Boden und Klima im Wandel Einfluss regional zunehmender Starkregenereignisse auf die Bodenerosionsgefährdung
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- Max Diefenbach
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1 Fachtagung Klimawandel und Grundwasserhaushalt, Idstein 2008 Boden und Klima im Wandel Einfluss regional zunehmender Starkregenereignisse auf die Bodenerosionsgefährdung Raimund Kohl Naturschutz, LUBW
2 Klimawandel - Betroffenheit des Bodens Boden als Schutzgut Bodensubstanzverlust infolge verstärkter Erosion Humushaushalt (Menge, Qualität) Bodenleben (Aktivität, Arten, Funktionen) Boden als Funktionsträger (1/2) Landwirtschaft Veränderung der Produktivität Lenkung von Nutzungen auf entsprechende Böden (z.b. Wasserspeicherung) Angepasste Nutzungen (u. a. wassereffizient) mit Rückwirkungen Folie 2
3 Klimawandel - Betroffenheit des Bodens Boden als Funktionsträger (2/2) Puffergröße im Energiehaushalt Trockene Böden als Trigger für Hitzewellen Unterböden als Wärmepuffer (Speicherung im Sommer, Nutzung im Winter) Landschaftswasserhaushalt Wasserwirtschaft, Hochwasserschutz Bodenhumus als CO2-Senke / -quelle Abbau organischer Substanz durch Temperaturanstieg im Winter (Dauerfeldversuche, BDF, BZE), Grünlandumbruch C-Sequestrierung durch gezielte Bewirtschaftungsmaßnahmen Folie 3
4 Anpassungsstrategien Boden Aktuelle Initiativen Grün-/Weißbuch der EU-KOM Anpassung an den Klimawandel in Europa, 2007/8 Deutsche Strategie zu Klimafolgen und Anpassung an Klimaänderungen (DAS). Aufgabe von Bund und Ländern (UMK, 2007). Vorlage bis Ende Boden als eigenständiges Handlungsfeld in der DAS (LABO 2008) BLAG KliNA (2008) Begleitung von nat./europ. Maßnahmen der Klimapolitik, u. a. Klimafolgenmonitoring UBA-Workshop (Januar `08) Böden im Klimawandel Was tun? Nationales Symposium zur Identifizierung des Forschungsbedarfes zur Anpassung an den Klimawandel (August 2008), Helmholtz Zentrum für Umweltforschung, Leipzig Länderforschungsprogramme zu regionalen Klimaänderungen und Anpassungsstrategien Folie 4
5 Klimawandel und Boden Forschung in Baden-Württemberg Boden -Projekte im Umweltforschungsprogramm BWPLUS Universität S-Hohenheim 1. Strategien zur Vermeidung von CO2-Emissionen aus der landw. Nutzung Pflugverzicht: 1 Mio t CO2 /a in B-W Pflugverzicht: 1,2 t CO2 /ha*a Acker -> Grünland oder Wiedervernässung Moor: 4,9 t CO2 / ha*a 2. Böden in Baden-Württemberg als Senke für klimarelevante Gase Freiland-CO2-Expositionsexperiment zur Erforschung erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentration auf Pflanzenwachstum und Bodenhumus Wenig bis kein Effekt auf C-Sequestrierung Folie 5
6 Klimawandel und Boden Forschung in Baden-Württemberg Seit 1999 Kooperationsvorhaben Klimaveränderungen und Konsequenzen in der Wasserwirtschaft, KLIWA der Länder BW, BY und RP mit dem DWD Bisheriger Schwerpunkt: Regionale Klimaveränderung und Wasserwirtschaft Wasserwirtschaftliche Handlungsempfehlungen Neu: Boden als weiteres Themenfeld Boden als zentrale Steuergröße für Landschaftswasserhaushalt erkannt Großer Erfahrungs- und Datenbestand für das Thema Boden vorhanden Folie 6
7 Klimawandel und Niederschlagsverhalten Förderprogramm KLIWA (ab 1999; BW, BY, RP mit DWD) Entwicklung eines stochastischen Downscaling-Verfahrens (NiedSim-Klima) zur Erzeugung hoch aufgelöster Niederschlagszeitreihen (Univ. Stuttgart) Erfassung konvektiver Niederschlagsereignisse mittels statistischer Modelle auf Basis von gewitterbestimmenden Labilitätsindizes BW-Forschungsprogramm Herausforderung Klimawandel ( ) Sechs Einzelvorhaben, u. a. umfangreiche Simulationsrechnungen zum regionalen Klima: Folie 7 Hochauflösende Simulation künftiger Starkniederschlagsereignisse (TU KA) Klimasimulationen zu künftigen Änderungen von Niederschlagshäufigkeiten und -intensität Probalistische Abschätzung regionaler Klimaänderungen (Univ. Bonn, CEC GmbH Potsdam) Entwicklung einer wiss. Methode zur Beschreibung einer wahrscheinlichsten Klimaentwicklung incl. Unsicherheiten auf Basis von Ensemblesimulationen und statistischen Downscalingverfahren
8 Klimawandel und Niederschlagsverhalten Verbundprojekt Klimafolgen - Auswirkungen, Risiken, Anpassungen (KLARA) ) Teilprojekt: Meteorologische Ereignisse mit großem Schadenspotential (TU KA, FZK) Ergebnisse: Signifikante Zunahme der Gewitterereignisse in BW ( ) Folie 8 Abb.: Jährliche Anzahl von Tagen mit hohem Gewitterpotenzial. Konvektionsindizes CAPE (>1000 J/kg) bzw. CIN ( J/kg). Radiosondenmessungen Station Stuttgart ( )
9 Geplantes KLIWA Forschungsvorhaben (BW, BY, RP): Bodenerosion durch Wasser in Folge von Klimaveränderungen Ursache (Klimabeeinflusste Erosionsfaktoren) Zunahme der Häufigkeit und Intensität von Starkregenereignissen sowie der Niederschlagssummen im Winterhalbjahr Bodenbedeckung (Fruchtfolge) Folgen Veränderung des regionalen Erosionsgefährdungspotenzials Ggf. Minderung der Leistungsfähigkeit von Böden (Bodenschutz) Änderungen im Landschaftswasserhaushalt (Wasserwirtschaft) Beeinträchtigung weiterer Schutzgüter (Off-site Erosionsschäden) Folie 9
10 Bodenerosion durch Wasser in Folge von Klimaveränderungen Projektstruktur 1 Retrospektive Was zeigt die Vergangenheit? 2 Prognose Wie könnte die Zukunft aussehen? Folie 10 3 Handlungsempfehlungen Welcher Erosionsschutz ist nötig?
11 KLIWA Retrospektive Zunahme der Starkniederschläge im Winter (Okt. bis April) R-Faktor Trend - Angaben in Prozent > < -50 Signifikanz < 80% >= 80% >= 90% >= 95% >= 99% D = 24 h Folie DWD-Niederschlagsstationen
12 Bodenerosion Retrospektive Veränderung des potentiellen Bodenerosion in der Vergangenheit Trendanalyse von Niederschlagsmessreihen Langzeitverhalten des Gebietsniederschlags in BW und BY (KLIWA Heft 7) Langzeitverhalten extremer Niederschlagsereignisse in BW und BY (KLIWA Heft 8) Downscaling von Niederschlagsmessreihen (NiedSim) Modellierung von Bodenerosionspotentialen in der Vergangenheit auf Basis von Niederschlagsmessdaten z.b. im Vergleich der Betrachtungszeiträume mit Folie 12
13 Tage KLIWA Prognose 5 mittlere Anzahl der Tage pro Monat mit N > 25mm Klimastation Freudenstadt (Enke) - Istzeit Zukunft Folie 13 1 Januar 2 Februar 3 März 4 April 5 Mai 6 Juni 7 Juli 8 August 9 September Oktober November Dezember Monat
14 Bodenerosion Prognose Wie könnte die Zukunft aussehen? Regionale Klimaprognosemodelle Niederschlagsdaten Bodenerosionsmodelle Bodenabtragsszenarien Folie 14 Wie geeignet sind die erzeugten Niederschlagsdaten zur Beschreibung der Erosivität? Höhe und insbesondere Verteilung der Niederschläge in zeitlich hoher Auflösung, Berücksichtigung konvektiver Kurzzeitregenereignisse Exemplarische Modellierung für ausgewählte Testgebiete (Kleineinzugsgebiete) Ergänzende Betrachtung im regionalen, landesweiten Maßstab Auswahl Klimaszenarien, regionale Klimamodelle, Prognosezeiträume Auswahl Bodenerosionsmodelle
15 Bodenerosion Handlungsempfehlungen Anpassungsstrategie Wieviel Erosionsschutz ist nötig? Deposition bei konservierender (links) und konventioneller (rechts) Bodenbearbeitung. Erosion3D, Starkregen 44 mm/h, Jährlichkeit 68 (Agentur ANNA, IfUL, Müllheim/Baden) Kernfrage: Umgang mit einer Situation, die erst in einigen Jahrzehnten in vollem Umfang auftritt und mit Unsicherheiten behaftet ist Welche Auswirkungen ergeben sich für die Handlungsfelder: 1. Cross Compliance, Erosionsschutzanforderungen 2. Risikogebiete nach EU-BRRL 3. Bodenschutzfachrecht Vorsorge 17 BBodSchG, GfP Gefahrenabwehr, 8 BBodSchV Folie 15
16 Bodenerosion durch Wasser in Folge von Klimaveränderungen Projektdesign, Hauptuntersuchungsschritte Teil I: Konzeptstudie mit Fokus auf die Analyse vorhandener Klimaprognosedaten, die Bewertung von Erosionsmodellen und Ermittlung geeigneter Testgebiete Teil II: Status quo-analyse Aufbereitung von Zeitreihen mit Niederschlagsmessdaten ( ) Messreihenverdichtung mit dem Modell NiedSim Erosionsmodellierung auf Basis der NiedSim Niederschlagszeitreihen Umsetzung regionaler Klimaszenarien in Bodenabtragszenarien Erosionsmodellierung in Testgebieten (Lößhügelländer) mit variierenden Klimadatensätzen (Zeithorizonte 2020, 2050, 2070) Bewertung der prognostizierten Erosionsrisiken Analyse und Bewertung von Anpassungsstrategien und Schutzmaßnahmen Folie 16
17 Klimawandel Auch für den Bodenschutz eine Herausforderung Packen wir es an! Folie 17
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