Ursachen der prekären Lage der Trinkwasserversorgung für die Region Sao Paolo im Einzelnen dargelegt und illustriert werden.

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1 Niederschlagsdefizit und Dürre verschärfen sich in Südost-Brasilien trotz der Februar-Niederschläge Dr. Markus Ziese; Dr. Andreas Becker; Stand: 5. März 2015 Einleitung Seit Monaten berichten die Medien [1] über die steigenden Probleme bei der Wasserversorgung im Südosten Brasiliens, wo der Großteil der Bevölkerung des Landes lebt (Abbildung 1). Die Ursachen sind vielfältig und dabei nicht nur witterungsbedingt. Mitentscheidend für die Situation und zukünftige Entwicklung ist aber eindeutig der Verlauf der alljährlichen Regenzeit von Oktober bis März, in der normalerweise (also im langjährigem Mittel) rund 80% des Jahresniederschlags fallen (entsprechend rund 1100 mm). Die Monate April bis September sind dagegen vergleichsweise niederschlagsarm und damit unbedeutend für die Gesamtlage. Der Gesamtjahresniederschlag in dieser Region (rote Box, Abb.1) beträgt rund 1400 mm (Abbildung 2) was dem Doppelten der mittleren Jahresniederschläge in Deutschland entspricht. Ein Teil des Niederschlages geht durch die im Vergleich zu Deutschland temperaturbedingt höhere Verdunstung in der Bilanz verloren. Um die Bevölkerung und Industrie mit ausreichend Wasser zu versorgen, muss bei normalen Klimabedingungen in der Region in der Regenzeit hinreichend Wasser gespeichert werden, um den Bedarf in der Trockenzeit zu decken. Bei normalen Niederschlagsbedingungen verbleibt ein Überschuss, der es zusätzlich erlaubt über wasserbauliche Maßnahmen rund ¾ der Stromversorgung durch Wasserkraft zu decken. Damit weist das Land selbst aus deutscher Sicht einen hohen grünen Anteil im Energiemix der Stromerzeugung auf. Abbildung 1: links: Topografische Karte Brasilien, das rot umrandete Gebiet gibt die Region wieder, für die der Gebietsniederschlag in Abb.2 und das Niederschlagsdefizit in Abb. 3 berechnet wurde. Rechts: Bevölkerungsdichte in Brasilien. Quellen: [2] und [3]. 1

2 Was hat im letzten Jahr die Probleme mit ausgelöst? Jüngste Analysen des Weltzentrums für Niederschlagsklimatologie (WZN) beim Deutschen Wetterdienst (DWD) zeigen: In den Regionen Sao Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais und Espirito Santo (ungefähr von 50 W bis 40 W und 28 S bis 17 S, siehe rote Box in Abbildung 1) hat sich seit Dezember 2013, also mehr als einem Jahr, ein Niederschlagsdefizit von rund 425 mm akkumuliert (Abbildung 3), was zu Engpässen bei der Wasserversorgung führt. Somit hat es schon ab dem zweiten Drittel der letzten Regenzeit gegenüber dem langjährigen Mittel deutlich zu wenig geregnet. Besonders tückisch war dabei, dass der November 2013 noch zu nass ausfiel, und einen positiven Ausblick auf den weiteren Verlauf der Regenzeit zuließ, so dass kein Bedarf an Restriktionen bei der Wasserentnahme notwendig erschien. Mit einer normalen Regenzeit 2014/2015 wäre das Niederschlagsdefizit der Regenzeit des Winters 2013/2014 von rund 200 mm auch ohne vorsorgende Maßnahmen in den Bereichen Wasserspeicherung und effiziente Wasser- und Energienutzung kompensiert worden. Die aktuelle Regenzeit hat aber bisher schon ein noch größeres Defizit von zusätzlich 225mm gezeitigt. Sie wird in den nächsten Wochen enden und mit einem Gesamtdefizit von 425mm eine Region hinterlassen, deren Trinkwasser-Reservoirs, gemäß übereinstimmender Medienberichte [1], teilweise auf gerade mal 5% der normalen Speicherkapazität reduziert sind. Es ist damit trotz der normalen Niederschläge im Februar mit keiner Enspannung der Versorgungssituation in den kommenden Monaten zu rechnen. Im Folgenden sollen die hydroklimatologischen Ursachen der prekären Lage der Trinkwasserversorgung für die Region Sao Paolo im Einzelnen dargelegt und illustriert werden. Klima und Jahreszeiten Die vom Niederschlagdefizit betroffene Region liegt in der Übergangszone von den Tropen zu den Subtropen südlich des Äquators, so dass es dort eine Regenzeit im lokalen Sommer von Oktober bis März gibt. Im lokalen Winter ist es bedeutend niederschlagsärmer, jedoch nicht niederschlagsfrei (Abbildung 2). Die mittlere Temperatur liegt an der Küste ganzjährig zwischen 20 C und 25 C. Damit zeichnet sich der dortige Winter nicht durch Kälte, sondern durch Trockenheit und eine hohe potentielle Verdunstung aus. Niederschlagsmengen der vergangenen Monate In Abbildung 2 ist die Menge des monatlichen Gebietsniederschlags basierend auf Analysen des WZN (für 2010: Full Data Reanalyse V.6 [4] für 2011 bis 2014: Monitoring Produkt V.4 [5]; für Januar und Februar 2015 First Guess Produkt [6] und die entsprechenden langjährigen Bezugswerte (WZN Klimatologie [7]) seit Januar 2010 dargestellt. Abbildung 3 zeigt die akkumulierte Niederschlagsbilanz, also die aufsummierte Differenz aus dem beobachteten Gebietsniederschlag minus den langjährigen Bezugswerten. Während die Regenzeiten bis einschließlich 2012/2013 mehr Niederschlag brachten als im langjährigen Mittel zu erwarten war, endete die Regenzeit 2013/2014 früher als üblich mit einem Niederschlagsdefizit vom rund 200 mm. Mit Ausnahme des Dezembers 2013, des Novembers 2014 und des Februars 2015 waren alle Monate der letzten beiden Regenzeiten trockener als üblich. Die beobachtete Niederschlagsmenge entsprach teilweise nur der Hälfte der zu erwartenden Menge und das Niederschlagsdefizit wuchs über die letzten 15 Monate von Dezember 2013 bis einschließlich Februar 2015 beinahe kontinuierlich an. 2

3 Abbildung 2: Beobachtete monatliche Gebietsniederschläge (rot) für das in Abbildung 1 rot markierte Gebiet im Südosten Brasiliens und die entsprechenden langjährigen ( ) Mittelwerte [7] (blau). Abbildung 3: Akkumulierte Niederschlagsbilanz für das in Abbildung 1 rot markierte Gebiet im Südosten Brasiliens. Im Februar 2015 setzten wieder Niederschläge ein. Diese entsprechen den erwarteten Mengen und liegen teils sogar darüber, so dass über das gesamte Gebiet 115% des langjährigen Mittels beobachtet wurden, siehe Abbildung 4. Da der Regen durch Schauer und Gewitter 3

4 fällt, sind große Unterschiede auf kleinen räumlichen Distanzen möglich, so dass nicht unbedingt alle Orte in der Region gleichmäßig Regen erhalten haben. Auch sind die Intensitäten teils so hoch, dass der Niederschlag oberflächlich abfließt und nicht in den Boden eindringt. Abbildung 4: links: Beobachtete Niederschlagssumme aus dem First Guess Produkt [6] (in Millimetern) für den Februar rechts: Relative Abweichung (in Prozent) des beobachteten Niederschlags im Vergleich zu der im Februar zu erwartenden Menge aus langjährigen Mittelwerten [7]. Klimatologische Einordnung Wiederkehrende Dürreperioden sind in Brasilien keine Seltenheit. In den letzten 60 Jahren war die Regenzeit 1970/1971 besonders trocken, in der gesamten Regenzeit fielen nur rund 840 mm. Weitere zu trockene Regenzeiten waren in den Jahren 1968/1969 und 1988/1989. Im WMO Annual Climate Statement 2013 [8] wird die schlimmste Dürre seit 50 Jahren für den Nordosten Brasiliens vermerkt. Trendanalysen basierend auf der Full Data Reanalyse [4] des WZN zeigen eine Verkürzung der Regenzeit durch sowohl einen späteren Beginn als auch ein früheres Ende in den Jahren von 1951 bis Dafür nimmt die Menge des Niederschlags in den verbleibenden Monaten der Regenzeit als auch im ersten und letzten Monat der Trockenphase zu, so dass die Jahresmenge des Niederschlags sogar zunimmt. Die Region zeichnet sich nicht durch eine hervorgehobene Sensitivität gegenüber El Nino/Southern Oscilation (ENSO) aus. Damit ist eine erhöhte Variabilität des saisonalen Niederschlags festzustellen, ohne dass es eine Chance gibt, diese über die ENSO Sensitivität vorhersagen zu können. Wie geht es in den nächsten Monaten weiter? Die Besonderheit der aktuellen Dürreperiode im Südosten Brasiliens ist, dass durch ein früheres Ende der vergangenen Regenzeit 2013/2014 bereits ein erhebliches Niederschlagsdefizit von rund 200 mm aufgebaut wurde (Abbildung 3) was inzwischen durch die Defizite der jüngsten Regenzeit auf 425mm angewachsen ist. Die Trockenzeit, für die Wasservorräte notwendig sind, steht bald bevor. Selbst wenn der März noch durchschnittliche Niederschlagsmengen bringen sollte, wird es in dieser Regenzeit nur rund 900 mm Niederschlag gegeben haben. Damit wird sich das Niederschlagsdefizit im Vergleich zum Beginn der Regenzeit verdoppelt haben. Eine ausreichende Versorgung mit Trinkwasser für die Bevölkerung und Brauchwasser für die Industrie dürfte dann nicht mehr gewährleistet werden können. Schließlich sagen die jüngsten saisonalen Vorhersagen (EUROSIP Ensemble) für die nächsten Monate ein zumindest moderat zu warmes Klima über Brasilien und insbesondere im Südosten Brasiliens voraus. Damit gibt es in der kommenden Trockenzeit keine Entlastung durch eine vergleichsweise reduzierte potentielle Verdunstung gegenüber den Nor- 4

5 malverhältnissen, im Gegenteil: Die Verdunstung der noch verbliebenen offenen Wasserreserven (z.b. in Stauseen) wird höher als normal ausfallen. Der Wassermangel wird eine Region betreffen, in der alleine in den Metropolregionen Sao Paulo und Rio de Janeiro mehr als 30 Millionen Menschen leben und ein großer Teil der brasilianischen Wirtschaftsleistung dort erbracht wird. Anpassung an eine erhöhte Klimavarbiabilität auch in Südost-Brasilien? Sollte sich auch in einer Region wie Südost-Brasilien das saisonale Verhalten des Niederschlages nachhaltig verändern, so wie es Butt et al. [11] für die Region Rondonien in Brasilien beobachtet und Menon et al. [12] für den Indischen Monsunniederschlag prognostiziert haben, und wie es ein Ausdruck der von Klimaforschern prognostizierten allgemein erhöhten Variabilität der Klimaparameter wäre, dann beträfe das dort so kritischen Sektoren wie Trinkwasserversorgung, Landwirtschaft und Energieversorgung, die sich bisher auf das regelmäßige und planmäßige Eintreten der Regenzeit bei verlässlichen Niederschlagsmengen verlassen konnten. Selbst ohne das Eintreten einer erhöhten Variabilität saisonaler Niederschläge wird die bereits gemessene und mit großer Sicherheit sich fortsetzende globale Erwärmung über die entsprechend erhöhte Verdunstung bisher grundsätzlich vorhandene Spielräume in der Wasserverfügbarkeit im Südosten Brasiliens in Zukunft zusätzlich verringern. Geeignete Anpassungsmaßnahmen lägen natürlicherweise in einer verbesserten Wasserspeicherung, und in moderaten weil rechtzeitigen - Restriktionen zur Trinkwasserentnahme. Dabei besteht die Schwierigkeit durch Rationierungen kein privates Horten von Wasser in potentiell ungeeigneten Behältern mit der Anschlussproblematik einer unzureichenden Trinkwassergüte auszulösen. Klimaschutz als präventive Maßnahme bleibt natürlich eine Option, insbesondere in dieser Region, wo es gemäß Studien von Nobre [9] und Butt et al. [11] ein Zusammenhang zwischen der Abholzung des Regenwaldes und dem sich verändernden saisonalen Niederschlagsverhalten besteht [10], auch wenn der Zielkonflikt zwischen der Nutzung des Regenwaldes und dem Klimaschutz offensichtlich ist und sich nicht leicht überwinden lässt. Schließlich ist die extensive Bewässerungs-Landwirtschaft insbesondere für den Anbau von Energiepflanzen die ja auch mit dem Argument des Klimaschutzes ursprünglich mal vorangetrieben wurde - noch einmal aufgrund der Problematik der Landnutzungskonkurrenzen im Kontext der Regenwald-Rodung sehr kritisch zu würdigen. Quellen [1] Links zu Medienberichten der vergangenen Wochen und Monate [2] [3] [4] Schneider, Udo; Becker, Andreas; Finger, Peter; Meyer-Christoffer, Anja; Rudolf, Bruno; Ziese, Markus (2011): GPCC Full Data Reanalysis Version 6.0 at 1.0 : Monthly Land- 5

6 Surface Precipitation from Rain-Gauges built on GTS-based and Historic Data. DOI: /DWD_GPCC/FD_M_V6_100 [5] Schneider, Udo; Becker, Andreas; Finger, Peter; Meyer-Christoffer, Anja; Rudolf, Bruno; Ziese, Markus (2011): GPCC Monitoring Product: Near Real-Time Monthly Land-Surface Precipitation from Rain-Gauges based on SYNOP and CLIMAT data. DOI: /DWD_GPCC/MP_M_V4_100; [6] Ziese, Markus; Becker, Andreas; Finger, Peter; Meyer-Christoffer, Anja; Rudolf, Bruno; Schneider, Udo (2011): GPCC First Guess Product at 1.0 : Near Real-Time First Guess monthly Land-Surface Precipitation from Rain-Gauges based on SYNOP Data. DOI: /DWD_GPCC/FG_M_100 [7] Meyer-Christoffer, Anja; Becker, Andreas; Finger, Peter; Rudolf, Bruno; Schneider, Udo; Ziese, Markus (2011): GPCC Climatology Version 2011 at 1.0 : Monthly Land-Surface Precipitation Climatology for Every Month and the Total Year from Rain-Gauges built on GTSbased and Historic Data. DOI: /DWD_GPCC/CLIM_M_V2011_100 [8] WMO Press Release No. 985: WMO Annual Climate Statement Highlights Extreme Events. [9] Nobre, A,D, 2014: The Future Climate of Amazonia, Scientific Assessment Report, Articulación Regional Amazônica, 42pp. [10] NZZ, 2014: Brasilien schaufelt am eigenen Grab (u.a. mit Besprechung der Studie von Nobre [4]) [11] Butt, N., de Oliveira, P. A. and Costa, M. H, 2011: Evidence that deforestation affects the onset of the rainy season in Rondonia, Brazil J. Geophys. Res., AGU, 2011, 116, D11120 [12] Menon, A., Levermann, A., Schewe, J., Lehmann, J and K. Frieler, 2013: Consistent increase in Indian monsson rainfall and ist variability across CMIP-5 models, Earth Syst. Dynam. 4, , doi: /esd Wenn nichts weiter angegeben: Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN) betrieben vom Deutschen Wetterdienst (DWD), 6

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