Klimawandel, regionale Auswirkungen, Risiken und Anpassung.

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1 Dr. Manfred Stock Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) Klimawandel, regionale Auswirkungen, Risiken und Anpassung. 1. Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung 2. Extremwetterereignisse und Naturgefahren 3. Region Baden-Württemberg: Projekt KLARA Klimawandel - Auswirkungen, Risiken und Anpassung 4. Klimaschutz und Anpassung: Wie können wir mit dem Klimawandel umgehen? Manfred Stock 1

2 Einsteinturm 1926 Geodätisches Observatorium 1892 Telegrafenberg Potsdam Astrophysikalisches Observatorium 1879 Meteorologisches Observatorium 1890 Königlich-preußisches Observatorium, vom Architekten Paul Emanuel Spieker im neoklassischen Stil erbaut, 1879 eingeweiht durch den späteren Kaiser Friedrich III 2001 restauriert und wieder eingeweiht das erste astrophysikalische Institut der Welt Manfred Stock 2

3 Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) Leibniz Gemeinschaft Gründung: 1992 Mitarbeiter: ~140 Budget (Mio. ): ~ 9 Forschung: Globaler Wandel Klimawirkung Nachhaltige Entwicklung Methoden (Natur- und Sozialwissenschaft): System- und Szenarienanalyse quantitative und qualitative Modellierung Computersimulation und Datenintegration Manfred Stock 3

4 Historischer Standort Meilensteine in der Vergangenheit. Albert Abraham Michelson beweist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum. Michelson-Interferometer Karl Schwarzschild, , Direktor des Astrophysikalischen Observatoriums, erbrachte die erste genaue Lösung der Feldgleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie: eine für nicht rotierende kugelförmige symmetrische Körper und eine für statische isotrope leere Räume um feste Körper. Manfred Stock 4

5 Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.v. Struktur Die Forschung am PIK ist über eine Matrixstruktur mit fünf Abteilungen und vier Forschungsfeldern, den ToPIKs, organisiert. Abteilungen Klimasystem Globaler Wandel und Natürliche Systeme Global Wandel und Soziale Systeme Integrierte Systemanalyse Data & Computation Forschungsfelder Erdsystemanalyse Klimawirkung und Vulnerabilität Nachhaltige Lösungsstrategien Transdisziplinäre Konzepte und Methoden Manfred Stock 5

6 Klima: statistische Durchschnittstemperatur Wetter: real gefühlte Temperatur Manfred Stock 6

7 Klimaoptimum im Mittelalter Pol de Limbourg, um 1416; Stundenblätter des Duc de Berry, September AD: Der Weinanbau in Deutschland erreicht sein Maximum von ca ha (dreimal soviel wie heute) und reicht bis Bad Doberan an der Ostsee. Buchillustration (Zürich, ~1300AD) Manfred Stock 7

8 Klimaveränderungen in Vergangenheit und Zukunft Manfred Stock 8

9 Einige Zeichen des Klimawandels * in Deutschland Gletscherschwund in den Alpen Seit 40 Jahren schneit es überall immer seltener Temperaturanstieg im Winter ca. 2 C, im Jahresmittel um ca. 1,5 C Apfelblüte 1 Woche früher als vor 40 J. Forsythienblüte Anfang März, in den 50iger Jahren Anfang April Mediterrane Insekten werden heimisch, wie Schwammspinner oder Gottesanbeterin * Auch Vögel aus Südeuropa siedeln sich an, wie der Bienenfresser im Saaletal * Zugvögel wie der Kiebitz überwintern in Süddeutschland statt in Südeuropa * Sardellen aus dem Mittelmeer laichen inzwischen in der Nordsee * Häufigere Starkniederschlagstage bis zu 11 Tage/Jahr teilweise signifikanter Anstieg in der Häufigkeit und Intensität extremer Hochwasserereignisse in den letzten 20 Jahren * > Quarks & Co, : Kippt das Klima? * z.t. mit anderen Einflüssen Manfred Stock 9

10 Niederschlag & Veränderungen in D Gerstengarbe et al. 2003, Datenquelle: DWD Niederschlag Trend Manfred Stock 10

12 Unwetterkatastrophen Häufung großer Naturkatastrophen (MüRück): Jahrzehnt Anzahl Mrd.US$ (2004) Manfred Stock 12

13 Unwetterkatastrophen Häufung großer Naturkatastrophen (MüRück): Jahrzehnt Anzahl Mrd.US$ (2004) Klimatisch bedingte Schäden in Industrienationen heute insgesamt: 5-10% des BSP Manfred Stock 13

14 Hurrikan Andrew 1992 Hurrikan Andrew 1992 Münchener Rück, topics 2000 Manfred Stock 14

15 South Atlantic (!) Hurricane Catarina 2004 Tropical cyclone Catarina off Southern Brazil, 26 March The first hurricane recorded in the South Atlantic. Image courtesy of MODIS Rapid Response Project at NASA/GSFC. Manfred Stock 15

16 Hurricane Katrina Aug Garron Lenaz recovers an American flag from the rubble in front of his home in Gulfport, Miss., after Hurricane Katrina struck the Gulf Coast Monday, Aug. 29, (AP Photo/John Bazemore) Manfred Stock 16

17 Originalartikel: Oktober 2001 Scientific American Manfred Stock

18 Entwicklung des Hurrikan-Energiepotenzials Emanuel, K.: Nature 31.July 2005 Manfred Stock 18

19 Manfred Stock 19

20 Meeresspiegelanstieg und Küstenbedrohung 1. Meeresspiegel NN 2. Tidenhub 3. Windaufhöhung 4. Fernwellen 5. Sturmwellen Manfred Stock 20

21 Großwetterlagen - Indikatoren des Klimawandels Andauer des Clusters West (Dekadenmittel) Fraedrich, Gerstengarbe u. Werner, 2001 Sturm Lothar, Dez Lawine Galtür, Feb Manfred Stock 21

22 Böengeschwindigkeiten Deutliche Zunahme in tieferen Lagen (Station Karlsruhe rechts) Leichte Abnahme in Höhenlagen (Station Feldberg unten) C Kottmeier, M Kunz, T Hofherr, N Lichtenberger, J Sander (Karlsruhe) Manfred Stock 22

23 Gewitterhäufigkeit und Konvektionsindizes Zunahme der Anzahl der Gewittertage im Zeitraum Zunahme der Anzahl von Tagen mit hohen Gewitterpotenzial im Zeitraum (Station Stuttgart) Konvektionsindizes als Gewitterindikator: CAPE =: Convective Available Potential Energy CIM =: Convective Inhibition C Kottmeier, M Kunz, T Hofherr, N Lichtenberger, J Sander (Karlsruhe) Manfred Stock 23

24 0371 Tornado Spanien 2001 www Manfred Stock 24

25 Thomas Loster, Manfred Stock MünchenerRück

26 Hochwasserkatastrophen & Ursachen: 1. Veränderungen bei Großwetterlagen KLIMA EXTREM- WETTER LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN Troglage Mitteleuropa (Vb-Lagen) +STARKREGEN - DAUERREGEN Vb-Wetterlage Donauflut Aug Oderflut Juli 1997 Elbeflut Aug Starkregentage im Juli/August für verschiedene Großwetterlagen Wolfgang Fricke, DWD GAW Brief 12, Sept.02 Manfred Stock 26

27 Hochwasserkatastrophen & Ursachen: 2. Veränderungen der Landschaft KLIMA LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN EXTREM- WETTER Flächenverbrauch in Deutschland pro Tag 130 ha! (ca. 200 Fußballfelder) STARKREGEN DAUERREGEN FLÄCHEN- VERSIEGELUNG EXTREME ABFLÜSSE Manfred Stock 27

28 Hochwasserkatastrophen & Ursachen: 3. Veränderungen der Gewässer KLIMA LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN EXTREM- WETTER STARKREGEN DAUERREGEN FLÄCHEN- VERSIEGELUNG EXTREME ABFLÜSSE UFER- und FLUSSBETT UMBAU EXTREME WASSERSTÄNDE HOCHWASSER- HÄUFIGKEIT Talsperre Klingenberg (Weisseritz) Manfred Stock 28

29 Hochwasserkatastrophen & Ursachen: 4. Veränderungen der Besiedlung KLIMA LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN EXTREM- WETTER STARKREGEN DAUERREGEN FLÄCHEN- VERSIEGELUNG WERTE- FUNDUS EXTREME ABFLÜSSE UFER- und FLUSSBETT UMBAU EXTREME WASSERSTÄNDE SCHADENS- POTENZIAL HOCHWASSER- HÄUFIGKEIT HOCHWASSER- KONSEQUENZEN HOCHWASSER- RISIKO Dresden Hbf dpa Manfred Stock 29

30 Hochwasserkatastrophen & Ursachen: 5. Veränderungen von Bewusstsein und Handeln KLIMA LANDSCHAFT GEWÄSSER SIEDLUNGEN EXTREM- WETTER 7. STARKREGEN DAUERREGEN FLÄCHEN- VERSIEGELUNG WERTEFUNDUS/ WERTEWANDEL EXTREME ABFLÜSSE EXTREME WASSERSTÄNDE HOCHWASSER- HÄUFIGKEIT UFER- und FLUSSBETT UMBAU SCHADENS- POTENZIAL HOCHWASSER- KONSEQUENZEN SCHUTZ- POTENZIAL HOCHWASSER- RISIKO 1. RISIKO- WAHRNEHMUNG Manfred Stock 30

31 Weihnachtshochwasser Köln 1993 Manfred Stock 31 www

32 0373 Hochwasser Rhein/Mosel Köln 1995 Manfred Stock 32 www

33 0276 Elbeflut 2002: Überschwemmung an der Havel südöstlich von Havelberg Manfred Stock 33

35 Klimaveränderungen - KLIMAWANDEL AUSWIRKUNGEN RISIKEN ANPASSUNG in Baden-Württemberg Im Auftrag der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LfU) Klimaänderung im Zeitraum : Temperaturanstieg im Jahresmittel bis zu 1.5 K Rückgang der Frosttage im Mittel um 30 Tage/Jahr Zunahme der Sommertage im Mittel um 20 Tage/Jahr Niederschlagszunahme in der Jahressumme im Mittel um 90 mm (vereinzelt auch bis zu 250 mm) Zunahme der Starkniederschlagstage um bis zu 11 Tage/Jahr Deutliche Änderungen auch in anderen meteorologischen Parametern Was wird sich bis 2050 ändern? Manfred Stock 35

36 KLIMAWANDEL AUSWIRKUNGEN RISIKEN ANPASSUNG Globaler Klimawandel und regionale Veränderungen Trendverschiebungen Extremwertveränderungen Auswirkungen in Baden-Württemberg Gesundheit Tourismus Landwirtschaft, Obst- und Weinbau Forstwirtschaft Naturschutz Schifffahrt und Wasserkraftnutzung Anpassung Risiken begegnen Chancen nutzen Projekt KLIWA: Klimaänderung & Wasserwirtschaft Manfred Stock 36

37 Phänologische Uhr Konstanz Manfred Stock 37

38 Blühbeginn der Robinie Flowering of Robinia Blühbeginn Jun 18 Jun 13 Jun 8 Jun 3 May 29 May 24 May 19 May 14 May Manfred Stock 38

39 Beispiel: Verfrühung der Erstankünfte von Vogelarten M Peintinger, W Fiedler, HG Bauer, S Schuster (Radolfzell) Manfred Stock 39

40 Regionale Klimaänderung Auswirkungen Globales Szenario Unsicherheit Niederschlag T ~250 km GCM Klimamodell global? lokal Regionalisierung Niederschlag 2050 > < ~18 km Potenzielle Auswirkungen Klimadaten Hydrologie Landnutzung Böden/ Geologie Infrastruktur Manfred Stock 40

41 Jahresmittel Lufttemperatur Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Mittelwert des Zeitraums Trend K Manfred Stock 41

42 Mittlerer Jahresniederschlag Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Differenz [mm] Mittelwert des Zeitraums Manfred Stock 42

43 Sonnenscheindauer Manfred Stock 43

44 Mittlere Anzahl der Sommertage Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Mittelwert des Zeitraums Manfred Stock 44

45 Sommertage am Bodensee (Tmax > 25 C) in der Sommersaison (1. Mai - 31.Oktober); Station Konstanz Anzahl Tage Anzahl Tage Manfred Stock 45

46 Gesundheitsgefahren - Hitzebelastung Beispiel: Hitzewelle in Europa 2003 Ermittlung hitzebedingter Todesfälle Verwundbarkeit und Anpassung Folgerungen und Empfehlungen Manfred Stock 46

47 Gefühlte Temperatur in Europa am 8. August 2003 Wärmebilanzmodell des menschlichen Körpers: Wärmeaufnahme (Temperatur) Verdunstung (Temp., Luftfeuchte) Bilanz zusätzliche Hitzetote Frankreich Deutschland, ca , davon ca in Baden-Württemberg Insgesamt: ca in Europa Manfred Stock 47

48 Hitzewelle und Dürre, Europa 2003 Maisfeld in Ostdeutschland Sommer 2003 AP Der Rhein, bei Düsseldorf Manfred Stock 48

49 Statistik extremer Temperaturen Verschiebung des Mittelwerts der Wahrscheinlichkeitsverteilung Bisheriges Klima Weniger kalte Tage neues Klima mehr heiße Tage mehr Hitzerekorde Kälte Mittel Hitze Manfred Stock 49

50 T max Statistik für Basel Sommermonate Juni Juli August A : Simulation HIRHAM4 Model A: Beobachtungen C: Hitzeperiode in 2003 B: Simulation A2 Szenario Beniston, M. & Diaz, H.F.: Global and Planetary Change 44 (2004) Manfred Stock 50

51 Sensitivität: thermische Belastung Die Empfindlichkeit hängt vom Gesundheitszustand ab, der allgemein im Alter schlechter als im Durchschnitt ist. Manfred Stock 51

52 Hitzetage - Veränderungen C Koppe, G. Jendritzky, T Holst (DWD Freiburg) Änderung der Häufigkeit von Tagen mit starker bis extremer Wärmebelastung relativ zum Basisszenario m m > 800 m Manfred Stock 52

53 Absolute Vulnerabilität Relative Änderung Wärmebelastung m m > 800 m Kältestress C Koppe, G. Jendritzky, T Holst (DWD Freiburg) Manfred Stock 53

54 Hitzebedingte Todesfälle Differenz zwischen Zukunfts- und Basisszenario (Anzahl pro EW) m m > 800 m C Koppe, G. Jendritzky, T Holst (DWD Freiburg) Manfred Stock 54

55 Folgerungen & Empfehlungen Hitzewarnsystem frühzeitige gebietsbezogene Warnungen & konkrete Verhaltensregeln klimagerechte Stadtplanung Reduktion des städtischen Wärmeinseleffektes klimagerechtes Gebäudedesign intelligentes Bauen Energiegewinnung statt verbrauch. Baden-Württemberg für Hitze gut gerüstet Zusätzliche Gesundheitsrisiken betrachten: Frühwarnsystem per Radio Allergien durch Pollen Infektionskrankheiten infolge Einschleppung neuer oder Ausbreitung bestehender Vektoren Karlsruhe/Stuttgart - Das Land Baden-Württemberg hat ein neues Hitzefrühwarnsystem eingeführt. Damit soll an heißen Tagen insbesondere für ältere Menschen besser vorgesorgt werden. Das mit dem Deutschen Wetterdienst erarbeitete System springt bei erwarteten Temperaturen um die 32 Grad an. Dabei wird die gefühlte Temperatur berücksichtigt, die von Wind, Luft oder Feuchtigkeit bestimmt wird. Der Sommer vor zwei Jahren mit Hitzetoten im Land hat nach Ansicht des Sozialministeriums gezeigt, dass Bürger stärker sensibilisiert werden müssen. Manfred Stock 55

56 Tourismus Im Winter: Rückgang der Schneetage und der Übernachtungen Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2005): Nachhaltige Entwicklung des Schneesports und des Wintersporttourismus in Baden-Württemberg. KLARA: Untersuchungen zum Sommertourismus Bodensee (Baden) Schwarzwald (Wandern) Mittlerer Neckar Schwäbische Alb Manfred Stock 56

57 Mehr Potenzielle Badetage längere Badesaison a) Häufigkeit in Tagen b) Besucherzahlen Sicht des Bademeisters ab 600 Besucher Zusammenhang Besucherzahl und Temperatur (17 Uhr) Std.abw. = Mittel = 383 N = c) 3 klimatologische Bedingungen: 1. Tägliche Maximaltemperatur > 23 C 2. Mittlerer Bewölkungsgrad < 3/8 3. Tägliche Sonnenscheindauer > 9 Std. Badetag: 1. wenn Tmax > 23 C ähnlich ermittelt man die 2 anderen Bedingungen Von T 17Uhr zum Klima: T max Manfred Stock 57

58 Landwirtschaft Untersucht wurden die Auswirkungen einer Klimaänderung auf Mais und Weizen, sowie > Obstbau (Schädlingsbefall) und > Weinbau Landwirtschaftlich genutzte Flächen in Baden-Württemberg 2003 Statistisches Landesamt Baden-Württemberg Manfred Stock 58

59 Bodenseeregion: Obstanbau, Klimastationen & Klimadaten Intensivobstbau Basisszenarien ( ): meteorologische Tagesdaten des DWD und Stundendaten der Landesanstalt für Pflanzenschutz, Stuttgart Zukunftsszenarien ( ): meteorologische Tagesszenarien des PIK (Gerstengarbe & Werner) F. Wechsung & A. Hanspach Manfred Stock 59

60 Ergebnisse - Apfelwickler TS dd Erntesaison Entwicklungsstadien ( ) Entwicklungsstadien ( ) 3. Generation Eiablage Larvenschlupf Imago 2. Generation Generation vorjährige Generation Mai Juni Juli August September Oktober Datum Abb. 9: Zeitliche Veränderung des Auftretens der verschiedenen phänologischen Entwicklungsstadien des Apfelwicklers, Symbolgröße ist abhängig von der Häufigkeit für die Entwicklung des jeweiligen phänologischen Stadiums klimatisch günstiger Jahre. F. Wechsung & A. Hanspach Manfred Stock 60

61 Weinanbau in Baden-Württemberg Links: traditionell spielen im Badischen Weißweine eine wichtige Rolle, im Württembergischen eher Rotweine. Die Wärmesummen (rechts) entsprechen im Württembergischen aber eher einem kühleren Weißweinklima, während sich das Klima im Badischen gut für Rotweine entwickelt. Manfred Stock 61

62 Entwicklung Aramon Carrignan Grenache Syrah Cinsaut Ugni blanc 2000 Cabernet sauvignon Merlot Chenin blanc (Sancerre) Cabernet franc 1800 Pinot noir Chardonnay Riesling Sylvaner Sauvignon blanc Gamay noir (Beaujolais nouveau) 1600 Pinot blanc Mueller-Thurgau Manfred Stock 62

63 Simulation Wärmesumme Aramon Carrignan Grenache Syrah Cinsaut Ugni blanc Cabernet sauvignon Merlot Chenin blanc (Sancerre) Cabernet franc Pinot noir Chardonnay Riesling Sylvaner Sauvignon blanc Gamay noir (Beaujolais nouveau) Pinot blanc Mueller-Thurgau Manfred Stock

64 Klimafolgenforschung im Weinland Brandenburg Messung der Photosyntheseleistung im Weinberg auf dem Wachtelberg in Werder a.d.havel, 2002 nördlichste für den Qualitätsweinanbau zugelassene Reblage der Welt Manfred Stock 64

65 Weinbau in Nordostdeutschland: Simulation Hamburg Hamburg Berlin Berlin HUGLIN INDEX Cabernet sauvignon Merlot Chenin blanc (Sancerre) Cabernet franc Pinot noir Chardonnay Riesling Sylvaner Sauvignon blanc Gamay noir (Beaujolais nouveau) Pinot blanc Mueller-Thurgau Dresden Manfred Stock 65

66 Weinbauregion Nordostdeutschland HUGLIN INDEX Chardonnay Cabernet sauvignon Merlot Chenin blanc (Sancerre) Cabernet franc Pinot noir Riesling Sylvaner Sauvignon blanc Gamay noir (Beaujolais nouveau) Pinot blanc Mueller-Thurgau Manfred Stock 66

69 1. Schutz des Klimas vor menschlichen Treibhausgasen 2. Schutz des Menschen vor Auswirkungen des Klimawandels Zivilisatorische Einflüsse KLIMAWANDEL & VARIABILITÄT NICHT-KLIMA: EINFLÜSSE IPCC-Report REGIONALKLIMA EXTREMWETTER ABSCHWÄCHUNG (MITIGATION) Quellen & Senken IMPAKT UNGEBREMSTE AUSWIRKUNGEN AUTONOME ANPASSUNG REST- / NETTO- AUSWIRKUNGEN VERWUNDBARKEIT GEPLANTE ANPASSUNG (ADAPTATION) Risikobewusstsein Politische Vorsorge Entscheidungen Manfred Stock 69

70 Klimawandel und Auswirkungen Gewinner und Verlierer Betriebsstruktur S 0 Regionalstruktur S 0 AUSWIRKUNGEN KLIMAÄNDERUNG Klima K 0 K 1 K 2 Manfred Stock 70

71 Klimawandel und Auswirkungen Gewinner und Verlierer oder Vorsorger AUSWIRKUNGEN Betriebsstruktur S 0 Regionalstruktur S 0 S + (angepasst) KLIMAÄNDERUNG Klima K 0 K 1 K 2 Manfred Stock 71

72 1.Anbau von stärke- bzw. zuckerhaltigen Energiepflanzen (Raps, Pappel) 2.Biogasgewinnung 3. Gasreinigung 4.Stromerzeugung aus Biogas über einer Brennstoffzelle Strom vom Acker Manfred Stock 72

73 Verwundbarkeit und Anpassung: Beispiel Hitze Sozialer Wandel Globaler Wandel Klimawandel Treibhausgasemissionen Sensitivität Siedlungsdichte Gesundheitszustand Belastungen Wärmebelastung Andauer der Hitze Anpassungspotenzial Frühwarnsystem intelligentes Bauen potenzielle Auswirkungen Krankheit, Morbidität Todesfälle, Mortalität Studie: Vulnerabilität = potenzielle Auswirkungen = Verwundbarkeit vorerst ohne Anpassung Gesellschaft Interaktion Umwelt Verwundbarkeit Wahrnehmung Manfred Stock 73

74 Praxisbeispiel Hochwasserschutz aus KLIWA Lastfall Klimaänderung BHQ = HQ 100,ist BHQ +20% = +0,29 m BHQ +30% = +0,44 m Hochwasser- Schutzmaßnahme: Ufermauer Kosten bei nachträglicher Anpassung 100 % 155 % 257 % Kosten bei Berücksichtigung in der Planung 100 % 110 % 113 % Joachim Wald: Auswirkungen der Klimaveränderungen auf Planungen Praxisbeispiele ; 2. KLIWA-Symposium, Würzburg, Mai 2004, KLIWA-Berichte, Heft 4, S Manfred Stock 74

75 Mark Twain, 1897 Alle reden vom Wetter, Aber keiner tut etwas dagegen. DER KLIMAWANDEL Diagnose, Prognose, Therapie 7,90 Online beim Beck Verlag ( oder bei Amazon Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Manfred Stock 75