Einfluss des Klimawandels auf die Süßwasserressourcen der Erde

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1 Einfluss des Klimawandels auf die Süßwasserressourcen der Erde Petra Döll Institut für Physische Geographie Goethe-Universität Frankfurt

2 Auswirkungen des Klimawandels auf Süßwasserressourcen Kapitel 3 der AG II mit ca. 60 Seiten, davon 2 Seiten Executive Summary Plus drei Cross-Chapter Boxes zu 1) Süßwasserökosystemen, 2) der Rolle der aktiven Vegetation sowie 3) dem Wasser-Energie-Nahrungsmittel- Klimawandel-Nexus Plus Informationen in den regionalen Kapiteln Heute: Beobachtete Auswirkungen Zukünftige Risiken/Auswirkungen Klimaschutz und Wasser/Anpassung im Wassersektor 2

3 Was bedeutet: Auswirkungen des Klimawandels wurden beobachtet? Zweistufiges Vorgehen mit Nachweis und Zuschreibung (Fünfter Sachstandsbericht der Arbeitsgruppe II des IPCC 2014) 1. Nachweis (Detection) Es wird nachgewiesen, dass eine statistische signifikante Änderung (Trend) einer Größe stattgefunden hat, und sich nicht nur die natürliche (Klima)variabilität auswirkt. 2. Zuschreibung (Attribution) Die nachgewiesene Änderung einer Größe kann auf beobachtete Klimaänderungen (natürliche und anthropogene) zurückgeführt werden 3

4 Nachweis und Zuschreibung Nachweis und Zuschreibung ist am klarsten, wenn 1. die Auswirkung vom Temperaturanstieg dominiert wird 2. es wenige nicht-klimatische Triebkräfte gibt, die sich verändert haben (Gletscherschwund im Vergleich zu Wasserverschmutzung, aber siehe Abb. 3-2 zu beobachteten Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserqualität) 4

5 Beobachtete Auswirkungen des Klimawandels in allen Systemen (Literatur ) Abb. SPM.2a in IPCC AR5 WG II SPM

6 Beobachtete Auswirkungen auf Durchfluss in Einzugsgebieten mit Schnee Außer in sehr kalten Gebieten Maximale Schneemenge im Frühjahr hat sich verringert Frühjahrsmaximum des Durchflusses tritt früher auf Weniger Hochwässer durch Schneeschmelze Höhere Durchflüsse im Winter Verringert Niedrigwasserdurchflüsse im Sommer Niederschlagsgetriebene Zunahmen des jährlichen Durchflusses werden in der Arktis beobachtet. 6

7 Beobachtete Auswirkungen auf Gletscher und die daraus gespeisten Wasserressourcen Vorübergehende Schmelzwasserdividende Durch die geringere Wasserspeicherung im Winter gehen ab einem gewissen Zeitpunkt die Niedrigwasserabflüsse im Sommer zurück (außer in Monsungebieten) 7

8 Dürren und Hochwässer Niederschlags- und Bodenwasserdürren haben in manchen Gebieten (einschl. Südeuropa und Westafrika) seit 1950 zugenommen, aber in vielen anderen Gebieten gibt es keine Belege für eine Änderung. Es gibt sehr wenig Belege für eine Änderung des Auftretens von Durchflussund Grundwasserdürren. Für Hochwässer, die von Starkregenereignissen verursacht werden, und nicht von Schneeschmelze, gibt es nur schwache Belege dafür, dass sie bereits vom Klimawandel beeinflusst wurden 8

9 Wurde dieses Hochwasser durch den Klimawandel verursacht? Solche Fragen können bislang nicht beantwortet werden. Ausnahme: Es gibt eine Studie zum Herbsthochwasser 2000 in Großbritannien (Pall et al. 2011), in deren Rahmen tausende von Modellläufen mit einem Klimamodell für saisonale Vorhersagen durchgeführt wurde, für die viele Bürger ihre privaten Computer zur Verfügung stellten ( Es wurden die Niederschläge und Durchflüsse unter dem tatsächlichen Klima (mit Klimawandel) und unter einer hypothetischen Welt ohne Klimawandel berechnet und die unter diesen Bedingungen berechneten Durchflüsse miteinander verglichen. Ergebnis: Das Hochwasser im Herbst 2000 wurde durch den Klimawandel zwei- bis dreimal wahrscheinlicher als es ohne Klimawandel gewesen wäre. (Pall et al. 2011, vereinfacht von Graham Cogley) 9

10 Zukünftige Risiken des Klimawandels für das Süßwasser Die Unsicherheiten zukünftiger Projektionen sind groß, aber inzwischen gut quantifiziert (Unsicherheiten bei Klimamodellen, Downscaling und hydrologischen Modellen) Moderne Herangehensweise: Ensembles von Modellläufen generieren, unter Nutzung der Szenarien einer Reihe von Klimamodellen als Input eines oder besser mehrerer hydrologischer Modelle. Jeder Lauf wird als gleich wahrscheinlich betrachtet. Dann können Ensemble-Mittelwerte und die Wahrscheinlichkeitsverteilung betrachtet werden Je nach Sicherheitsbedürfnis können z.b. dann die Gegenden identifiziert werden, bei denen z.b. 50% oder auch nur 10% aller Läufe eine Verringerung der Wasserressourcen um 10% projizieren. 10

11 Beispiel: Änderung der Grundwasserneubildung in Australien (Crosbie et al. 2013) 16 Klimamodelle, 1 hydrologisches Modell RSF: zukünftige GWR/historische GWR 11

12 Zukünftige Risiken des Klimawandels für das Süßwasser Eine große Anzahl von Modellierungsstudien seit dem 4. Sachstandsberichts haben trotz der Unsicherheiten gezeigt, dass die wasserbezogenen Risiken des Klimawandels deutlich mit steigenden Treibhausgaskonzentrationen/globaler Erwärmung zunehmen Siehe Tabelle 3-2 des Kapitels 3, mit Beispielen zu Hochwasser(schäden), Wasserressourcen, Wasserknappheit, Änderungen des Fließregimes, mit Auswirkungen auf Süßwasserökosysteme und Energieerzeugung, etc. 12

13 Beispiele für steigende Risiken Im Durchschnitt wird der Anteil der Weltbevölkerung, die von einer mindestens 20% Verringerung der Wasserressourcen betroffen ist, je 1 C globaler Erwärmung um durchschnittlich 7% zunehmen (Schewe et al. 2013, 5 Klimamodelle, 11 globale hydrologische Modelle). Für jede weitere globale Erwärmung um 1 C werden ca. 4% der globalen Landfläche (ohne Grönland und Antarktis) von einer Verringerung der Grundwasserressourcen um mehr als 30% betroffen sein, und ca. 1% der Landflächen von einer Verringerung um mehr als 70% (Portmann et al. 2013, 5 Klimamodelle, 1 hydrologisches Modell). GWR-Abnahme > 30% 13

14 Räumliche und saisonale Unterschiede hydrologischer Größen nehmen durch den Klimawandel zu Der Klimawandel wird die Oberflächen- und Grundwasserressourcen in den meisten Gebieten mit trockenen oder mediterranen subtropischen Klima verringern. Dies wird die sektorale Konkurrenz um Wasser verschärfen. 14

15 Wissensdefizit: Einfluss der sich ändernden ( aktiven ) Vegetation auf die Evapotranspiration und damit den Abfluss CO 2 : Pflanzen transpirieren weniger (physiologischer Effekt): Abfluss CO 2 : Pflanzen wachsen stärker (struktureller Effekt): Abfluss Klima ändert sich: Pflanzen wachsen besser oder schlechter, oder andere Pflanzen wachsen: Abfluss? Insgesamt: Abfluss? Hydrologische Modelle berücksichtigen diese Prozesse nicht, Vegetationsmodelle kommen zu gegensätzlichen Ergebnissen (Davie et al. 2013) Effect of considering increasing CO 2 or not for computing cc impact on mean annual runoff (Murray et al. 2012); red: less runoff due to increasing CO 2 15

16 Klimaschutz und Wasser (3.7) Einige Klimaschutzmaßnahmen verursachen Risiken für Süßwassersysteme (z.b. Bioenergie, Wasserkraft, Aufforstung) Einige Wassermanagementmaßnahmen beeinflussen den Klimaschutz (z.b. Wassermanagement für Reisfelder) 16

17 Anpassung an den Klimawandel im Wassersektor (3.6) Adaptives Wassermanagement mit flexiblen, low-regret Lösungen, die auch angesichts der durch den Klimawandel stark gestiegenen Unsicherheiten funktionieren. Sehr wenig Informationen zu den Kosten der Anpassung vorhanden. 17

18 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m), Österreich ( 18

19 Additional uncertainty due vegetation responding to CO2 and climate change 5 GCMs, and 8 GHMs and 4 biome models that take into account the impact of CO 2 increase (Davie et al. 2014) Two biome models compute increased runoff, two compute decreased runoff compared to GHMs with passive vegetation! 19

20 Additional uncertainty due to neglecting the active role of vegetation Effect of considering increasing CO 2 or not for computing cc impact on mean annual runoff (Murray et al. 2012); red: less runoff due to increasing CO 2 20

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