Klimawandel in Deutschland -aktuelle Erkenntnisse-

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1 Klimawandel in Deutschland -aktuelle Erkenntnisse- Johann Hessel Deutscher Wetterdienst Leiter Zentrales Klimabüro Dr. Barbara Früh Dr. Meinolf Koßmann Dr. Florian Imbery Dr. Thomas Deutschländer Vortrag am 11. April DVW Seminar Frankfurt am Main

2 Überblick Einführung Klimamonitoring Klimavariabilität bis heute Gemessen und Beobachtet Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis einige Modellergebnisse - Down-Scaling am Beispiel des Stadtklimaprojektes Frankfurt am Main

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4 Treibhauswirkung der Spurengase Angaben für die Atmosphäre Konzentration 1750 Heute Verweilzeit (in Jahren) Treibhausgaspotential (rel. zu CO 2 ) Strahlungsantrieb (in W/m 2 ) CO ppm 386 ppm (2009) ,66 CH 4 Methan 715 ppb 1866 ppb (2009) ,48 N 2 O Lachgas 270 ppb 323 ppb (2009) ,16 FCKW-12 0 ppt 537 ppt (2009) ,17 O 3 Ozon (bodennah) regional unterschiedlich Stunden bis Tage + 0,35 Quellen: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb.2007) IPCC, WG I: The Physical Science Basis of Climate Change: Latest Findings to be Assessed by WGI in AR5,

5 Das Klima in den letzten Jahren Temperaturabweichung ( C) Temperaturabweichung (bezogen auf heute) beobachtet berechnet Zeit (in Jahren vor heute) CO 2, Methan (CH 4 ) und Meeresspiegel (SL) Datenbasis: Eisbohrkern Antarctic Dome C des europäischen Eisbohr-Projekts EPICA (European Project for Ice Coring in in Antarctica) Zeit (in Jahren vor heute) Quelle: Hansen et al., Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?, du/~jeh1/2008/target CO2_ pdf

6 Überblick Einführung Klimamonitoring Klimavariabilität bis heute Gemessen und Beobachtet Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis einige Modellergebnisse - Down-Scaling am Beispiel des Stadtklimaprojektes Frankfurt am Main

7 Beobachtete Klimaänderungen - global - Anstieg der Lufttemperatur Anstieg des Meeresspiegels Rückgang der Schneedecke Der Weltklimarat IPCC hat in seinem 4. Bericht (2007) Messungen bis 2006 berücksichtigt. Als beobachtete Klimaänderungen nennt er besonders den Anstieg der Lufttemperatur. IPCC=Intergovernmental Panel of Climate Change Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)

8 Beobachtete Klimaänderungen - global - Anstieg der Lufttemperatur Anstieg des Meeresspiegels Rückgang der Schneedecke Paläoklimatische Informationen stützen die Interpretation, dass die Wärme des letzten halben Jahrhunderts für mindestens die letzten 1300 Jahre ungewöhnlich ist. Das letzte Mal, als die Polargebiete für längere Zeit signifikant wärmer waren als heute (vor etwa Jahren), führten die Rückgänge der polaren Eismassen zu einem Meeresspiegelanstieg von 4 bis 6 Metern. aus: IPCC 2007: Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger. In: Klimaänderung 2007: Wissenschaftliche Grundlagen. Beitrag der Arbeitsgruppe I zum Vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderung (IPCC), Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor und H.L. Miller, Eds., Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom und New York, NY, USA. Deutsche Übersetzung durch ProClim-, österreichisches Umweltbundesamt, deutsche IPCC- Koordinationsstelle, Bern/Wien/Berlin, 2007.

9 Beobachtete Klimaänderungen - global - Anstieg der Lufttemperatur Anstieg des Meeresspiegels Rückgang der Schneedecke Der Weltklimarat IPCC hat in seinem 4. Bericht (2007) Messungen bis 2006 berücksichtigt. Als beobachtete Klimaänderungen nennt er unter anderem den Rückgang der Schneedecke. Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)

10 Globale Änderungen gemäß IPCC 2007 Zunahme der Lufttemperatur seit 1850 (ca. 0,7 K) Meeresspiegelanstieg seit 1870 (ca. 18 cm) Verringerung der schneebedeckten Fläche auf der Nordhalbkugel (ca km²) Abweichung vom Mittel (K) globale mittl. Lufttemperatur glob. mittl. Meeresspiegel Schneedecke Nordhalbkugel Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007) Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007) Jahr 10

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12 Linearer Trend seit 1890: +0,8 C in 100 Jahren Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung

13 Linearer Trend: +0,9 C in 100 Jahren Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung

14 Linearer Trend: +0,9 C in 100 Jahren Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung

15 Linearer Trend: +0,9 C in 100 Jahren Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung

16 ist es in Stuttgart so warm wie früher im 250 m tiefer gelegenen Karlsruhe ist es in Schleswig so warm wie früher im 750 km südlicher gelegenen Stuttgart Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung

17 Heiße Tage Zahl der Heißen Tage (Temperaturmaximum mind. 30,0 C) in Tagen Eistage Zahl der Eistage (Temperaturmaximum unter 0 C) Quelle: DWD

18 Niederschlagshöhen Änderungen im Sommer Linearer Trend Regional deutliche Abnahme, meist nur geringe Änderungen Aber Sommer 2010: Deutschland: 286 mm rel. Abweichung : 123% Änderung in % Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung 18

19 Niederschlagshöhen Änderungen im Winter Linearer Trend Zunahme in % Verbreitet deutliche Zunahme um mehr als 20 % Aber Winter 2009/2010: Deutschland: 168 mm rel. Abweichung : 93% Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung 19

20 Tage mit Schneedecke Linearer Trend Änderung in Tagen > Verbreitet deutliche Abnahme um 10 bis 30 Tage im Jahr <= -30 Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung 20

21 Tage mit einer Schneedecke / Tage mit einer Schneedecke*: Trend ist generell rückläufig örtlich bis -10 % alle 10 Jahre Trend ist lokal unterschiedlich *Gesamtschneehöhe um 07 Uhr mind. 1 cm Wendelstein m NN Brocken/Harz m NN Wasserkuppe/Rhön 921 m NN Frankfurt a. M. 110 m NN Berlin/Dahlem 51 m NN 21

22 Linearer Trend seit 1879: leichte Abnahme der mittleren Windgeschwindigkeit Weitere Auswertungen zu Stürmen zeigen: Weder die Anzahl noch die Intensität der Stürme lassen einen klaren Trend erkennen Quelle: Deutscher Wetterdienst, Abteilung Klimaüberwachung 22

23 Zusammenfassung (Fakten zum Klimawandel in Deutschland) Deutliche Erwärmung in Deutschland um 0,9 K im Jahresmittel in den letzten 100 Jahren, die weitgehend dem globalen Trend entspricht Zunahme der Jahresniederschlagshöhe in Deutschland um 10% seit 1901 Stärkste Niederschlagszunahme im Winter im Mittel über Deutschland um fast 21% seit 1901; im Sommer geringe Niederschlagsabnahme um -1,4% seit 1901 in regional unterschiedlicher Ausprägung Trend zur Abnahme in der Häufigkeit von Tagen mit Schneedecke Bei anderen Parametern (Wind, Wasserdampfgehalt, Bewölkung u.a.) noch keine eindeutigen Trends, insbesondere keine langfristige Zunahme von Sturmereignissen 23

24 Überblick Einführung Klimamonitoring Klimavariabilität bis heute Gemessen und Beobachtet Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis einige Modellergebnisse - Down-Scaling am Beispiel des Stadtklimaprojektes Frankfurt am Main

25 Die zukünftigen CO 2 -Emissionen sind entscheidend nur Zunahme CO2-Emissionen (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) Abnahme nach 2060 Abnahme nach 2040 Emissionsszenarien beschreiben die CO 2 -äquivalent Emissionen für verschiedene mögliche Varianten der zukünftigen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklung SRES Szenarien (IPCC - Special Report on Emissions Scenarios) Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)

26 Globale Klimamodelle berechnen die Lufttemperaturänderungen für die Emissionsszenarien Lufttemperatur Je nach Entwicklung der anthropogenen Emissionen ergeben sich verschiedene Erwärmungs- Szenarien. Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)

27 Globale Klimaprojektion bis Lufttemperatur Die Lufttemperatur ändert sich regional unterschiedlich: Kontinente in hohen Breiten erwärmen sich besonders stark, Erwartete Änderung der Lufttemperatur (im Vergleich zum Mittelwert ) - Szenarien A1B und A2 A1B: A1B: über den Ozeanen der Südhalbkugel ist die Erwärmung relativ gering. A2: A2: Übereinstimmung mit der Tendenz in den Messwerten von 1900 bis 2006 Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)

28 Untersuchung der Änderungssignale des Klimas auf regionaler Skala bis 2100 Datengrundlage Szenario Globalmodelle Regionalmodelle HadRM3Q0 CLM PROMES 2005 HIRHAM 2 RRCM Räumliche Auflösung: 10 bis 25 km Zeitliche Auflösung: Tag CRCM HadRM3Q3 RCA 3.0 HadCM3Q3 HadCM3Q0 HIRHAM 2 HIRHAM 5 RCA 3.0 CGCM3 BCM HadRM3Q16 RCA 3.0 HadCM3Q16 A1B IPSL CLM ECHAM5_r1 ECHAM5_r2 ECHAM5_r3 CNRM CM3 REMO 2005 (UBA) CLM WettReg 2005 WettReg 2010 STAR ALADIN RM4.5 ALADIN RM5.1 HIRHAM 5 REMO 2009 (BfG) CLM REMO 5.7 HIRHAM 5 RACMO 2.1 RegCM 3 RCA 3.0 CERA ENSEMBLES

29 Die zahlreichen Regionalen Klimamodelle werden als Ensembles ausgewertet Der DWD betreibt Ensembles von bis zu ca. 36 Regionalen Klimamodellen numerische und statistische Regionalmodelle, angetrieben durch verschiedene Globalmodelle Ziele: Bereitstellung aller verfügbaren Klimaprojektionen sammeln und bewerten der verschiedenen Klimaprojektionen Aussagen zur Bandbreite der Klimaprojektionen Eingangsdaten für Wirkmodelle 29

30 Ein Beispiel für 4 vom DWD ausgewertete unterschiedliche regionale Klimamodelle Regionale Klimamodelle REMO WETTREG STAR CLM Betreiber : numerisch statistisch statistisch numerisch MPI-M CEC PIK CLM-Konsort. (Hamburg) (Potsdam) (Potsdam) (Cottbus) Modellursprung: EM des DWD LM des DWD (aktuell gegenseitige Weiterentwicklung) 30

31 Regionale Klimaprojektionen / Jahrestemperatur Änderung (mittleres Emissionsszenario A1B, Antrieb durch globales Klimamodell ECHAM-5) Änderungen im Vergleich zu K +1 K +4 K +3.5 K +0.5 K +2,5 K +1,5 K Anstieg um 0,5 K bis 2 K (WETTREG mit geringster, STAR mit höchster Erwärmung) Anstieg um 2 K bis 4 K (Numerische Modelle mit Nord- Süd-Gradient) 31

32 Eintrittswahscheinlichkeiten für Lufttemperatur- Änderungen (relativ zu ; Klimamodell-Ensembles im DWD) % 50% 15% 85 % 50% 15% Dargestellt ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die Lufttemperaturänderungen überschritten werden. Basis: Ergebnisse eines Ensembles von 19 Regionalen Klimamodellen (ECHAM5, A1B) 32

33 Regionale Klimaprojektionen / Sommer-Niederschlag Änderung (mittleres Emissionsszenario A1B, Antrieb durch globales Klimamodell ECHAM-5) Änderungen im Vergleich zu % -15% -25% -25% -15% -20% -25% -40% leichte Abnahme um bis zu 15%, STAR mit bis über 25% Abnahme um etwa 15% über 40% (besonders betroffen: Südwesten) 33

34 Regionale Klimaprojektionen / Winter-Niederschlag Änderung (mittleres Emissionsszenario A1B, Antrieb durch globales Klimamodell ECHAM-5) Änderungen im Vergleich zu % +0% +40% +40% +25% +70% +25% -15% Nur nach WETTREG im Westen leichte Zunahme bis über 25% deutliche Zunahme um bis über 40%, nach WETTREG bis über 70% 34

35 Eintrittswahscheinlichkeiten für Niederschlags- Änderungen (relativ zu ; Klimamodell-Ensembles im DWD) Sommer Dargestellt ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die Niederschlagsänderungen überschritten werden. Winter 85% 15% 85% 15% Basis: Ergebnisse eines Ensembles von 19 Regionalen Klimamodellen (ECHAM5, A1B) 35

36 Aus regionalen Klimamodellen für Deutschland ableitbare Klimatendenzen (Zusammenfassung) mittlere Lufttemperatur (Vergleich zu ) Jahr : 0,5 K bis 2 K Erwärmung : 2 K bis 4 K (numerische Modelle zeigen stärkste Erwärmung in der Mitte und im Süden) 36

37 Aus regionalen Klimamodellen für Deutschland ableitbare Klimatendenzen (Zusammenfassung) mittlere Niederschlagssummen (Vergleich zu ) Sommer: : Abnahme je nach Modell ca. 15% bis örtlich 25% : weitere Abnahme von ca. 25% bis regional vor allem im Südwesten bis zu >40% Winter: : im Westen Zunahme um ca. 5% bis örtlich 20%, sonst keine einheitliche Tendenz : Zunahme ca. 10% bis 30%, vor allem im Norden auch über 40%, im Westen regional je nach Modell bis zu ca. 70% mehr Niederschlag 37

38 Änderung extremer Niederschlagsereignisse bis 2100 Wiederkehrzeit 100 Tage Winter CLM REMO WETTREG2010 deutliche Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlägen im Winter moderate Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlägen im Winter konstante Starkniederschlagshäufigkeit oder Abnahme 38

39 Änderung extremer Niederschlagsereignisse bis 2100 Wiederkehrzeit 100 Tage Sommer CLM REMO WETTREG2010 moderate Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlägen im Sommer konstante Starkniederschlagshäufigkeit oder Abnahme 39

40 Überblick Einführung Klimamonitoring Klimavariabilität bis heute Gemessen und Beobachtet Blick in die Zukunft: Klimaszenarien bis einige Modellergebnisse - Down-Scaling am Beispiel des Stadtklimaprojektes Frankfurt am Main

41 Der DWD untersucht die Klimaentwicklung exemplarisch an konkreten Städten Einsatz von Simulationsmodellen Messungen vor Ort Lufttemperatur (KW 16) Daten regionaler Klimamodelle: REMO, CLM, WETTREG, STAR Lufttemperatur [ C] City/Gleisanlage City/dichte Bebauungsstruktur lockere Zeilenbebauung Freifläche NW Freifläche E 0-2 Mo Di Mi Do Fr Sa So Datum Stadtklimamodell MUKLIMO_3 Urbanes Bioklimamodell UBIKLIM Berlin Frankfurt/Main Köln 41

42 Stadtklimaprojekt Frankfurt am Main Kooperation mit mit der der Stadt Zielsetzungen: -- Bewertung der der Lufttemperatu- ren ren im im Stadtgebiet und und Umge- bung -- Einsatz des des Stadtklimamodells MUKLIMO_3 (Mikroskaliges Urbanes KLImaMOdell) -- Abschätzung der der Entwicklung der der Temperaturverhältnisse bis bis zur zur Jahrhundertmitte 42

43 Bebauungsstrukturen nach BBR (1980) 19 Flächennutzungsklassen Siedlung (dicht) Siedlung (locker) Wald Park Gewerbe (dicht) Gewerbe (locker) Freiflächen Wasser Bankenviertel Ein-, Mehrfam.haussdlg. Dorfkern Reihenhaussiedlung Zeilenbebauung Zeilenbeb. + Hochhäuser Blockbebauung City Mittelalterl. Stadt Gleise Kleingärten Bankenviertel 25 km Innenstadt

44 Orographie Taunus

45 Downscaling der Klimaprojektionen Globales Klimamodell ECHAM5 A1B Ensemble - 4 regionale Klimamodelle: REMO, CLM, WETTREG, STAR Stadtklimamodell MUKLIMO_3

46 Untersuchungsmethode zum Einfluss des Klimawandels auf Städte Zeitreihen Stadtklimamodell Auswertung Änderungssignal Klimaprojektion Vergangenheit Klimaprojektion Zukunft UBIKLIM oder MUKLIMO_3 Statistik Verteilungen Trends, Korrelationen, Indizes usw. Differenz der beiden Zeiträume Signifikanzprüfung

47 Evaluierung Anzahl Sommertage T max 25 C Eingabe für Quader: Beobachtungen Offenbach ( & ) Simulation 52.2 d/a Beobachtung 49.6 d/a Rhein-Main-Airport ( ) Simulation 40.3 d/a Beobachtung 46.1 d/a Innenstadt

48 Frankfurter Innenstadt: Ergebnisse Grünenburgpark & Palmengarten Bankenviertel Innenstadt Innenstadt Anzahl Sommertage Anzahl Tropennächte

49 Änderung der Anzahl Sommertage (A1B) vs CLM REMO +32 d/a +30 d/a avg 12.8 d/a avg 12.8 d/a +28 d/a min 10.0 d/a min 7.6 d/a +26 d/a max 15.1 d/a max 15.1 d/a +24 d/a +22 d/a +20 d/a +18 d/a STAR WETTREG +16 d/a avg 24.8 d/a avg 11.2 d/a +14 d/a min 17.6 d/a min 8.1 d/a max 28.1 d/a max 13.7 d/a +12 d/a +10 d/a +8 d/a

50 Vielen Dank für Ihr Interesse 50