Klima- und Wetterentwicklung aus Landwirtschaftssicht

Transkript

1 Zwischen Dürre und Überschwemmung Klima- und Wetterentwicklung aus Landwirtschaftssicht Anmerkungen aus der Agrarmeteorologie Falk Böttcher Deutscher Wetterdienst, Agrarmeteorologie Leipzig 1

2 IPCC Assessment Reports seit

3 Agrarmeteorologische Grundlagen 3

4 Seite 4

5 5

6 6

7 All Figures IPCC

8 Vergleich zwischen beobachteter und modellierter Klimaänderung All Figures IPCC 2013

9 Methodischer Ansatz Heutige Anforderungen an die Agrarmeteorologie Szenarien Globalmodelle Positive Effekte = Chancen Regionalmodell 1 Verifikation Regionalmodell 2 Regionalmodell 3 Wirkmodelle Auswirkungen des Klimawandels Regionalmodell n - Phänologische Modelle, - Wasserhaushaltsmodelle, - Ertragsmodelle, - Schaderregermodelle - Negative Effekte = Risiken Vermeidung Anpassungsstrategien Bestimmung der Modellfehler Kosten des Klimawandels Ergebnisse unter 9

10 Jahresmitteltemperaturen Abweichung von In die Zukunft schauen: Wie geht das? Auswertung von Klimaprojektionsensembles Klimaprojektionen Beobachtungen Klimamodelle: notwendig für die Abschätzung möglicher zukünftiger Entwicklungen es gibt kein bestes Modell, daher Ensembleauswertungen: Abschätzungen der Unsicherheiten, statistische Methoden: notwendig, um Unsicherheiten und Bandbreiten zu quantifizieren Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 10

11 2,0 0,0 Beobachtungen Temperatur Abweichung der Temperatur vom vieljährigen Mittelwert in C Kurz notiert: ungebrochener Trend der Erwärmung in Deutschland Anstieg der Jahresmitteltemperatur um 1,4 C seit , Anzahl Sommertage Anzahl Frosttage linearer Trend linearer Trend Änderung der Extreme: - mehr Sommertage - weniger Frosttage Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 11

12 Eintrittswahrscheinlichkeit Klimawandel Was heisst das? bisheriges Klima Veränderungen der mittleren Verhältnisse Extremwerte Wetterelemente regionalen Unterschiede zukünftiges Klima nur etwas weniger Kälte kalt Durchschnitt mehr Hitze warm mehr Hitzerekorde 12

13 Änderungen thermischer Größen Messperiode Veränderung Element Jahresmitteltemperatur in C 9,1 9,7 +0,6 K Mittlere Kältesumme des Winters in K 174,1 134,8-39,3 K Mittlerer Beginn der thermischen Vegetationsperiode am Tage Mittleres Ende der thermischen Vegetationsperiode am Tage Mittlere Dauer der thermischen Vegetationsperiode in Tagen Tage Grünlandwärmesumme nach Ernst & Loeper im Mittel erreicht am Tage Mittlere Anzahl der Sommertage Tage Mittlere Anzahl der Heißen Tage Tage 13

14 Projektionen Temperatur Änderungssignale zu in C Erwärmung im Mittel bis C: Weiter-wie-bisher-Szenario 6,0 C Erwärmung im Mittel bis C: Weiter-wie-bisher-Szenario + 1,4 + 3,8 + 1,1 + 1,1 Klimaschutz-Szenario Klimaschutz-Szenario 0 C Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 14

15 Prävention Attribution Attribution von Extremereignissen Zusammenhang von Klimawandel und Extremereignissen Hitzesommer 2003 Statistische Einordnung Beobachtungen Klimasimulation, Gegenwart Klimasimulation, Zukunft Dieses einzelne Ereignis ist durch die menschengemachte Erderwärmung zwei Mal wahrscheinlicher geworden. (Schär et al., 2004) 15

16 Quelle: MA Julia Peter (HTW Dresden, 2014) 16

17 Quelle: MA Julia Peter (HTW Dresden, 2014) 17

18 Phänologische Uhr für BRANDENBURG und BERLIN Leitphasen, mittlerer Beginn und Dauer der phänologischen Jahreszeiten Zeiträume und im Vergleich WINTER Stiel-Eiche (Blattfall) extrapoliert SPÄTHERBST Stiel-Eiche (Blattverfärbung) VOLLHERBST Stiel-Eiche (Früchte) FRÜHHERBST Schwarzer Holunder (Früchte) SPÄTSOMMER Apfel, frühreifend (Früchte) : 124 Tage : 107 Tage Dez Jan Nov Feb Okt Sep Aug 41 Jul 44 HOCHSOMMER Sommer-Linde (Blüte) Mai Jun Mrz Apr VORFRÜHLING Hasel (Blüte) VOLLFRÜHLING Apfel (Blüte) FRÜHSOMMER Schwarzer Holunder (Blüte) ERSTFRÜHLING Forsythie (Blüte) 18

19 Tage seit Jahresbeginn Auswirkungen Temperatur Vegetationsbeginn Austrieb der Stachelbeere April Messungen März Früherer Austrieb ABER Starke Schwankungen von Jahr zu Jahr März Gleitendes Mittel Klimamodelle Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 19

20 Änderungen thermischer Größen - Ganzjährige Temperaturzunahme - Aber: weiterhin Frostperioden bekannter Intensität jedoch mit abnehmender Häufigkeit - Geringere Zahl der Schneedeckentage, damit bei Frost zunehmende Frostschadensgefahr - geringeres Eindringen des Frostes in den Boden schlechtere Frostgare - Früherer Vegetationsstart Spätfrostrisiko - Änderungen im Pflanzenschutzbereich 20

21 Bodenfeuchtesituation am Index Min ( ) 0 keine Minima unterschritten 1 der drittniedrigste Bodenfeuchtewert wird unterschritten 2 der zweitniedrigste Bodenfeuchtewert wird unterschritten 3 der niedrigste Bodenfeuchtewert wird unterschritten neues absolutes Minimum 21

22 Winterweizen Höhnstedt Fotos: DWD (Martin Schmidt) 22

23 Quelle: A. Becker

24 Beobachtungen Niederschlag Jahresniederschlagssummen in mm 1200,0 600,0 linearer Trend Kurz notiert: seit 1881 Niederschlagsanstieg in allen Jahreszeiten außer Sommer 0, Anzahl der Tage Niederschlag 10 mm im Jahr linearer Trend Zunahme der Jahresniederschlagshöhe um +10 % Zunahme von Starkniederschlägen Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 24

25 Klima Deutschland Änderungen Niederschlagssummen Winter - linearer Trend ab 1881 Sommer- linearer Trend ab 1881 Zunahme: 20% bis 30% Abnahme: 0% bis -5% % % Jahresniederschläge um 10% bis 15% seit

26 Projektionen Niederschlag Änderungssignale relativ zu in % Änderung Niederschlag in % +30% Weiter-wie-bisher-Szenario Änderung Niederschlag in % Weiter-wie-bisher-Szenario + 4% + 5% + 3% ± 0% Klimaschutz-Szenario Klimaschutz-Szenario -30% Klimawandel in Deutschland Auswirkungen auf die Landwirtschaft 26

27 Winterweizen von Vegetationsbeginn bis Ernte Quelle: MA Julia Peter (HTW Dresden, 2014) 27

28 Bodenfeuchte im Winterweizen im südlichen Brandenburg zu feucht optimal suboptimal - beregnungsbedürftig Bodendürre 28

29 Beobachtungen Starkniederschlag Sommer Winter Häufigkeit Intensität Häufigkeit Intensität Tagesniederschläge [1] [2] [1] [ 2] 4 Stunden [3] [3] : Sicher 1 Stunde [4] [5] : Hinweise : Unsicher aber plausibel 29

30 Trockenperioden Änderung der Anzahl von 10-Tagesperioden ohne Niederschlag Beobachtungen Dekaden Projektionen Sommer (JJA) 2.5 Anzahl der Perioden 30

31 Wie ordnet sich die Dürre 2018 ein?

32 Wärmesumme seit 01.März am Beispiel einer mitteldeutschen Station Angaben in K 3500,0 3000,0 2500,0 Das war beinahe überall so! 2000,0 1500,0 1000,0 500,0 0,0-500,0 Wärmesumme Wärmesumme 1976 Wärmesumme 1982 Wärmesumme 2003 Wärmesumme

33 Höchsttemperatur am Beispiel einer mitteldeutschen Station Angaben in C 45,0 40,0 Das war überall so ähnlich! 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0-10,0 Mittel Maximum

34 Sonnenscheindauer seit am Beispiel einer mitteldeutschen Station Angaben in Stunden 1600,0 Das war überall so! 1400,0 1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 Sonnensumme Sonnensumme 1976 Sonnensumme 1982 Sonnensumme 2003 Sonnensumme

35 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Niederschlagssumme aus dem Bodenmessnetz (links) und aus RADOLAN abgeleitete Niederschlagssumme (rechts)

36 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Abweichung der Niederschlagssumme April August 2018 zum Mittel ). Auf der linken Seite in mm und auf der rechten Seite in % vom Mittel

37 Bodenfeuchte unter Winterweizen in Wittenberg Angaben in %nfk, Bestimmung mit standörtlicher Bodenphysik unter Beachtung der phänologischen Entwicklung 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Mittel

38 Bodenfeuchte unter Winterweizen in Wittenberg Angaben in %nfk, Bestimmung mit standörtlicher Bodenphysik unter Beachtung der phänologischen Entwicklung, WETTREG-Lauf aus dem Deutschen Klimaatlas 100,0 80,0 Blick in die Zukunft 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Mittel Mittel Modell Minimum Modell 38

39 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Bodenfeuchte Winterweizen (Chemnitz, modelliert) Bodenfeuchte in Prozent nutzbarer Feldkapazität 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Mittel

40 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Bodenfeuchte Winterweizen (Görlitz, modelliert) 100,0 Bodenfeuchte in Prozent nutzbarer Feldkapazität 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Mittel

41 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe

42 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe

43 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Bodenfeuchte im Kiefernwald (Potsdam, modelliert) 120,0 100,0 80,0 Bodenfeuchte in Prozent nutzbarer Feldkapazität ,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Median Median Perz

44 Einordnung des Jahres 2018 in die Zeitreihe Bodenfeuchte im Kiefernwald (Halle/S., modelliert) 120,0 100,0 80,0 Bodenfeuchte in Prozent nutzbarer Feldkapazität ,0 40,0 20,0 0,0-20,0 Median Median Perz

45 Regenverdaulichkeit des Bodens Bodenfeuchtemessungen mit FDR-Rohrsonde DWD-KU 3 LZ Datum Uhrzeit 0-10 cm cm cm cm cm cm Tiefe :32: %nfk :02: %nfk Ereignis: Schauer mit einer Niederschlagsmenge von 9 mm in der halben Stunde Resultat: Diese recht hohe Niederschlagsmenge kommt kaum dem Boden zugute! :02: %nfk :32: %nfk :02: %nfk :32: %nfk :02: %nfk :32: %nfk :02: %nfk :32: %nfk :02: %nfk :32: %nfk :02: %nfk Ereignis: Landregen mit insgesamt 4 mm Niederschlag über 5 Stunden. Resultat: Von den gefallenen 4 mm werden ca. 3 mm in den oberen 10 cm gespeichert! 45

46 Schematischer Aufbau einer Versuchsberegnungsanlage 46

47 Infiltration [mm] 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Pflug Konservierend Beregnungsminute Wasserinfiltration und Bodenabtrag auf gepflügter und langjährig konservierend bearbeiteter Fläche (Sächsisches Lößhügelland, Niederschlag: 38 mm in 20 Minuten; Quelle: LfULG) Infiltrationsraten: Pflug: 55 %; Konservierend: 93 %, Bodenabtrag: Pflug: 246 g/m² (2,46 t/ha); Konservierend: 36 g/m² (360 kg/ha) ca. Faktor 6,8 47

48 Bodenbearbeitungsverfahren und Bodenwasserhaushalt (Standort Lüttewitz; Daten LfULG und Südzucker AG) 48

49 Tageswerte der Gesamtwassergehalte in 0 bis 90 cm Tiefe bei Direktsaat und Pflug am Standort Nemsdorf 2009 bis

50 Bodenbearbeitung und Bodenfeuchte Bessere Infiltrationsleistung von 20 mm Niederschlag bei der Direktsaat 50

51 Bodenbearbeitung und Bodenfeuchte Geringerer Rückgang des Bodenwassergehaltes im trockenen Juli bei Direktsaat 51

52 Bodenfeuchte in Volumenprozent Spart die Stoppelberarbeitung wirklich Wasser? Bodenfeuchtemesswerte bis 4 Wochen nach der Winterweizenernte im Mittel der Jahre ,0 Bodenfeuchte 0-60 cm Tiefe 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Woche 1 nach BB Woche 2 nach BB Woche 3 nach BB Woche 4 nach BB mit Bodenbearbeitung ohne Bodenbearbeitung 52

53 Bodenfeuchte in Volumenprozent Spart die Stoppelberarbeitung wirklich Wasser? Bodenfeuchtemesswerte bis 4 Wochen nach der Winterweizenernte im Mittel der Jahre ,0 Bodenfeuchte 0-10 cm Tiefe 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Woche 1 nach BB Woche 2 nach BB Woche 3 nach BB Woche 4 nach BB mit Bodenbearbeitung ohne Bodenbearbeitung 53

54 2010: Bodenfeuchtemodellierung mit METVER für 19 Orte im Osten der Bundesrepublik Agrarmeteorologie Leipzig Falk Böttcher

55 Vol.% / Niederschlag in mm Zwischenfruchtanbau und Bodenwasser Threna mehrjährig und 2018/ Kalenderwoche Niederschlag zwischen den Messterminen Welkepunkt 7-Jahresmittel-Zwischenfrüchte Phacelia Feldkapazität 7-Jahresmittel Brache Multi-Kulti Brache 55

56 Differenz in mm pro Jahr Sickerwassermengen unter Zwischenfrüchten 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Mittlere jährliche Differenz des Sickerwassers unter Zwischenfrüchten im Vergleich zur Brache im jeweiligen Zeitraum, Vorfrucht Wintergerste ,0 Jahresmittel der Sickerwassermenge über alle Zwischenfrüchte gemittelt für die jeweilige Hauptkultur, die Differenz zur Brache und das prozentuale Verhältnis dieser beiden Größen ( ) Quelle: Pangert (2015) jährliches Mittel (mm) jährliche Differenz Brache - Zwischenfrüchte (mm) Prozentuales Verhältnis Wintergerste 56,17 5,27 90,62% Winterroggen 50,63 3,52 93,05 % Winterraps 52,96 1,80 96,60 % Mais 56,19 0,44 99,22 % Kartoffel 64,31-6,78 110,54 % 56

57 Änderungen von Bodenwasserhaushaltsgrößen - Regional sehr unterschiedlich, hohe natürliche Variabilität - Längere Zeiträume müssen betrachtet werden - Zunahme der Herbst- und Winterniederschläge - Abnahme der Niederschläge im Frühjahr/Frühsommer - Stärkere Bodenwasserzehrung im Frühjahr/Frühsommer - Intensivere Schauerniederschläge; Veränderungen der Niederschlagscharakteristik - Änderungen in der Hagelgefahr (zeitliches Auftreten) - Schnellerer Bodenwasseranstieg im Herbst/Winter - Bodenbefahrbarkeit Herbst und Frühjahr - ZIEL: keinen Tropfen Regen vergeuden und überschüssigen Niederschlag schadlos (u.a. Erosion, Nährstofffracht) abführen 57

58 Wie reagieren? Breit gefächertes betrieblicher Risikomanagement - Pflanzenbaulich - Sortendiversifizierung - Fruchtfolgeerweiterung - Bodenbearbeitungsintensität - Zusatzbewässerung - - Kaufmännisch - Kontraktierungen - Wetterversicherungen - Wetterderivate 58

59 Haben Sie Fragen? Landwirt Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Nur ein Held geht auf s Feld! und weiterhin erfolgreiche Arbeit! Falk.Boettcher@dwd.de Tel