Globale Klimaänderungen und regionale Auswirkungen in Deutschland

Transkript

1 Klimaschulen in Sachsen in Siebeneichen Globale Klimaänderungen und regionale Auswirkungen in Deutschland Diana Rechid Climate Service Center Germany - GERICS

2 Climate Service Center Germany GERICS Gründung 2009 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF Seit 1. Juni 2014 selbstständige wissenschaftliche Organisationseinheit des Helmholtz Zentrum Geesthacht, Sitz in Hamburg, Chilehaus Interdisziplinäres Team von Naturwissenschaftlern und Sozioökonomen (zur Zeit ca. 50 Mitarbeiter) GERICS entwickelt wissenschaftlich fundiert prototypische Produkte und Dienstleistungen, um Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Anpassung an den Klimawandel zu unterstützen. Chilehaus Hamburg D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

3 Inhalt Klimasystem und Klimaänderungen Klimaprojektionen: Klimaausblick bis zum Ende des Jahrhunderts Regionale Auswirkungen in Deutschland Klimaschutz und Klimaanpassung D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

4 Wetter und Klima WETTER Physikalischer Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort; charakterisiert durch messbare Parameter (z. B. Lufttemperatur, Luftdruck, Niederschlag) Weather is what you get Quelle: MPI-M, nach IPCC 2007 Klima Statistik des Wetters über einen langen Zeitraum (von 30 Jahren nach WMO); charakterisiert durch statistische Verteilung meteorologischer Parameter (z.b. 30-jähriges Mittel der saisonalen Lufttemperatur) Climate is what you expect D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

5 Das Klimasystem Quelle: MPI-M, nach IPCC 2007 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

6 Ursachen von Klimaschwankungen Schwankungen des Klimas auf allen zeitlichen und räumlichen Skalen, die über einzelne Wetterereignisse hinausgehen; beruhen auf freien (internen) oder erzwungenen (externen) Wechselwirkungen Interne Klimaschwankungen ( Klimavariabiliät ): Interne Prozesse und Wechselwirkungen im Klimasystems (z. B. großskalige Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre, ENSO, NAO) Extern verursachte Klimaschwankungen: Natürliche Ursachen z. B. Erdrotation, Neigung der Erdachse, Solare Variabilität, Erdbahnparameter Vulkaneruptionen, Kontinentaldrift Anthropogene Ursachen Emissionen von Treibhausgasen und Aeorosolen Landnutzungsänderungen und -management 6 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

7 Ursachen von Klimaschwankungen Schwankungen des Klimas auf allen zeitlichen und räumlichen Skalen, die über einzelne Wetterereignisse hinausgehen; beruhen auf freien (internen) oder erzwungenen (externen) Wechselwirkungen Interne Klimaschwankungen ( Klimavariabiliät ): Interne Prozesse und Wechselwirkungen im Klimasystems (z. B. großskalige Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre, ENSO, NAO) Klimawandel Statistisch signifikante Änderung des Klimas Externe Klimavariabiliät: über langen Zeitraum fortbestehend Natürliche Ursachen (IPCC: mindestens 10 Jahre) z. B. Erdrotation, Neigung der Erdachse, Solare Variabilität, Erdbahnparameter Vulkaneruptionen, Kontinentaldrift Anthropogene Ursachen Emissionen von Treibhausgasen und Aeorosolen Landnutzungsänderungen und -management 7 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 Anthropogogener Klimawandel

8 Energiebilanz der Erde Quelle: MPI-M Ohne Treibhausgase: -18 C Mit Treibhausgasen: 15 C D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

9 Zusammensetzung der Atmosphäre Composition of the troposphere Nitrogen Oxygen others 9 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

10 Kohlendioxid - CO 2 Konzentration in der Atmosphäre in den letzten Jahren Quelle: NASA/NOAA D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

11 CO 2 Konzentration in der Atmosphäre ppm Quelle: NOAA Earth System Research Laboratory D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

12 Jährliche CO 2 Emissionen und Verteilung in Atmosphäre, Land und Ozean CO flux (Gt CO /yr) Data: CDIAC/NOAA ESRL/GCP/Joos et al 2013/Khatiwala et al Verbrennung fossiler Rohstoffe und Zementproduktion Fossil fuels and industry Landnutzungsänderungen Land use change Land sink Land Atmosphere Ocean sink Atmosphäre Ozean Global Carbon Project Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton et al 2012; Giglio et al 2013; Joos et al 2013; Khatiwala et al 2013; 12 Le Quéré et al 2015; Global Carbon Budget D. Rechid, 2015 Climate Change, 7 Nov

13 Änderung des Strahlungsantriebs 2011 im Vergleich zu Source: IPCC 2013 AR5 WGI D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

14 Beobachtete Änderung der globalen Jahresmittel Temperatur 1850 bis 2012 im Vergleich zu Veränderung der Strahlungsbilanz führt zu einer Erhöhung der oberflächennahen Lufttemperatur (0.78 [0.72 bis 0.85] K) 14 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

15 Beobachtete Temperaturänderung der bodennahen Luftschicht Source: IPCC 2013 AR5 WGI Figure SPM.1 (b) D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

16 Zunahme der Energie im Klimasystem Source: IPCC 2013 AR5 WGI Der größte Teil der zusätzlichen Energie im Klimasystem findet sich in der Erwärmung der Ozeane: etwa 93% 1971 bis D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

17 IPCC AR5 WGI: Beobachtete Änderungen im Klimasystem Atmosphäre: Anstieg der bodennahen globalen Mitteltemperatur von um 0,85 C Ozean: Erwärmung der oberen 75 Meter von im Mittel um 0,11 C pro Dekade. Meeresspiegel: Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels von um etwa 19 cm Verdopplung des Anstieg in den letzten 20 Jahren auf 3,2 mm pro Jahr Eis und Schnee: Globaler Rückgang der Gletscher und polaren Eismasse (wenige Ausnahmen) Von ist 6x soviel Grönlandeis geschmolzen, wie in den 10 Jahren davor Verringerung des arktischen Meereises um 3,5 bis 4,1% pro Dekade im Zeitraum Niederschlag: Anstieg der Niederschläge in feuchten Regionen der Tropen und mittleren Breiten der Nordhalbkugel Abnahme der Niederschläge in trockenen Regionen und Subtropen zwischen Wetterextreme: Abnahme der kalten Nächte und Tage, Anstieg der warmen Tage und Nächte seit 1950 Häufiges Auftreten von Hitzewellen in Europa, Asien, Australien Häufiger auftretende und intensivere Starkregenereignisse in Nordamerika und Europa 17 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

18 Arktische Meereisausdehnung Arktische Meereisausdehnung zeigt im September 2012 neues Minimum mit etwa 50% geringeren Wert als Mittelwert über Arktische Meereisausdehnung im Sommer Source: IPCC AR Source: NSIDC National Snow and Ice Data Cente, Boulder CO 18 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

19 IPCC AR5 Current state of scientific knowledge relevant to climate change: 5th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change: WGI Climate Change 2013: The Physical Science Basis (Sep 2013) WGII Climate Change 2014: impacts, adaptation and vulnerability (March 2014) WGIII Climate Change 2014: mitigation of climate change (April 2014) Climate Change 2014: Synthesis Report (SYR): October D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

20 20 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov

21 Klimaprojektionen 21 Climate Service Service Center Center Germany 2.0

22 Representative Concentration Pathways RCPs RCP8.5 > 1000 ppm CO 2 -eq RCP ppm CO 2 -eq RCP ppm CO 2 -eq RCP ppm CO 2 -eq Large and sustained mitigation is required Over 1000 scenarios from the IPCC Fifth Assessment Report are shown Source: Global Carbon Budget 2015, Data: Fuss et al 2014; CDIAC / GCP / IPCC 22 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

23 Klimamodellierung Source: IPCC 2007 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

24 Simulierte Änderung der globalen Mitteltemperatur 1860 bis heute Quelle: IPCC 2013 AR5 WGI Nur wenn in den Klimamodellen die durch den Menschen verursachten Emissionen von klimawirksamen Stoffen entsprechend den Beobachtungen berücksichtigt werden, bilden sie die beobachteten räumlichen und zeitlichen 24 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 Muster der globalen Erwärmung ab.

25 Internationale koordinierte Modellexperimente CMIP3 und CMIP5 MIPs Model Intercompariso Projects (since 1990): standard experiment protocol and an world wide community-based infrastructure in support of model simulations, validation, intercomparison, documentation and data access. CMIP5: a new set of coordinated, based on the new RCPs, global model basis for IPCC AR5 CMIP3: coordinated climate projections, based on emission scenarios from SRES, basis for IPCC AR4 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland Source: IPCC 2013 AR5 Chapter 9

26 Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg Foundation in 1975 Fundamental Research on the Earth's Climate and Climate Change Models of the Earth system (MPI-ESM) Connected to the German Climate Computing Center (DKRZ) Atmosphere in the Earth System Land in the Earth System Ocean in the Earth System 26 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

27 MPI-ESM projizierte mittlere Temperaturänderung vs Quelle: MPI-M D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

28 MPI-ESM projizierte arktische Meereisausdehnung Quelle: MPI-M D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

29 Regionale Auswirkungen in Europa und Deutschland 29 Climate Service Service Center Center Germany 2.0

30 Dynamische Regionalisierung RCM model domain large scale forcing Globalmodelle Δx(0 ): 400 km bis 100 km Regionalmodelle Δx: 50 km bis 2.5 km Modellierung aller relevanten physikalischen Prozesse in 3-D Ausschnitt Interner Rechenzeitschritt: 2 min - 12 sec D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

31 Model resolutions from GCM to RCM EURO-CORDEX km GCM ~150 km EURO-CORDEX km Model orography at different model resoltions Example: European Alps Quelle: GERICS D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

32 Projizierte Änderungen der bodennahen Lufttemperatur im Winter (DJF) und im Sommer (JJA) RCP vs Quelle: Jacob et al. (2014) EURO-CORDEX: new high-resolution climate change 32 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 projections for European impact research. Reg Environ Change 14: (Figure s3)

33 Projizierte Änderungen der Jahresmitteltemperatur Fortlaufendes 30-Jahresmittel vs Deutschland Δ temperature [K] 0,5 C 1,8 C ~ 2,8 bis 4,5 C ~ 1,2 bis 2,8 C ~ 1 C Quelle: Rechid et al., 2014, 2016 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

34 Häufigkeitsverteilung der Tagesmittel-Temperaturen Metropolregion Hamburg, REMO C20_ Winter Sommer Rechid et al., 2012 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

35 Häufigkeitsverteilung der Tagesmittel-Temperaturen Metropolregion Hamburg, REMO C20_ und A1B_ Winter Sommer Rechid et al., 2012 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

36 Projizierte Änderungen des Niederschlags im Winter (DJF) und im Sommer (JJA) RCP vs Quelle: Jacob et al. (2014) EURO-CORDEX: new high-resolution climate change projections for European impact research. Reg Environ Change 14: (Figure s3) 36 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

37 Projizierte Änderungen von relativ hohen Niederschlägen im Winter (DJF) und im Sommer (JJA) vs Jacob et al. (2014) RCP4.5 D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 RCP8.5

38 Starkregen - Urbane Überflutung Überfluteter Hauptbahnhof Hamburg, (P. Becker) (T. De Paus et al. 2011) Gefahr: Zunahme urbaner Überflutungen Problem: Lokal begrenztes Ereignis, Ort nicht genau vorhersagbar D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

39 Beispielhafte Schäden nach Extremereignissen Schiene Dammrutsch und Unterspülung im Raum Wasserburg (Mai 2013) Straße Hitzeschäden Fahrbahndecke A93 in Bayern (Juni 2013) Kalkulierte Sanierungskosten für den Dammrutsch von bis zu Euro Motorradunfall mit einem Toten Bei ähnlicher Situation im Jahr 2015 wurde das Tempolimit auf 80 km/h reduziert D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

40 Klimaschutz und Anpassung 40 Climate Service Service Center Center Germany 2.0

41 Weltklimarat (IPCC) AR5: um die 2 C-Obergrenze einzuhalten, müssen die weltweiten vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen in 2050 gegenüber 2010 um 40 bis 70 % reduziert werden und im Jahr 2100 nahe oder unter Null liegen. 41 Quelle: EEA Climate Service Service Center Center Germany 2.0

42 Treibhausgas-Emissionen in Deutschland seit 1990 Treibhausgas-Emissionen in Deutschland seit 1990 nach Gasen sowie Ziele für (Kyoto-Protokoll), 2020 und 2050 (Bundesregierung) Millionen Tonnen Kohlendioxid-Äquivalente Kyoto-Ziel Ziel Ziele 2050 max. 250 min. 62,5 0 Kohlendioxid* Methan Lachgas HFKW FKW Schwefelhexafluorid Stickstofftrifluorid * ohne Kohlendioxid aus LULUCF ** Zeitnahprognose für D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 Quelle: Climate Umweltbundesamt Service Center Germany Quelle: Umweltbundesamt 2015, Nationale Treibhausgas-Inventare 1990 bis 2014 (Stand: 01/2016) und Zeitnahprognose 03/2016

43 Treibhausgas-Emissionen in Deutschland seit D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014 Quelle:

44 Treibhausgas-Emissionen pro Person im Vergleich t/person in 2014: USA 17,4 China 7,1 EU28 6,8 Welt 4,9 Indien 2,0 Quelle: CDIAC; Le Quéré et al 2015; Global Carbon Budget D. Rechid, Climate Change, 7 Nov 2014

45 Projizierte Änderungen der Jahresmitteltemperatur Fortlaufendes 30-Jahresmittel vs Deutschland Δ temperature [K] 0,5 C 1,8 C Quelle: Rechid et al., 2014, 2016 D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

46 Konzept Klimawandel, Vulnerabilität und Anpassung Quelle: EEA Report, N 4/2008, Ch.6. Adaptation to climate change; Figure from Isoard, Grothmann and Zebisch (2008). 46 Übersetzt und angepasst in: Groth, M. und Nuzum, D. Rechid, A.-K. Climate (2016): Change, Informations- 7 Nov 2014 und Unterstützungsbedarf von Kommunen zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels. GERICS-Report Climate Service 25. Center Hamburg. Germany

47 Weiterentwicklung von Klimaschutzkonzepten Klimaschutz und Anpassung: Synergien nutzen (Quelle: Climate Service Center Germany (GERICS) and KfW Development Bank (2015) Climate Focus Paper: Cities and Climate Change, verändert) D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

48 Anpassungsstrategien Sea level rise Current sea level Wait and see Absicherung Anpassung Zurückweichen Quelle: KLIMZUG-Nord D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

49 Die KLIMZUG Projektverbünde D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland

50 Geschätzte CO 2 Emissionen für 2015 aus Verbrennung fossiler Rohstoffe und Industrie (Zementproduktion) Projection for 2015: 35.7 ± 1.8 GtCO 2, 59% over 1990 Global emissions from fossil fuel and industry: 35.9 ± 1.8 GtCO 2 in 2014, 60% over 1990 Uncertainty is ±5% for one standard devia3on (IPCC likely range) Estimates for 2012, 2013, 2014, and 2015 are preliminary 50 Source: CDIAC; Le Quéré et al 2015; Global D. Rechid, Carbon Climate Change, Budget 7 Nov

51 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. D. Rechid, Globale Klimaänderungen und Auswirkungen in Deutschland