Einfluss des globalen Klimawandels auf den Wasserkreislauf. Inhalt

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1 Auswirkungen des Sommers 2003 in Europa Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Swiss Federal Institute of Technology 1 Einfluss des globalen Klimawandels auf den Wasserkreislauf Reto Stöckli (ETH Zürich, NASA Modis) Prof. Christoph Schär Institut für Atmosphäre und Klima, ETH Zürich Amt für Wasser und Abfall (AWA), Kanton Bern 19. März 2009, Bern Inhalt 2 1) Klimawandel wird zunehmend zur Gewissheit 2) Wir stehen erst am Anfang des Klimawandels 3) Klimawandel => Wasserkreislauf und Extremereignisse 4) Massnahmen sind unerlässlich

2 Globale Erwärmung seit Die beobachtete globale Erwärmung übersteigt die natürliche Variabilität des Klimas (IPCC AR4) Treibhausgas Kohlendioxyd (CO 2 ) 4 Atmosphärischer CO 2 -Gehalt (ppm) : Szenarien bis 900 ppm 2000: Heute, 380 ppm 1800: Präindustriell, 280 ppm heute Jahre vor heute Bereits heute ist die Konzentration von CO 2 höher als je zuvor in den vergangenen Jahren (Petit et al. 1999, Siegenthaler et al. 2005)

3 Fossile CO 2 -Emissionen seit Millionen Tonnen C pro Jahr Jährlicher Ausstoss von CO 2 durch Verbrennung der fossilen Energieträger (Öl, Kohle, Gas) Trend [% pro Jahr] Jahr (Schär, based on CDIAC data, Oak Ridge National Laboratory ) Inhalt 6 1) Klimawandel wird zunehmend zur Gewissheit 2) Wir stehen erst am Anfang des Klimawandels 3) Klimawandel => Wasserkreislauf und Extremereignisse 4) Massnahmen sind unerlässlich

4 Klimamodelle 7 Basieren auf einem physikalischem Satz von Gleichungen Du Dt f v = # %!" & + F x $! x ' p Dv Dt # + f u = %!" & + F y $! y ' p!"! p = 1 # " $!u % " + $!v % +!' #! x & p #!y & p! p =0 D Dt =!!t + v" # p =! R T Beschreiben Atmosphäre, Ozeane, und Landoberflächen auf einem globalen Rechengitter DT Dt =! " c p + Q c p Rechnerische Auflösung beschränkt durch verfügbare Rechenresourcen Globale Erwärmung in Vergangenheit und Zukunft 8 Erwärmung [ºC] Der Verlauf der zukünftigen Erwärmung hängt von den zukünftigen Treibhausgas- Emissionen (Szenarien) ab. Die für die Zukunft erwartete Erwärmung ist weit grösser als die bis jetzt beobachtete. A2 A1B B konstante Treibhausgas- Konzentration (IPCC AR4)

5 Inhalt 9 1) Klimawandel wird zunehmend zur Gewissheit 2) Wir stehen erst am Anfang des Klimawandels 3) Klimawandel => Wasserkreislauf und Extremereignisse 4) Massnahmen sind unerlässlich Wasser-Ressourcen 10

6 11 Extremereignisse Intensivierung des Wasserkreislaufs Änderungen bis zum Ende des Jahrhunderts Niederschlag Verdunstung 12 Erwartete Änderungen im globalen Mittel: Wasserdampf: ~ 6% pro C globale Erwärmung Niederschlag: ~ 1-3% pro C globale Erwärmung Verdunstung: ~ 1-3% pro C globale Erwärmung Abfluss: < 1% pro C globale Erwärmung (IPCC AR4, Chapter 10, SRES A1B)

7 Auswirkung auf Extremereignisse Änderungen bis zum Ende des Jahrhunderts 13 Niederschlagsintensität Trockenperioden [normalisiert mit Standardabweichung] Zunahme kräftiger Niederschläge [normalisiert mit Standardabweichung] Zunahme von Trockenperioden In vielen Regionen ergibt sich eine Zunahme von (trockenen und feuchten) Extremen (IPCC AR4, Chapter 10, SRES A1B) Trockenheit in der Perspektive 14 Millionen Betroffene Hunger Malaria Küsten Trockenheit Globale Erwärmung bezogen auf 1900 (Parry et al. 2001; Malte Meinshausen)

8 Globales Problem <=> Regionale Auswirkungen 15 Globales Atm/Ozean Modell (HadCM3, ~300 km) Globales Atm. Modell (ECHAM5, T106, ~120 km) Regionales Modell (CHRM, 56 km) Regionales Modell (CHRM, 14 km) Hydrologisches Modell (WaSiM, 1 km) Niederschlags-Szenarien ( ) 16 Sommer Winter Niederschlagsänderung [%] (bezogen auf ) (Erich Fischer, ETH Zürich, ENSEMBLES)

9 Klimaszenarien Alpenraum gegenüber Veränderungen des Jahresganges (2 AGCMs, 9 RCMs) Temperatur [ºC] Niederschlag [%] HadAM ETH ETH Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Mar May Jul Sep Nov (Jacob et al. 2007, PRUDENCE) Extreme Sommer: August 2002, Dresden August 2003, Töss August 2005, Brienz

10 Schweizer Sommertemperaturen Durchschnitt der Stationen Zürich, Basel, Bern, Genf 1000 Jahre 100 Jahre 10 Jahre Mittel 10 Jahre 100 Jahre 1000 Jahre Schätzung der Rückkehrperiode (Schär et al. 2004, Nature, 427, ) Auswirkungen des Sommers 2003 in Europa 22 Ernteverluste: 12.3 Milliarden US$ (SwissRe) Reto Stöckli (ETH Zürich, NASA Modis) Stromverknappung, Spitzenpreise am Spotmarkt (EEX, Leipzig) Teilweise ernsthafte Problem mit Frischwasserversorgung (Italien), Fischsterben (Schweiz), Waldbränden (Portugal) Hitzetote: Europaweit cirka vorzeitige Todesfälle (sogenannte Exzess Mortalität ). In der Schweiz cirka Fälle. Temperaturen August 2003, relativ zum Mittel

11 Zunahme der sommerlichen Variabilität 23 Erwärmung Zunahme der Jahr-zu-Jahr Schwankungen (Volatilität) Temperatur Zürich Jahr Jahr [ºC] [%] Klimamodelle zeigen nicht nur eine Erwärmung, sondern auch eine Zunahme der Jahr-zu-Jahr Schwankungen in Temperatur und Niederschlag (Schär et al. 2004, Nature, 427, ) Inhalt 24 1) Klimawandel wird zunehmend zur Gewissheit 2) Wir stehen erst am Anfang des Klimawandels 3) Klimawandel => Wasserkreislauf und Extremereignisse 4) Massnahmen sind unerlässlich

12 25 Massnahmen Mitigation Verhinderung und Minderung des Klimawandels Adaptation Anpassung an den Klimawandel Mitigation Minderung des Klimawandels 26 Position der EU (Februar 2007) Ausgangslage: Kyoto-Protokoll ( ) Reduktion der Emissionen um 8% bis 2010 (relativ zu 1990) Post-Kyoto Verhandlungen ( ) EU fordert Reduktion der Emissionen um 30% bis 2020 durch Industrienationen (relativ zu 1990). EU verpflichtet sich, unabhängig von Verhandlungen, zu einseitiger Reduktion um 20% bis um Faktor 5 schneller! um Faktor 3 schneller!

13 Adaption Anpassung an den Klimawandel Beispiele 27 Gefahrenkarten: aktuelle Karten beruhen auf Daten der Vergangenheit. Klimaänderung ist nicht berücksichtigt! Hochwasserschutz: Überprüfung notwendig, potentieller Konflikt mit Siedlungsstruktur und Landschaftsschutz. Vorhersagen und Katastrophenschutz: Prognosen und Entscheidungsabläufe verbessern! Potential verbesserter Prognosen nutzen! => Beispiel: Hochwasser August 2005 Hochwasser August Frei Niederschlag (mm / 3 Tage) (06 UTC-06 UTC) Rückkehrperiode (Jahre) (Frei 2005, Bericht MeteoSchweiz #213)

14 Verbesserungen bei den Abflussvorhersagen 29 AARE Hagneck Neuartige Wahrscheinlichkeitsvorhersage unter Verwendung eines hydrologischen Modells Prognose vom , 00UTC Abfluss [mm/h] h +40 h +60 h +80 h +100 h +120 h (Jaun et al. 2008, ETH Zürich, MeteoSchweiz) Fazit 30 Wissenschaftlicher Konsens: Primäre Ursache der beobachteten Erwärmung sind anthropogene Emissionen (insbesondere CO 2 ). Klimamodelle prognostizieren eine Beschleunigung der globalen Erwärmung. Wir stehen erst am Anfang! Eine signifikante Klimaänderungen beeinflusst unweigerlich auch den Wasserkreislauf und die Extremereignissen. => Der Klimawandel lässt sich bremsen, aber nicht mehr vollständig verhindern! => Mitigation (Minderung) und Adaptation (Anpassung) sind unerlässlich!

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