Einführung in die Umweltwissenschaften. Treibhauseffekt und Klima
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- Ingeborg Kristina Fromm
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1 Einführung in die Umweltwissenschaften Treibhauseffekt und Klima WS 2012/13 H.P. Aubauer, P. Bajons, V. Schlosser
2 Umweltwissenschaften: Treibhauseffekt - Grundlagen Sonnenspektrum
3 Energiebudget der Erde (mit Treibhauseffekt) S/4 a...albedo (kurzwellig), a...albedo (langw.) t...transmission (kurzwellig) t...transmission (langw.) c...wärmetransport (-leitung) S...Solarkonstante a + t + Absorption = 1 Index : s Surface (Erdoberfläche) a Atmosphäre
4 Treibhausmodell (Abschätzungen) Energiebilanz der Erdoberfläche: t a (1 - a s ) (S/4) - c (T s -T a ) - σ T s 4 (1 - a a ) + σ T a 4 = 0 Energiebilanz der Atmosphäre : (1 - a a - t a + a s t a ) (S/4) + c (T s -T a ) + σ T s 4 (1 - t a - a a ) - 2 σ T a 4 = 0 Reflexion MW >>>>>>>>>>>> mit c = 2.5 W /m 2 K T a = 256 K (= -17 o C) T s = 288 K (= 15 o C) Schneebedeckte Erde a s = 0.75 T s = 270 K (= - 3 o C) Nuklearer Winter a a = 0.36 a a = 0.37 t a = 0.43 t a = 0.05 T s = 283 K (= 10 o C) Solar Kollektor Welt a s = 0.10 >>>>> vernachlässigbar
5 Treibhausgase Globaler Kohlenstoff-Kreislauf Erhöhung (Verdopplung) der Treibhausgase bewirkt:
6 Treibhausgase Zuwachsraten >>>>>>>>>>>>>> Globale Erwärmung
7 Treibhaus- (und für den stratosphärischen Ozonabbau-) relevante Gase Das Kyoto-Protokoll (1997) schreibt bis 2012 eine Reduktion von sechs Treibhaus-gasen (CO 2, CH 4, SF 6, N 2 O, FKW, HFKW) von mindestens 5% unter das Niveau von 1990 vor (pro Nation unterschiedlich stark <<<<<< siehe nebenstehende Graphik). Die Produktion von FCKW ist weitgehend verboten (Protokoll von Montreal 1987). Sie wurden durch teilhalogenierte Kohlenwasserstoffe (H-FKW, H- FCKW) oder andere Substanzen ersetzt. Während die Gefahr für die Ozonschicht allmählich sinken wird, dadurch dass die FCKW-Vorräte über die nächsten Jahre abgebaut werden, bleibt die Problematik der Treibhauswirkung erhalten. Die Ersatzstoffe haben immer noch ein großes Erderwärmungspotential und die Nachfrage nach Klimaanlagen und Kühlgeräten wird tendenziell steigen.
8 Kyoto-Protokoll Das Kyoto-Protokoll schreibt bis 2012 eine Reduktion von sechs Treibhaus-gasen (CO 2, CH 4, SF 6, N 2 O, FKW, HFKW) von mindestens 5% unter das Niveau von 1990 vor. Ferner ist vorgesehen, dass sogenannte "Senken" als Emissionsreduktion angerechnet werden können (z.b. CO2-Bindung durch eine Neubewaldung). Zusätzlich: Flexible Mechanismen: Clean Development Mechanism (CDM) Das Kyoto-Protokoll sieht die Möglichkeit vor, einen Teil der Emissionsreduktionen durch die Realisierung CO 2 einsparender Projekte in Entwicklungsländern zu erreichen. Die Einsparungen, die durch diese Projekte erreicht werden, kann sich das Geberland in der Folge für seine Reduktionen anrechnen lassen (Atomprojekte dürfen dabei nicht angerechnet werden). Joint Implementation (JI) Parallel dazu sieht das Protokoll die Möglichkeit vor, einen Teil der Emissionsreduktionen durch die Durchführung von Projekten in einem anderen Land, das jedoch ebenfalls Emissionsreduktionspflichten (= nicht Entwicklungs-land) hat, zu erreichen. Die erreichten Einsparungen kann sich das Geberland als Emissionsreduktionen anrechnen lassen (keine Atomprojekte). Handel mit Emissionsrechten >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
9 Trotz Kyoto >>>>>Kohlendioxid - Zuwachsraten Ende 2011: 28 % 16 % % EU 11 % % 27 % 28 % 10 %
10 Faktoren, die das Klima beeinflussen
11 Klimamodelle - Klimaszenarien >>> PLUS >>> Prognosen auf politische,wirtschaftliche und technische Entwicklungen (und damit: zukünftiger Ausstoß von Treibhausgasen oder global dimming (Abkühlung)???)
12 Klimamodelle mögliche zukünftige Entwicklungen Temperature Increase 2000 to 2100 ( C) Model Total CCSR/NIES 4.7 CCCma 4.0 CSIRO 3.8 Hadley Centre 3.7 GFDL 3.3 MPI-M 3.0 NCAR PCM 2.3 NCAR CSM 2.2 Land Ocean CCSR/NIES: Center for Climate System Research & National Institute for Environmental Studies, CCSR/NIES AGCM + CCSR OGCM Models CCCma: Canadian Center for Climate Modelling and Analysis, CGCm2 Model CSIRO: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO-Mk2 model Hadley Centre: Hadley Centrefor Climate Prediction and Research, HADCM3 model GFDL: Geophysical Fluid Dynamics Laboratory], R30 Model MPI-M: Max Planck Institute für Meteorologie, ECHAM4/OPYC coupled model NCAR PCM: National Center for Atmospheric Research, PCM model NCAR CSM: National Center for Atmospheric Research, CSM Model Bei der Interpretation der Ergebnisse der aktuellen Klimamodellrechnungen in die Zukunft muss berücksichtigt werden, dass es sich nicht um Prognosen über einen sicheren zukünftigen Verlauf lokaler oder globaler Klimata handelt, sondern um Szenarien, welche ausgewählte mögliche Verläufe auf Grund von Vorannahmen über zukünftige Entwicklungen, wie zum Beispiel Emissionen und Landnutzung oder Bevölkerungswachstum und soziale Veränderungen, ergeben.
13 Klimafolgen (Global) Gletscherschmelze, Meeresspiegel, Ozeanzirkulation (Zusammenbruch des Golfstromes), Hochwasser, Austrocknung des Amazonasbecken Hitze und Trockenheit (Waldbrand und Schädlingsbefall borealer Wälder) Auftauen des Permafrostes (und damit Freisetzung von Methan) Die Grafik zeigt Abschätzungen der Entwicklung des Meeresspiegels in der Vergangenheit (grau), die Beobachtungen der letzten Jahrzehnte durch Tidemessgeräte und Satelliten (rot), sowie Prognosen für die Zukunft gemäß dem IPCC A1B Szenario (blau). Quelle: IPCC AR FAQ 5.1 Gletscherschwund an der Zugspitze. Foto: Dr. Markus Weber, Kommission für Glaziologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften
14 Permafrost 2 Kontinuierlicher, diskontinuierlicher und sporadischer Permafrost (z.b. in den Alpen) mit Angabe der mittleren Mächtigkeiten in Abhängigkeit zur geographischen Breite Milliarden Tonnen (Gt) Kohlenstoff in Permafrostböden gespeichert Sonnblick-Observatorium
15 Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012 (An indicator-based report by EEA, Denmark)) 1 Introduction Changes in the climate system (Human influence on the climate system, Key climate variables, Cryosphere) 3 Climate impacts on environmental systems (Oceans and marine environment, Coastal zones, Freshwater quantity and quality, Terrestrial ecosystems and biodiversity, Soil) 4 Climate impacts on socio- economic systems and health (Agriculture, Forests and forestry, Fisheries and aquaculture, Human health, Energy, Transport services and infrastructure, Tourism) 5 Vulnerability to climate change (River flooding, water scarcity and droughts, Integrated assessment of vulnerability to climate change, Vulnerability of cities and urban areas, Damage costs) 6 Indicator and data needs (Policy needs for indicators, Observations, Climate change impacts, vulnerability and adaptation research) 7 Abbreviations and acronyms References European Environment Agency, Copenhagen, Denmark Web: eea.europa.eu EEA Report: No 12/2012
16 Prognosen für Österreich: Jährlich erstellt das Umweltbundesamt (UBA) einen ausführlichen Klimabericht Häufigkeit von Trockenperioden, d.h. Niederschlag kleiner gleich 1 mm (Formayer et al., 2005). Entwicklung der Jahresniederschläge in Österreich nach dem A1B Szenario bis Ende (Niedermair et al., 2007) Die Änderung der Anzahl der Tage mit einer Schneedecke größer als 5 cm bei einer Erhöhung der europ. Mitteltemperatur um 1 C für Salzburger Stationen im Frühjahr (März -Mai) nach Hantel et al
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