Daniela Jacob, Diana Rechid, Juliane Petersen. Climate Service Center und Max Planck Institut für Meteorologie

Transkript

1 Was sagen uns die regionalen Klimamodelle über die künftige Klimaentwicklung in den mittel- und norddeutschen Trockenregionen und welche Auswirkungen sind zu erwarten? Daniela Jacob, Diana Rechid, Juliane Petersen Climate Service Center und Max Planck Institut für Meteorologie

2 Allgemeine Bemerkungen zu Unsicherheit in Klimamodellen Globale Klimaprojektionen Regionale Klimaprojektionen IPCC WGII zum Thema Trockenheit Nationale und regionale Aktivitäten (KLIFF, KLIMZUG-NORD) Fallbeispiele Fazit

3 Ursachen der Bandbreiten regionaler Klimaprojektionen Anthropogener Einfluss Emissionen von Treibhausgasen und Aeorosolen Landnutzungsänderungen und -management Natürliche Klimavariabilität Externer Antrieb: Solare Variabilität, Vulkaneruptionen,... Interne Klimavariabilität: Interne Wechselwirkungen zwischen den Komponenten des Klimasystems Unsicherheiten der Modellierung Globalmodell: Modell und Konfiguration Regionalmodell: Modell, Konfiguration und Regionalisierungsmethode

4 Wettervorhersage Var. Tage

5

6 Saisonale Vorhersage Var. Saison

7 Dekadische Var. Dekaden

8 IPCC: AR5, WGI, Ch11

9 Von Tagen zum Jahrhundert Var. Szenarien

10 IPCC: AR5, WGI, Ch11

11 Trendanalysen und ihre Gefahren Var. Trend 1 Trend 2 Trend 3 Zeit

12 Welchem Trend möchten Sie glauben? Var. MODEL 1 MODEL 2 MODEL 3 MODEL n Bandbreite Zeit Unsicherheit durch Modelvariabilät

13 Globale Klimaprojektionen

14 Globale Projektionen der Temperturänderung für SRES und RCPs Knutti and Sedlacek 2012, Nature Climate Change

15 Globale Projektionen der saisonalen Temperaturänderung CMIP5 RCP8.5 CMIP3 SRES A2 Stippling marks high robustness, hatching marks no significant Knutti and Sedlacek 2012, Nature Climate Change

16 Globale Projektionen der saisonalen Niederschlagsänderung CMIP5 RCP8.5 CMIP3 SRES A2 Stippling marks high robustness, hatching marks no significant change and white areas mark inconsistent model responses Knutti and Sedlacek 2012, Nature Climate Change

17 AR5 IPCC 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

18 AR5 IPCC WGI: Globale Projektionen und Kernaussagen über Europa Fortgesetzte Emissionen von Treibhausgasen werden eine weitere Erwärmung und Veränderungen in allen Komponenten des Klimasystems bewirken. Die Begrenzung des Klimawandels erfordert beträchtliche und anhaltende Reduktionen der Treibhausgas-Emissionen.(AR5 IPCC, WG1; 6,11-14) - Erwärmung in Europa und im Mittelmeerraum im 21. Jahrhundert ( very likely ; high confidence) - Im Winter stärkere Erwärmung in Nordeuropa als in Mitteleuropa und im Mittelmeerraum ( likely ) - Im Sommer stärkere Erwärmung im Mittelmeerraum und in Mitteleuropa als in Nordeuropa - Die Länge, Frequenz und/oder die Intensität von Hitzewellen werden in der ganzen Region zunehmen ( very likely ) - In Nord- und Mitteleuropa wird der jährliche mittlere Niederschlag zunehmen (medium confidence) und im Sommer im Mittelmeerraum abnehmen (likely) - Zunahme an Starkniederschlägen in Verbindung mit Stürmen, geringere Frequenz über der östlichen Region des Mittelmeerraumes AR5, IPCC WG1, Ch14

19 Globale Projektionen der saisonalen Niederschlagsänderung für Europa AR5, IPCC WG1, Ch14, Fig relativ zu relativ zu

20 Regionale Klimaprojektionen für Deutschland für das 21. Jahrhundert

21 CORDEX COrdinated DOwnscaling EXperiment Orographie der regionalen Modellgebiete, für die am CSC in Zusammenarbeit mit den Gastwissenschaftlern des MPI-M regionale Klimaprojetktionen im Rahmen der weltweit koordinierten CORDEX Initiative erstellt wurden

22 International Conference on Regional Climate CORDEX November Bruxelles Webstreaming

23 EURO-CORDEX Europäische Zweig der WCRP CORDEX Initiative Koordinierung der GCM-RCM Simulationsmatrix Gemeinsame Evaluierung, gemeinsame Analyse der Klimaprojektionen Schnittstelle zu den Nutzern EURO-CORDEX Community: 26 Modellierergruppen in Europa Koordination: D. Jacob (CSC) und A. Gobiet (Universität Graz, Österreich) Simulationen (geplant, laufend und beendet): Kontrollperiode (6 GCMs, 8 RCMs, 20 Simulationen) 2 vom CSC RCPs: RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5 (6 GCMs, 8 RCMs, 31 Simulationen) 6 vom CSC

24 Regionale Projektionen der saisonalen Temperaturänderung Jacob et al. 2013: Figure s3: Projected seasonal changes of temperature [K] based on the RCP8.5 scenario for the period compared to Changes are robust and significant across the entire European continent.

25 Regionale Projektionen der saisonalen Niederschlagsänderung Jacob et al. 2013: Figure s5: Projected seasonal changes of precipitation [%] based on the RCP8.5 scenario for the period compared to Hatched areas indicate regions with robust and/or statistical significant change.

26 Trockenheit

27 IPCC WG II: SPM Aussagen des 5. Weltklimaberichtes "Key Climate Related Risks" in Europa: (Risiko folgt aus Interaktion zwischen Gefährdung, Vulnerabilität und Exposition) Hochwasser in Flusseinzugsgebieten und an den Küsten durch zunehmende Urbanisierung, steigenden Meeresspiegel, Küstenerosion, und Spitzenabflüssen Abnehmende Wasserverfügbarkeit in Wasserspeichern bei gleichzeitig zunehmenden Wasserbedarf durch Zunahme der Verdunstung (besonders in Südeuropa) führt zu Wasserknappheit für menschliche Nutzungen und natürliche Systeme (und Beeinträchtigung der Wasserqualität) Extreme Hitzeereignisse Beeinträchtigung der Gesundheit, Arbeitsproduktivität, Ernteerträge, Luftqualität, (und Wasserqualität); zunehmende Waldbrandgefahr in Südeuropa und borealen Zone Russlands

28 IPCC WG II: Europa (Kapitel 23) Aussagen des 5. Weltklimaberichtes zum Thema Trockenheit und Dürren: erschwert durch bislang keine einheitlich verwendeten Definitionen der verschiedenen Typen von Trockenheit und Indizes; fehlende lange Zeitreihen In Südeuropa werden Trends zu stärkeren und längeren meteorologischen Dürreperioden beobachtet - Auswertungen bislang inkonsistent, in anderen Regionen statistisch nicht signifikant Klimamodelle projizieren Zunahme der Andauer und Intensität von Dürreperioden in Süd- und Zentraleuropa für verschiedene Arten von Trockenheit; für Südeuropa wird eine starke Zunahme der Andauer meteorologischer Trockenperioden projiziert Auch in Regionen mit Niederschlagszunahme kann die hydrologische Trockenheit und die Bodentrockenheit aufgrund zunehmender Evapotranspiration häufiger auftreten

29 Meteorologische Trockenheit Definition: unterdurchschnittlicher Niederschlag über längeren Zeitraum (meteorologische Dürre: "extreme" Trockenheit): Definition über Niederschlagsmenge und Zeitraum Schwellenwerte sind standort- oder regionenspezifisch und hängen von der jeweiligen Fragestellung ab Hydrologische Trockenheit: Wasserreserven fallen unter bestimmten Schwellenwert Landwirtschaftliche Trockenheit: Niederschlagsdefizit in Verbindung mit hohen Verdunstungswerten - Bodenfeuchtigkeit nicht ausreichend, um durchschnittliche landwirtschaftliche Produktion zu gewährleisten Vergleichendes Lexikon CSC

30 Regionale Projektionen der Andauer extremer Tockenperioden RCP4.5 RCP8.5 Jacob et al Projected changes in the 95th percentile of the length of dry spells for the period compared to (in days). Dry spells are defined as periods of at least 5 consecutive days with daily precipitation below 1mm. Hatched areas indicate regions with robust (at least 66% of models agree in the sign of change) and/or statistical significant change (significant on a 95% confidence level using Mann-Whitney-U test).

31 Regionale Klimasimulationen Simulationen der dynamischen Modelle REMO und CLM angetrieben mit ECHAM5/MPIOM für die SRES Szenarien A1B, A2, B1: 9 REMO xC20, 3xA1B, 3xA2, 3xB1 4 CLM xC20, 2xA1B, 2x B1 Betrachtete Zeitscheiben: , , CSC Bericht Nr. 6: "Regionale Klimasimulationen für Europa und Deutschland - Ensemble-Simulationen für die Klimafolgenforschung"

32 Regionale Klimaprojektionen für die Forschung zu Klimafolgen und Anpassung Moseley et al. (2012) Klimaentwicklung und Klimaszenarien. In: Empfehlung für eine niedersächsische Strategie zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels, Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie und Klimaschutz, Regierungskommission Klimaschutz seit 18.März 2014: KLIMZUG-NORD Verbund (Hrsg.) (2014): Kursbuch Klimaanpassung. Handlungsoptionen für die Metropolregion Hamburg, TuTech Verlag, Hamburg. ISBN: seit 18.März 2014: Rechid, D., Petersen, J., Schötter, R., Jacob, D. (2014): Klimaprojektionen für die Metropolregion Hamburg. Band 1, TuTech Innovation Verlag, Hamburg

33 Regionale Klimaprojektionen für die Metropolregion Hamburg Bandbreite simulierter Temperatur- und Niederschlagsänderungen in der Metropolregion Hamburg für das 21. Jahrhundert Temperaturänderung Elmshorn Altes Land Wilhelmsburg Wandse Biosphärenreservat Nds. Elbtalaue Niederschlagsänderung Lüneburger Heide Zunahme hoher Temperaturwerte im Sommer; ganzjährig mehr Starkniederschläge Zu viel Wasser im Winter, zu wenig im Sommer Rechid, D., Petersen, J., Schötter, R., Jacob, D. (2014): Klimaprojektionen für die Metropolregion Hamburg. Band 1, TuTech Innovation Verlag, Hamburg

34 Region Lüneburger Heide Sommertage, Hitzetage, Tropennächte Bandbreite der Änderung thermischer Klimaindices auf der Basis von 9 REMO und 4 CLM Simulationen bzw. 5 REMO vs vs

35 Region Lüneburger Heide Änderung Anzahl Trockentage (< 1mm) Bandbreite der Änderung hydrologischer Klimaindices auf der Basis von 9 REMO und 4 CLM Simulationen bzw. 5 REMO vs vs

36 Region Lüneburger Heide Auswirkungen meteorologischer Trockenheit z. B.: Abflussminderung in Flüssen und Bächen - hydrologische Trockenheit Zunahme sommerlicher Bodentrockenheit auf sandigen Böden - landwirtschaftliche Trockenheit Bodenverlust durch Winderosion und Starkniederschläge in Kürze erscheint KLIMZUG-NORD Bericht zum Modellgebiet Lüneburger Heide: Urban B, Becker J, Mersch I, Meyer W, Rechid D, Rottgardt E (Hrsg.) (2014) Klimawandel in der Lüneburger Heide Kulturlandschaften zukunftsfähig gestalten. Berichte aus den KLIMZUG-NORD Modellgebieten, Band 6, TuTech Verlag, Hamburg.

37 Modellstudie: Rückwirkung von Bewässerung auf das regionale Klima Adaptation of agriculture to dry conditions during the vegetation period by irrigation Cooperation with stakeholders e.g. the Federal Association for field irrigation and the Lower Saxony Chamber of Agriculture Effects: increased evapotranspiration and lower 2m-temperature Effects of irrigaton in AMJJAS 2003 Relative soil moisture [0;1] Evapotranspiration [mm/month] 2m-temperatur [K] Precipitation [mm/month] Petersen, Juliane (2011): Feedbacks of irrigation and Land use on the simulated regional and local climate of the Hamburg Metropolitan Region. Diploma thesis. Humboldt-University of Berlin. Department of Geographie.

38 Modellstudie: Rückwirkung von Waldumbau auf das regionale Klima Relative soil moisture [frac.] Evapotranspiration [mm/month] [mm/month] 2 m- temperature [K] Binnengewässer Nadelwald in Laubwald Auswirkungen modellierten Waldumbau unter trockenen Bedingungen 2003: über Laubwald weniger Verdunstung im Frühjahr und mehr Bodenwasser bis in den Sommer verfügbar Petersen J, Rechid D (2014) Rückwirkungen von Feldberegnung und Waldumbau auf das regionale Klima - Eine Modellrechnung. In: KLIMZUG-NORD Verbund (Hrsg.) (2014): Kursbuch Klimaanpassung. Handlungsoptionen fu r die Metropolregion Hamburg, TuTech Verlag, Hamburg. ISBN:

39 Modellstudie: Wirkungen potentieller Aufforstung in Europa Change of summer temperature mean (left) and precipitation sum (right) due to emission change ( vs ), due to potential afforestation ( ) and due to emission change + potential afforestation Gálos, B., S. Hagemann, A. Hänsler, G. Kindermann, D. Rechid, K. Sieck, C. Teichmann, and D. Jacob (2013): Case study for the assessment of the biogeophysical effects of a potential afforestation in Europe. Carbon Balance and Management. DOI: /

40 FAZIT (1) Einzelne Trends sind irreführend Einzelnen Modellsimulationen sind nicht repräsentativ Verwendung von einer möglichst großen Schar von Modellsimulationen (aus AR4 und AR5) Betrachtung von Bandbreiten Kreativität und neue Methoden Geduld und mehr Zeit zur Analyse mehr Ressourcen (Geld, Leute, Speicherkapazitäten etc.) Reduzierung der Fehlentscheidungen, verbesserte Resilienz!

41 FAZIT (2) unterschiedliche Definitionen von Trockenheit : meteorologisch, hydrologisch, landwirtschaftlich lange beobachtete Zeitreihen fehlen Erschwert allgemein gültige Aussagen! regionalen Klimamodelle liefern hilfreiche Daten anwendungsorientierte, Sektor bezogene Studien für heutiges und zukünftiges Klima sind möglich!

42 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Daniela Jacob Climate Service Center Abteilung Klimasystem Fischertwiete Hamburg daniela.jacob@hzg.de 45