Klimawandel & Klimafolgen in Nordrhein-Westfalen. Dr. rer nat. J.P. Kropp.

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1 Klimawandel & Klimafolgen in Nordrhein-Westfalen Dr. rer nat. J.P. Kropp Leiter Nord Süd Gruppe Leiter Nord-Süd Gruppe

2 Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) im Auftrag des MUNLV A1B Die wissenschaftlichen Arbeiten erfolgten von Mai bis Dezember 2008 Hierarchischer Ansatz, Analyse möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf Sektoren in NRW im Fokus ECHAM5/ MPI-OM A1B Szenario geht von moderater Emissionsentwicklung aus. Sollte es nicht gelingen den jetzigen Entwicklungspfad zu verlassen, könnten die in dieser Studie beschriebenen Wirkungen daher noch deutlich stärker ausfallen. Auswahl der Sektoren und Analysen beruht neben der regionalen Relevanz auch auf der vorhandenen Datenlage. CCLM (STAR) Quelle: Kropp et al. 2009

3 Vergleich NRW und Sachsen Anhalt Studie Sektoren: Wasser, Boden, Land-, Forstwirtschaft Naturschutz, Tourismus, Gesundheit,,(Planung) Sektoren: Wasser, Boden, Land-, Forstwirtschaft, Weinbau, Naturschutz Szenarien/Klimamodelle: Szenarien/Klimamodelle: Szenarium: Modelle: A1B (mittel) CCLM (STARII) Szenarien: Modelle: A2, A1B, B2 WETTREG REMO (STARII)

4 Wieso die Analysen in NRW? 22 % (18 Mio.) Gesamtbevölkerung von Deutschland 26 % Wälder, 50 % Landwirtschaft Ca. ¼ BIP Hoch-differenzierte Räume Height (in m) Gegenstand von 4 PIK-Studien: NRW I Studie ( ) MUNLV Regionale Klimaszenarien NRW ( ) NRWII Studie ( ) MUNLV ESPON-CC ( ) EU Resultate: Erhöhung der Sommertemperatur, besonders im Spätsommer Niederschlag konst. bis leicht zunehmend, aber Veränderung der Saisonalität Cities Rivers Admin. districts

5 Lernen aus der Erdgeschichte heute Menschheit verursachte CO 2 Anstieg von ~35% seit 1850 < 6 ºC 100 J. Holocene Eem Holstein Cromer Waal erwartete Änderungen wenigstens 20 mal schneller 6-7 ºC 3000 J. Temperature change Weichselian Riss Mindel Guenz yrs before BP (x 1000) Source: Vostok Ice Core

6 2 C Leitplanke & Kopenhagen 98 km/h heisst nicht, dass man auf der sicheren Seite ist! 102 km/h heisst nicht sofort einen Unfall! 2 Temperatur Leitplanke: akzeptiert durch die internationale Gemeinschaft in Kopenhagen! 2 C bis 2100, Änderungsrate: < 0.2 C pro Dekade Beobachtet +0.8 C, mindestens 0.4 C in der Pipeline ; 0.2 C Veränderungsrate erreicht COP15 Copenhagen Accord 2009 (nicht bindend) : 3.5 C

7 Was bedeutet das? Quelle: Raupach et al Quelle: PIK/Meinshausen 2007

8 Global mean annual temperature change relative to ( C) Source: IPCC2007

9 STAR Szenarien: Niederschlag Trocken/Mittel/Feucht Klimawandel ist nicht gleichförmig FM: -3% +10% +17% Quelle: Kropp et al vs

10 Vergleich CCLM/STAR Temperatur Quelle: Kropp et al FM: +2.2 C +2.2 C +2.3 C +1.7 C

11 Klimatologische Analyse

12 Naturschutz Auswertung für vier Großlandschaften in NRW mit insg. 33 phänologischen Stationen : äußerer Ring: ; innerer Ring: Verfrühung der Jahreszeiten: Vorfrühling: ~6-11 Tage Frühsommer: ~ 8-11 Tage Frühherbst: ~ 7-14 Tage. Veränderung der Vegetationslänge (nach Steileiche): +5 bis 9 Tage Quelle: Kropp et al. 2009

13 Naturschutz Anfälligkeit des Naturschutzes: Terrestrische und aquatische Systeme reagieren bereits in komplexer Weise auf den Klimawandel, welcher ihre Lebensbedingungen beeinflusst. Feuchtlebensräume könnten in Nordrhein-Westfalen durch die zu erwartenden Veränderungen beispielsweise in der sommerlichen klimatischen Wasserbilanz besonders gefährdet sein. In Nordrhein-Westfalen können FFH-Gebiete entlang von Flusstälern und Moorlebensräume als sensitiv angesehen werden, während Trockenrasen und Heidevegetation im Vergleich wahrscheinlich eine geringere Sensitivität aufweisen. Unter Klima- und Landnutzungswandel können starke Veränderungen in der Artenzusammensetzung erfolgen. Es sind bereits deutliche Verfrühungen in den phänologischen Hauptjahreszeiten innerhalb der vier Großregionen aufgetreten und weitere Verfrühungen der Jahreszeiten sind in Zukunft zu erwarten

14 Landwirtschaft/Boden ,5% ,4% (im Vergleich zu ) ,5% ,3% (im Vergleich zu ) Nach den Klimadaten des Modells CCLM (Szenario A1B) insgesamt günstige g Bedingungen g Ertragsänderungen unterscheiden sich jedoch stark zwischen den Regionen

15 Weinbau (Sachsen-Anhalt) (Station Artern, STAR II, A1B, ) Quelle: Kropp et al. 2009

16 Landwirtschaft Anfälligkeit des Sektors Landwirtschaft: Insgesamt gesehen sind die Ertragsaussichten für Winterweizen und Silomais für Nordrhein- Westfalen sehr günstig. Beide Kulturen könnten bis zur Mitte des Jahrhunderts von der Temperaturerhöhung profitieren. Trotz zunehmender Verdunstung wird in den meisten Regionen Nordrhein-Westfalens Wasserstress wahrscheinlich kein limitierender Faktor sein. Die ansteigende CO2-Konzentration kann zusätzlich einen deutlichen Ertragsanstieg bewirken. Allerdings werden die Ertragssteigerungen nach bisherigen Untersuchungen mit einer Qualitätsminderung und einer geänderten Proteinzusammensetzung bei Winterweizen einhergehen. Durch ähnliche Ansprüche an den Temperatur- und Wasserbedarf in den entsprechenden Vegetationszeiten der Sommer- und Winterkulturen können Analogieschlüsse auf die zu erwartenden Änderungen der anderen Kulturen gezogen werden.

17 Sektorale Verwundbarkeit 1999 Stimulus: Stürme Exponierte Einheit: Forstsektor; Indikatoren: Baumtypen, Gelände- Neigung, rel. Sturmhäufigkeit Aufgenommener Schaden 2007 > 19 Mio m3 Quelle: Kropp et al. 2006, Climatic Change

18 Detaillierterer Blick liefert nicht 1999 unbedingt Neues! 2009 Einflussfaktoren: Bodentypologie Baumarten Orographie Δ Orkantage

19 Sturmschäden in Forsten Analyse der Mechanismen, was sind die Bestimmungsfaktoren für das Sturmrisiko? No data Very low Low Medium High Very high Ansatzpunkte für Anpassung corniferous deciduous mixed Source: Kropp, Klaus, Holsten 2010

20 Klimatologisches Waldbrandrisiko Länger & öfter! Tage mit hohem Feuerrisiko Quelle: Kropp et al. 2009

21 Veränderungen in der Saísonalität Verschiebung in den Sommer, haben jedoch ein tatsächliches Risiko? Source: Costa, Kropp, Holsten 2008

22 Integration Integration von Klimarisiken Landnutzung, Siedlungsverteilung, etc., 90% aller Brände sind anthropogen verursacht Source: Costa et al. 2010, Kropp et al. 2009

23 Forstwirtschaft Anfälligkeit des Sektors Forstwirtschaft: Insgesamt günstige Bedingungen im Zuwachspotential der betrachteten Baumarten. Verändernde Konkurrenzbedingungen kann die Ergebnisse jedoch beeinflussen. Die Simulation zeigte keine extremen Veränderungen bei den betrachteten Baumarten. Das klimatische Waldbrandrisiko könnte in Zukunft steigen und die Waldbrandsaison könnte sich in den Spätsommer hinein verlängern. Das Auftreten von Waldbränden ist jedoch vom menschlichen Verhalten bei der Entzündung und Bekämpfung abhängig. Das Sturmwurfrisiko ist vor allem von der Höhenlage der Bestände, ihrer Exposition gegenüber Stürmen und der Bestandsbehandlung und Baumartenzusammensetzung abhängig. Die Einflussfaktoren überlagern sich jedoch räumlich. Besonders in den Bergregionen könnte das Sturmwurfrisiko in Zukunft weiter zunehmen.

24 Economy or Sustainability first? Ski Arena Sauerland 140 ski lifts, ~200 snow machines, 280 ha downhill & cross country slopes ~98 mio gross turnover, employees ~ 100 operating days needed (>500m) Current: ~ 22 days with natural snow 80% of operating days with artificial snow Investments: 53 Mio. (45% for snow making) Ërtrag: ~ 54 Mio. p.a. ( ) Climate Change not yet considered!

25 Widerspruch zwischen ökonomischen Wachstumszielen und Klimarealität (Wet Bulb Temperature) Abnahme der Tage an denen künstlicher Schnee hergestellt werden kann: STAR CCLM (A1B) 2020: -30% -11% 2050: -40% -50% (Vergleich: ) Abnahme der Tage mit natürlichem Schnee Quelle: Kropp et al Wachstum: CCLM (A1B) 2020: -25% 2050: -55% (Vergleich:196:1-1990) Weder ökonomisch noch ökologisch nachhaltig! Alternativen spätestens nach 2020 Nötig!

26 Alpiner Wintertourismus 100% 69% Existierende Skig. momentan +1 ºC +2 ºC 28% 3% +4 ºC Quelle: OECD 2006

27 Tourismus Anfälligkeit des Sektors Tourismus: Städte-, Kurz-, Geschäfts- und Tagungsreisen sind wenig witterungsabhängig und machen bereits heute einen hohen Anteil an den Übernachtungszahlen in NRW aus. Eine Steigerung dieses Anteils wird in Zukunft erwartet. Durch mehr Sommertage (Tmax. >25 C) sind zunehmend positive Auswirkungen für die Tourismuswirtschaft im Sommer möglich. Durch mildere Winter und weniger Schneefall ist in Zukunft Wintersport wahrscheinlich nur noch eingeschränkt möglich. Der Wintersporttourismus in NRW kann damit als besonders anfällig gegenüber dem Klimawandel angesehen werden. Angebotsänderungen hin zu wetterunabhängigen Aktivitäten können die Anfälligkeit vermindern. Künstliche Beschneiung stellt keine sinnvolle Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel dar.

28 Überalterung in NRW Datenquelle: stat. Landesamt NRW

29 Änderung der Verwundbarkeit 61/90 vs. 36/65 Hitze-Verwundbarkeit der Regionen in NRW Quelle: PIK/Lissner et al. 2010

30 Gesundheit Analyse der Anfälligkeit der Bevölkerung gegenüber Hitzwellen anhand eines indikatorenbasierten Modells unter Verwendung von Fuzzy-Logic Gebiete mit einem hohen Hitzeinselpotential, einem hohen Anteil an Bevölkerung über 65 Jahre sowie einer hohen Anzahl an Hitzewellen sind besonders anfällig Zunahme von Hitzewellen und der älteren Bevölkerung führen zu einer erhöhten Anfälligkeit in NRW Besonders die dicht besiedelten Gebiete der Metropolregion Rhein/Ruhr werden in Zukunft mit einer hohen Anfälligkeit zu rechen haben lle: Kropp et al. 2009, Lissner et al. 2010

31 Gesundheit Potentielle Zeckenaktivität: Aktive Zecken (auf Wirtssuche) sind ab einer Temperatur von ca C zu finden Beispiel Westfälische Bucht: Zeitspanne möglicher Zeckenaktivität nach dem Modell CCLM, unter Annahme des Szenarios A1B Diese Zeitspanne wird sich in Zukunft verlängern, was zu höheren Beständen führen kann Damit kann auch das Auftreten von durch Zecken übertragene Krankheiten wie Borreliose und FSME steigen Quelle: Kropp et al. 2009

32 Stadtplanung NRW ist das am dichtesten besiedelte Bundesland Deutschlands; insgesamt gibt es 29 Großstädte Städte weisen höhere Temperaturen auf als das unbebaute Umland (Städtische Hitzeinsel) Temperaturgefälle sind bei hohen Temperaturen am stärksten, dadurch entsteht ein höherer Hitzestress in dicht besiedelten Gebieten Grünanlagen können diesen Effekt abschwächen und dienen gleichzeitig als Naherholungsgebiet für die Stadtbevölkerung Bereits Baumreihen können einen kühlenden Effekt auf das Stadtklima haben

33 Stadtplanung Die Metropolregion Rhein-Ruhr gehört zu den am dichtesten besiedelten Gebieten in Europa. Ab einer Mindestgröße können Grünflächen das Mikroklima umliegender Gebiete beeinflussen. Analyse: Identifizierung der Gebiete der Metropolregion, in denen die Kühlung durch Grünflächen oder Wälder eingeschränkt ist Das Beispiel Dortmund zeigt einige besonders vulnerable Gebiete (rot) auf. Ausgangspunkt für stadtplanerische Anpassungsmaßnahmen Quelle: Kropp et al. 2009

34 Dr. Jörn Birkmann, United Nations University Könnte dies eine Realität sein?

35 Rhein (Köln) Pardé-Koefficient Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month Minimum Abfluss verschiebt sich aus dem Oktober zum September, Spätsommerabfluss nimmt ab! Quelle: BMVBS 2008

36 Pegel Intschede/Weser a) Validierung und Kalibrierung des Modells (rot Repräsentator der Realität) a) Simulation b) Simulation Grundwasserneubildung könnte regional problematisch werden! Quelle: PIK/Huang et al 2009

37 Die Wasserproblematik ist komplizierter als man denkt. Verdunstung Abfluss mm/j Quelle: Kropp et al Niederschlag Grundwasserneubildungsrate mm/j Frage schliessen sich hier an: Landwirtschaft, Kühlwasser?

38 Grundwasserneubildung (Sachsen-Anhalt) Mittlere jährliche GWNB [mm]

39 /s] Discharge [m 3 Beispiel: Weser, Kraftwerk Veltheim 100 realisations ( ) 50 realisations ( ) Median Simulation Overall pattern: Average day of the year Quelle: Kropp et al. 2009

40 Produktion von Kraftwerken bei Temperaturanstieg und Abflussverminderung (hier Krümmel) Kalibrierung: Abflüsse Sommer 2003 Gesetzl, Grundlagen Tmax_r < 28 C Tmax_k <30 C To < 3 C Produktionsredukti ion 18.00% 16.00% 14.00% 12.00% 10.00% 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 11,4 1K 3K 5K Wasser temperatur Verluste in Millionen /yr 110,5 36,5 Source: Förster et al % % % % % Abflussreduktion

41 Wasser Anfälligkeit des Sektors Wasser: Es sind bereits Änderungen im Abflussregime vieler Flüsse in NRW beobachtet worden. Im Allgemeinen: erhöhte Abflussmengen im Winter, weniger Abfluss im Sommer Für die Flüsse Ems, Weser und Wupper zeigen die Projektionen, dass sich dieser Trend in Zukunft fortsetzen wird. Die Abnahme der Abflüsse in den Sommermonaten könnte in den nächsten Jahrzehnten besonders ausgeprägt sein. Trotz einer insgesamt zu erwartenden Zunahme an Niederschlägen könnten aufgrund der starken Erhöhung der Verdunstung in einigen Regionen der Abfluss und die Grundwasserneubildung abnehmen. Die zunehmende Erwärmung der Gewässer und die gleichzeitig zu erwartende Abnahme der Abflüsse im Sommer könnten zu Risiken des Energiesektors im Zusammenhang mit der Kühlwasserverfügbarkeit führen. Aufgrund der zu erwartenden Veränderungen im Heiz- und Kühlbedarf von Gebäuden könnte sich der Energiebedarf und damit der Kühlwasserbedarf entsprechend verändern.

42 Weitere Informationen zu den Studien (Publication/Reports) Ich danke Ihnen für die Aufmerksamkeit!