Publizierbarer Endbericht

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1 Publizierbarer Endbericht A) Prjektdaten Titel: Beauftragung: Prjekteinreicher: Kntaktpersn: Auswirkungen verschiedener Szenarien der Klimaänderung auf den österreichischen Abschnitt der Dnau Mit Datum beauftragt der Klimafnds (in Frm einer Direktvergabe BMVIT) die SCHIG mbh mit der Förderabwicklung für das Studienprjekt der Firma Pöyry Energy GmbH. Pöyry Energy GmbH Harald Kling Laaer-Berg-Straße Wien Tel Fördersumme: EUR ,-- Prjektstart & -ende: bis Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0

2 B) Kurzfassung Synpsis: Kurzbeschreibung: Hintergrund und Zielsetzung: Arbeitspakete: Mit gegenständlicher Studie werden die Auswirkungen verschiedener Szenarien der Klimaänderung auf den österreichischen Abschnitt der Dnau evaluiert. In dieser Studie wurde unter Beiziehung einer sgenannten Ensemble Mdellierung die zukünftige Abflusscharakteristik unter Klimaszenarien im beren Dnau-Einzugsgebiet bis Wien untersucht. Ein vm Klimawandel sehr wahrscheinlich stark betrffenes System sind die Oberflächengewässer. Vn besnderem Interesse in Österreich ist dabei die Dnau. Das Abflussgeschehen der Dnau und ihrer Zubringer hat viele unmittelbare Auswirkungen auf den Lebens- und Wirtschaftsraum. Speziell für die Teilbereiche Wasserwirtschaft, Hchwasserschutz, Anthrpgene Nutzungen (Energie und Verkehr Schifffahrt) ist das Abflussgeschehen der Dnau vn vitalem Interesse. Aufbauend auf einer früheren Studie vn Pöyry (2009) ist das Ziel dieses Prjekts, den Einfluss einer Klimaänderung auf das Abflussregime in der österreichischen Dnau in einer vertiefenden Analyse zu untersuchen. Ein wichtiger Punkt ist dabei die Verwendung einer möglichst grßen Zahl der aktuellsten Szenarien-Simulatinen mit Reginalen Klimamdellen, um die Bandbreite der möglichen Veränderung der zukünftigen Abfluss-Verhältnisse zu berücksichtigen. Dies erlaubt Unsicherheiten in den Auswirkungen des Klimawandels auf z.b. die Energieerzeugung der die Schifffahrt auf der Dnau abzuschätzen. 1. Beschreibung des Wasserbilanz-Mdells 2. Datengrundlage (histrisch und Klimaszenarien) 3. Mdell-Kalibrierung 4. histrische Simulatin 5. Simulatin unter Klimaszenarien 6. Diskussin der Auswirkungen 7. Schlussflgerungen Methdik: Zur genaueren Abschätzung der Auswirkungen möglicher Klimaänderungsszenarien auf das Abflussregime der österreichischen Dnau sll für das Dnau-Einzugsgebiet ein Wasserbilanzmdell erstellt werden. Dieses sll zunächst anhand histrischer Zeitreihen kalibriert und anschließend für verschiedene Klimaänderungsszenarien angewendet werden. Ergebnisse: Diese Studie ermöglicht eine Reihe vn Schlussflgerungen auf Basis der histrischen Simulatin, der Auswertung vn Klimamdell-Daten, der Simulatin unter Klimaszenarien und der Abschätzung der Auswirkungen der Klimaänderung. Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0 2

3 C) Langfassung 1 Executive Summary In dieser Studie wird unter Beiziehung einer sgenannten Ensemble Mdellierung, die zukünftige Abflusscharakteristik unter Klimaszenarien im beren Dnau-Einzugsgebiet bis Wien ( km²) untersucht. Dazu wird der Abfluss mit einem knzeptinellen, halb-verteilten, mnatlichen Wasserbilanz-Mdell mit Niederschlags- und Temperaturdaten simuliert. Der Einfluss vn Gletschern und grßen künstlichen Speichern ist berücksichtigt. Die Evaluierung der histrischen Simulatin vn 1887 bis 2007 an der Dnau und den wichtigsten Zubringern zeigt die Eignung des Mdells zur Abflusssimulatin auch in ungewöhnlich warmen, kalten, feuchten der trckenen Jahren. Eine kntinuierliche Abflusssimulatin bis zum Jahr 2100 erflgt für ein mittleres Emissinsszenari (A1B) unter Verwendung vn Klimadaten aus dem ENSEMBLES Prjekt. Insgesamt stehen 23 Klimaprjektinen mit Reginalen Klimamdellen - welche vn unterschiedlichen Glbalen Klimamdellen angetrieben werden zur Verfügung. Vr allem im alpinen Raum ist eine Fehlerkrrektur der Niederschlags- und Temperaturdaten unumgänglich. Die Ensemble Mdellierung des zukünftigen Abflusses zeigt die grße Bandbreite der möglichen (1) Verflachung der Saisnalität aufgrund vn veränderten Schneeprzessen, (2) Abnahme des mittleren Jahresabflusses wegen größerer Verdunstung und (3) Verstärkung der Niederwasser-Situatin am Ende des Smmers. Diese signifikanten Veränderungen vergrößern sich gegen Ende des 21. Jahrhunderts. Dies hat wichtige langfristige Auswirkungen auf Wasserkraft und Dnauschifffahrt. 2 Hintergrund und Zielsetzung Die signifikante Zunahme der glbalen Temperatur in den letzten Jahrzehnten und die für das 21.Jahrhundert erwarteten nch stärkeren Klimaänderungen haben eine glbale Diskussin über die möglichen Auswirkungen eines veränderten Klimas auf verschiedene Bereiche der Umwelt und der menschlichen Gesellschaft ausgelöst. Offen ist insbesndere die Frage, in welchen Gebieten sich diese Klimaänderung in welchem Zeitraum und in welchen Ausprägungen auswirken wird. Ein vm Klimawandel sehr wahrscheinlich stark betrffenes System sind die Oberflächengewässer. Vn besnderem Interesse in Österreich ist dabei die Dnau. Das Abflussgeschehen der Dnau und ihrer Zubringer hat viele unmittelbare Auswirkungen auf den Lebens- und Wirtschaftsraum. Speziell für die Teilbereiche Wasserwirtschaft (Trinkwasserver- und Abwasserentsrgung) Hchwasserschutz Anthrpgene Nutzungen (Energie und Verkehr Schifffahrt) ist das Abflussgeschehen der Dnau vn vitalem Interesse. Aufbauend auf einer früheren Studie vn Pöyry (2009) ist das Ziel dieses Prjekts, den Einfluss einer Klimaänderung auf das Abflussregime in der österreichischen Dnau in einer vertiefenden Analyse zu untersuchen. Ein wichtiger Punkt ist dabei die Verwendung einer möglichst grßen Zahl der aktuellsten Szenarien-Simulatinen mit Reginalen Klimamdellen, um die Bandbreite der möglichen Veränderung der zukünftigen Abfluss-Verhältnisse zu berücksichtigen. Dies erlaubt Unsicherheiten in den Auswirkungen des Klimawandels auf z.b. die Energieerzeugung der die Schifffahrt auf der Dnau abzuschätzen. Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0 3

4 3 Prjektinhalte, Methdik und Deliverables In dieser Studie wird für das gesamte Einzugsgebiet der Dnau flussauf vn Wien ( km²) mit einem Niederschlags-Abfluss Mdell die Wasserbilanz und damit auch die Abflussbildung simuliert. Die grundlegende Wasserbilanzgleichung zeigt die Beziehung zwischen Niederschlag und Abfluss: Niederschlag = Abflusshöhe + Verdunstung + Speicheränderung Der Vrteil einer Mdellierung der Wasserbilanz liegt darin, dass die wichtigsten kausalen Zusammenhänge zwischen den Kmpnenten des Wasserkreislaufes (Niederschlag, Abfluss, Verdunstung, Speicheränderung) und vn Subkmpnenten (Schnee, Bdenfeuchte, Grundwasser, etc.) berücksichtigt werden. Dies ermöglicht einerseits Ursachen vn Trends im Abflussverhalten der Dnau zu bestimmen und andererseits ist auch die Simulatin vn Klimaszenarien möglich. Slche Klimaszenarien liegen vn einer Reihe verschiedener Glbaler und Reginaler Klimamdelle vr. Eine umfassende Evaluierung und gegebenenfalls Krrektur dieser Daten ist erfrderlich, da ansnsten die systematischen Fehler in den Klimadaten direkt in die Abfluss-Simulatin übernmmen werden. 4 Arbeits- und Zeitplan Beschreibung des Wasserbilanz Mdells Datengrundlage (histrisch und Klimaszenarien) Mdell-Kalibrierung Histrische Simulatin Simulatin unter Klimaszenarien Diskussin der Auswirkungen Schlussflgerungen Es werden ein Zwischenbericht (nach ca. 6 Mnaten), swie ein Endbericht (nach max. 12 Mnaten) vrgelegt. Die Prjektlaufzeit ist mit bis geregelt. 5 Ergebnisse Diese Studie ermöglicht eine Reihe vn Schlussflgerungen auf Basis der histrischen Simulatin, der Auswertung vn Klimamdell-Daten, der Simulatin unter Klimaszenarien und der Abschätzung der Auswirkungen der Klimaänderung. Schlussflgerungen auf Basis der histrischen Simulatin mit bebachteten Daten der Peride 1887 bis 2007: Der bebachtete Abfluss hat ab ca im Smmer leicht abgenmmen. Die Jahreswerte zeigen aber keinen Trend. Allerdings kann eine saisnale Verschiebung im saisnalen Abfluss im 20. Jahrhundert festgestellt werden. Der bebachtete Niederschlag zeigt keinen klaren Trend. Die bebachtete Temperatur zeigt eine deutliche Erwärmung. Seit 1980 hat die Temperatur um +1 C zugenmmen. Seit 1960 beträgt dieser Anstieg +1.5 C. Insgesamt beträgt die Erwärmung vn 1887 bis 2007 in etwa +2 C. Die berechnete ptentielle Verdunstung zeigt ähnliche Trends wie die Temperatur. Allerdings Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0 4

5 ist auch der Einfluss der berechneten Glbalstrahlung mit Höchstwerten um 1890, 1950 und 2000 bemerkbar. Die Simulatin des Abflusses mit dem erstellten Wasserbilanzmdell ergibt eine hhe Mdellgüte. In den alpinen Teilgebieten ist die Mdellgüte höher als in tief gelegenen Teilgebieten. Eine Evaluierung der Abfluss-Simulatin in unterschiedlichen Periden innerhalb vn 1893 bis 2007 zeigt eine gute Übereinstimmung mit bebachteten Werten auch z.b. in ungewöhnlich warmen Jahren. Das Mdell eignet sich smit zur Simulatin unter einer Klima-Erwärmung und die Unsicherheiten aufgrund des Mdells werden als gering eingeschätzt. Der bebachtete starke Rückgang der Gletscher ist in der Simulatin gut abgebildet. Allerdings ist der Einfluss der Gletscher auf den Abfluss in der Dnau nicht sehr bedeutend. Der Einfluss der Speicher zur Erzeugung vn z.b. Wasserkraft hat vr allem im Winter einen signifikanten Einfluss auf den Niederwasserabfluss im Inn. Dieser Einfluss ist in der Dnau nch schwach bemerkbar. Schlussflgerungen nach Auswertung der Daten vn insgesamt 23 Reginalen Klimamdellen (RCMs) in der Peride 1951 bis 2100: Die Niederschlags- und Temperatur-Daten aus RCMs weichen in histrischen Periden teilweise stark vn bebachteten Werten ab. Daher ist eine Krrektur dieser Daten unumgänglich. Zwei RCMs mussten aufgrund vn zu grßen histrischen Abweichungen ausgeschieden werden. Die Temperatur-Daten aus RCMs zeigen eine kntinuierliche Zunahme der Temperatur zwischen +2 C und +5 C bis zum Jahr Der vn 1951 bis 2007 histrisch bebachtete Temperaturanstieg liegt im bersten Bereich der vn den RCMs simulierten Temperaturen. Die Veränderungen im zukünftigen Niederschlag variieren stark zwischen den einzelnen RCMs - swhl Zunahme als auch Abnahme wird prgnstiziert. Erst in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts zeigen die RCMs eine generelle Tendenz zu verringerten Smmerniederschlägen und eine Zunahme in den drei anderen Jahreszeiten. Reginal ergeben sich leicht differenzierte Trends in den RCM Prgnsen. Die Temperaturzunahme ist im alpinen Raum größer als im Flachland. Auch beim Niederschlag sind räumliche Unterschiede im saisnalen Trend erkennbar. Schlussflgerungen auf Basis der Simulatin unter Klimaszenarien bis zum Jahr 2100: Eine Sensitivitäts-Analyse zeigt, dass Unsicherheiten im zukünftigen Niederschlag wesentlich sensitiver sind als Unsicherheiten in der Temperatur der Glbalstrahlung. Ein Vergleich der verwendeten, eher simplen Krrektur-Methde der RCM-Daten (Delta- Change) mit einer aufwendigeren Methde (Quantile Mapping) ergibt sehr ähnliche Ergebnisse. Die verwendete Methde erscheint daher als zulässig. Die Abfluss-Simulatinen variieren mit verschiedenen RCMs stark. Die Hauptursache sind Unterschiede im Niederschlag. Dies verdeutlicht, dass bei Verwendung vn nur einem einzigen RCM das Endergebnis vm Zufall beeinflusst wäre. Deswegen wird in dieser Studie die ganze Bandbreite möglicher Veränderungen im Abfluss abgeschätzt. Im Vergleich zur Referenzperide ergibt der Median aller Simulatinen mit RCMs eine Abnahme des mittleren Jahresabflusses vn -5 % für In der Peride liegt der Median bei -13 % - ein Viertel aller RCMs zeigt Abnahme vn mehr als -25 %. Die saisnale Auswertung im Abfluss zeigt in zukünftigen Periden signifikante Veränderungen, die in der Peride besnders stark ausgeprägt sind. Es tritt eine Verflachung der Saisnalität ein, mit einem früheren Einsetzen der Schneeschmelze. Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0 5

6 Besnders stark nehmen die Abflüsse im Smmer ab. Im Frühling und Herbst ist die Abnahme weniger stark bei einzelnen RCMs wird auch Zunahme simuliert. Im Winter ist die Zahl der Simulatinen mit Abnahme der Zunahme im Abfluss ausgeglichen. Für die Abfluss-Dauerlinie ergeben sich weniger starke Veränderungen als in der Saisnalität ist mit keiner wesentlichen Veränderung zu rechnen. Für ergibt sich eine Verschiebung der Dauerlinie zu niedrigeren Werten. Um das Jahr 2050 halbiert sich das Gletschervlumen im Vergleich zum Beginn des 21.Jahrhunderts. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts werden die meisten Gletscher verschwunden sein. Dieser starke Rückgang der Gletscher ist aber für den Abfluss in der Dnau selbst in besnders trckenen, heißen Mnaten vn geringer Bedeutung. Auswirkungen des Klimawandels: Generell sind die Auswirkungen in der Peride nch eher gering. In der Peride werden die Auswirkungen aber signifikant hier entspricht der mittlere saisnale Abfluss in etwa den histrisch trckensten Jahren. Für die Schifffahrt ist in der Peride mit Beeinträchtigungen zu rechnen. Der Median aller Simulatinen ergibt eine Unterschreitungsdauer des histrischen Regulierungsniederwassers vn einem Mnat. In einem Viertel aller Simulatinen beträgt die Unterschreitungsdauer sgar mehr als 2 ½ Mnate. Die Verflachung der Saisnalität bringt keine Vrteile für die Wasserkraft an der Dnau, das insgesamt der Abfluss abnimmt. Für die Peride ist ein leichter Rückgang vn -4 % zu erwarten. Dieser Rückgang wird für mit -12 % signifikant und beträgt in einem Viertel aller Simulatin mehr als -23 %. Aussagen über die Gefährdung durch Dnau-Hchwässer sind nur bedingt möglich. Vermutlich wird sich die Hchwassersituatin im Smmer entspannen und im Winter verschärfen. Nach wie vr werden die größten Hchwässer in der warmen Jahreszeit auftreten. Durch die Verwendung einer grßen Anzahl der aktuellsten reginalen Klimaszenarien zeigt diese Studie die Bandbreite der möglichen Veränderung im Abfluss, der Wasserbilanz und der Auswirkungen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts auf. Alle reginalen Klimaszenarien beruhen aber auf dem selben mittleren Emissinsszenari, das eventuell zu ptimistisch ist. Bei einer zukünftig nch stärkeren Temperatur-Erwärmung wären auch die Veränderungen im Abfluss und die Auswirkungen größer. Diese Prjektbeschreibung wurde vn der Fördernehmerin/dem Fördernehmer erstellt. Für die Richtigkeit, Vllständigkeit und Aktualität der Inhalte übernimmt der Klima- und Energiefnds keine Haftung. Endbericht_K09DV0S00001_KlimaänderungDnau_v1.0 6