Wasser (Hochwasser, Wassermangel) Hitzestress

33 Pumpspeicherwerk Goldisthal Wasserversorgung: Konflikt zwischen Trinkwasserbereitstellung und Hochwasserschutz!

34 Fahrplan: Wasserprobleme: Hochwasser, Wassermangel Hitzestress

35 Positiv: Rückläufiger Heizenergiebedarf im Winter Kältesumme des Winterhalbjahres (Oktober-April) für das Obere Elbtal Zeitraum 1883/ /2004 (ohne 1944/45, 1945/46) 11-jähriges übergreifendes Mittel <100 mild mäßig warm mäßig kalt >300 kalt 1928/29 (572,6) 1939/40 (652,3) 1946/47 (604,4) 1962/63 (612,2) Dresden-Altstadt Dresden-Neustadt Wahnsdorf ab 1974 Dresden-Klotzsche Gesamtmittel: 184, Kältesumme /87 (406,9) /96 363,6 1897/98 (20,6) 1974/75 (20,5) 1999/00 (68,1) TU Dresden, IHM-Meteorologie Quellen: Met. Jahrbücher, Sächsische Klimadatenbank

36 Negativ: steigende Wärmebelastung im Sommer Wärmesumme (April-Oktober) für das Obere Elbtal 180 Zeitraum (ohne 1945) 180 Wärmesumme (Σ(T m -20) für T m >20) Dresden-Altstadt Dresden-Neustadt Wahnsdorf ab 1974 Dresden-Klotzsche Gesamtmittel: 54, jähriges übergreifendes Mittel TU Dresden, IHM-Meteorologie

37 Änderung der Jahreszeiten? Monat Jahresgang der Lufttemperatur (Monatswerte) im Oberen Elbtal Zeitraum Jahr

38 Hitzesommer 2003 Human Biometeorology D + NL keine offiziellen Daten Quelle: Earth Policy Institute christina.koppe@dwd.de DWD 2003

39 Increase in Mortality France: ~ Paris: +90 % Urgent Perceivedneed Temperature for HHWSs extremely hot operationally based on services of NMSs extremely cold Sultriness extremely sultry based on WMO/WHO/UNEP Showcase Projects thermophysiologially relevant UTC approach (PT, UTCI) acclimatisation to local climate 13:00 locally adjusted intervention measures extremely dry

40 Mögliche Klimafolgen größere Wärmebelastung im Sommer Mehraufwand an Klimatisierung steigende Temperaturen im Winter Absinken der Heizleistung Änderung der Zahl der Ereignistage als Mittel über 10 Klimasimulationen für das Zeitintervall 2041/ 2050 gegenüber dem Zeitintervall 1981/ 2000 Änderung der Monatsmittel der Tagesmaximum- und Tagesmitteltemperaturen für das Zeitintervall 2041/ 2050 gegenüber dem Zeitintervall 1981/ 2000

41 Klima und Naturkatastrophen Zunahme der Häufigkeit von Naturkatastrophen Hochwasser, Dürre, Sturm, u.a. Lösung: Besseres Risikomanagement! MunichRe

42 Maßnahmen und Erfordernisse Zu erwartender Klimawandel stellt neue Anforderungen an: Wasserwirtschaft: - häufigere Trockenperioden Trinkwasserbewirtschaftung - häufiger Starkniederschläge Hochwasser, Kanalsteuerung, Altlastensanierung November 2002: Beschluss über Erhöhung des Hochwasserstauraumes in Sachsen um 16 Mill. m³ (11,6 %) Landwirtschaft: - häufigere Trockenperioden Bewässerung, Artenwahl - häufiger Starkniederschläge Erosionsschutz

43 Maßnahmen und Erfordernisse Zu erwartender Klimawandel stellt neue Anforderungen an: Forstwirtschaft: - Änderung der Jahresniederschläge Artenwahl - häufiger Starkniederschläge Wald als Erosionsschutz Tourismus: - Abnahme der Schneedeckendauer Wintersport - höhere Sommertemperaturen Bioklima, Kurklima Energiewirtschaft: - höhere Wintertemperaturen Heizung - höhere Sommertemperaturen Klimatisierung

44 Klimaschutz Was kann jeder einzelne dafür tun? Energieeinsparung (Haushalt, Urlaub) Reduktion der CO 2 -Emission (Kfz) Verbraucherverhalten (z.b. verstärkter Konsum einheimischer Produkte, damit Reduktion Fernverkehr und energieintensiver Produktion) Zusammenarbeit aller Interessenverbände in Politik, Wissenschaft, Mittelstand, Naturschutz (Rahmenbedingungen!) Halten Sie die Augen offen und nehmen Sie die Entscheidungsträger beim Wort!

45 Klimawandel: Was kann das Dresdner Kompetenzzentrum Wasser tun? Risikoanalyse: klimarelevante Risiken Risikobewertung: Identifikation sensibler Bereiche Anpassung und Folgenmilderung (Mitigation): Forstwirschaft, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft, Tourismus, städtische und regionale Entwicklung z.b. zeitnahe Klimastatistik für Wasserwirtschaft, alternative Energien und Klimaschutz Bündelung der Kompetenz und Kommunikation zwischen Experten, Behörden und Anwendern in der Wirtschaft und im öffentlichen Bereich

46 Risikoanalyse Risikobewertung Anpassung Folgenmilderung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!