Ehrenkolloquium Dr. Klaus Bellmann, Potsdam Vom Punkt in die Fläche zur Bilanz: eine Wegbeschreibung

Transkript

1 Ehrenkolloquium Dr. Klaus Bellmann, Potsdam Vom Punkt in die Fläche zur Bilanz: eine Wegbeschreibung Frank Wechsung mit Beiträge von Valentina Krysanova, Petra Lasch, Felicitas Suckow, Friedrich W. Gerstengarbe, Fred Hattermann, Peter C. Werner Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.v.

2 Begrifflichkeiten Themensicht: Landschaftsbezogene Simulation von Stoff-, Wasser- und Energieflüssen - am Punkt (vertikale Flüsse), - in der Fläche (Aggregation), - in der Bilanz (vertikale und horizontale Flüsse). - Anforderungen vorwiegend formuliert auf der Ebene der Fläche und der Bilanz durch Landschaftsökologie und Ökonomie, Wasser von zentraler Bedeutung - resultierend unmittelbar aus dem PIK-Auftrag: Folgen und Anpassungsstrategien für den globalen Wandel zu bestimmen.

3 Fortschritte (und Probleme) seit Mitte der `9-iger Systemanalyse: Lange Linien der Wasserproblematik in Ostdeutschland (Brandenburg, Elbeeinzugsgebiet) Regionale Klimaszenarien Ökophysiologische Modelle (DEMETER, 4C) Ökohydrologisches Modell (SWAT-Potsdam: SWIM) Vernetzung mit anderen Modellen (Agrarökonomisches Deutschland-Modell RAUMIS, Wasserbewirtschaftungsmoll ArcGRM)

4 Lange Linien... : Lineare Klimatrends (1951-2) Tendenz Anstieg der Temperatur Jahresmittel Sommer Winter Rückgang der Sommerniederschläge Anstieg der Winterniederschläge Anstieg in der pot. Evapotranspiration Jahr April-Juni Juli-September Winter Verschlechterung der klimatischen Wasserbilanz Jahr April-Juni Juli-September Winter 5% Percentil +1.1 K +.8 K +1.4 K -46 mm +5mm 37 mm 13 mm 8 mm 4 mm -34 mm -47 mm -19 mm +47 mm Flächenanteil [%] mit p> Grafik Hauf 24 Gerstengarbe, Wechsung & Werner 24 Percentile.95-MIN MAX

5 Lange Linien... : Nachhaltigkeitsdefizite und -gebote Wasserregulation und Entwässerung Braunkohleförderung in der Lausitz Gewässerqualität Naturpotentiale Vor 199: Förderung 1989: 3 Mill. t Grundwasserhebung von 1.2 Mrd m3/a bis 199 führten zu einem Grundwasserdefizit von 13 Mrd. m3 Maximale Ausdehnung des Grundwasserabsenkungstrichters 25 km2 Steigerung der Wasserführung der Spree zw. 195 und 199 von 14 auf 4 m3/s Nach 199: Rückgang der Förderung auf 75 Mill. T Reduktion des Grundwasserdefizits auf 9.8 Mrd. m3 Flutung der Braunkohlerestlöcher zur Lausitzer Seenkette (12 ha) Zielpegel am Zufluss Grosse Tränke (8 m3/s) Berlin wird in den Sommermonaten unterschritten (Umweltdaten aus Brandenburg, Bericht 22 des Umweltbundesamtes)

6 Lange Linien... : Folgen Sozio-ökonomischer Schrumpfung Zunahme der Pro-Kopfeinkommen von auf (B.f. Statistik) Verlust von 3.1 Mill Arbeitsplätzen seit 199 Zunahme der Pro-Kopfverschuldung auf 9913 DM im Jahr 2 (Fortschrittsbericht wirtschaftswissenschaftlicher Institute über die wirtschaftliche Entwicklung in Ostdeutschland, 22) die am schnellsten alternde Bevölkerung Deutschlands durch Rückgang der Geburtenrate nach 199 um ca. 5% und überproportionale Abwanderung von jungen Frauen (2:1) (Bundesamt für Statistik) Relative Aufwertung von Versorgungswirtschaft (Strom-, Gas- und Wasser) und Landwirtschaft: - Anteil der Landwirtschaft am BIP 2% (West: 1%) - von 1 umsatzstärksten Ostunternehmen 21% Versorger, Umsatzanteil 35 % - Umsatzstärkste Ostdeutsche Unternehmen Vattenfall Europe AG (Welt ) Rückgang im Trinkwasser Pro-Kopf Verbrauch von 142 im Jahr 199 (WD 14) auf 93 l/kopf und Tag im Jahr 2 (WD 136) Anstieg der Wasser- und Abwasserpreise Wassertourismus wird zum bedeutsamen Markt (D 1.7 Mrd. Umsatz, BWVS 24)

7 Regionale Klimaszenarien: Klimatische Wasserbilanz (1951-2; ) KWB [mm] KWB [mm] Elbe *** Obere Spree *** *** KWB [mm] Unstrut *** Jahr KWB [mm] Spreewald *** Jahr KWB [mm] Schwarze Elster *** Jahr KWB [mm] Obere Havel ** Jahr STAR Jahr STAR Jahr

8 Punkt-Waldwachstumsmodell 4C Tag Woche - Monat Jahr Umwelt Meteorologie Deposition CO 2 C, H 2 O Bewirtschaftung C, N Boden Bestand Phänologie H 2 O, N, C Wasser Temperatur C/N-Haushalt Photosynthese Assimilation Respiration H 2 O, N Wachstum Mortalität Verjüngung C, N H 2 O, N

9 Punkt-Validierung von 4C: Bodenwasser und -temperatur Natteheide, Vol% Wassergehalt 2cm Niederschlag mm Nied day Bodentemperatur 2cm C day Niederschlag (NOS) simuliert gemessen (TDR1) simuliert gemessen (T1B) Vol% Wassergehalt 7cm simuliert gemessen (TDR2) day Bodentemperatur 7cm C day simuliert gemessen (T2B)

10 vom Punkt in die Fläche mit 4C: Wasser- und Stickstofffluss unter Wald Prozentuale Änderung Klima- zu Basisszenario an den ÖWK-Flächen, (Mittel der Wuchsbezirke) Versickerung Stickstoffaustrag

11 Punkt-Fläche-Bilanz: SWAT Modell SWIM (Krysanova et al., 1998) Klima: Temperatur, Niederschlag und Strahlung Hydrologischer Stickstoffkreislauf Vorfluter Kreislauf -2m Boden A B C Oberer Grundwasserleiter Pflanzenwachstum LAI Biomasse Wurzel N-NO 3 N oa N os N r Phosphatkreislauf P lab P ma P ms Unterer Grundwasserleiter P o P r Hydrotop = f (Landnutzung - Boden - DGM Teilgebiete...)

12 Punkt-Fläche-Bilanz: Regionalisierung des Modellkonzeptes Klimadaten Hydrologie Landnutzung Böden/ Geologie Infrastruktur

13 SWIM: Tägliche Abflüsse am letzten tideunbeeinflussten Pegel der Elbe (Neu Darchau) river discharge [m3/s] beobachtet simuliert 1/1/81 7/1/81 1/1/82 7/1/82 1/1/83 7/1/83 1/1/84 7/1/84 1/1/85 7/1/85 1/1/86 Hydrologische Größe Simuliert [mm] Hydr. Atlas [mm] 7/1/86 1/1/87 7/1/87 1/1/88 7/1/88 1/1/89 7/1/89 1/1/9 7/1/9 1/1/91 7/1/91 1/1/92 7/1/92 Niederschlag Abfluss am Pegel Neu Darchau, 86, km 2 (kalibriert , validiert ). Verdunstung aktuell Direktabfluss Grundwasserneubildung Abfluss gesamt

14 Simulierte Szenariofolgen auf Erträge von Monokulturen (SWIM) Ertragsänderungen: rez. wahrscheinlichstes Szenario (246-55) zu Referenz (1991-2) % Sommergerste Wintergerste Winterroggen % Winterweizen Winterraps Silomais Hattermann et al. 24

15 D 1997 SWIM: Generierte landwirtschaftliche Anbauverteilung Monokultur (WG) Klimaeffekt Fruchfolgen 99 Klimaeffekt Hydrologische Größe [mm] [mm] Differenz [mm] Änderung [%] [mm] [mm] Differenz [mm] Änderung [%] Niederschlag Verdunstung aktuell Direktabfluss Grundwasserneubildung Abfluss gesamt Fruchfolgen 99-Monokultur (WG) Methodeneffekt Verdunstung aktuell Muster-Generator mit 23 Fruchtfolgen in 7 Regionen Direktabfluss Grundwasserneubildung Abfluss gesamt Felder Mittl. Feldgröße: 252 ha Referenz (1999)

16 Vernetzung mit wasserwirtschaftlicher Modellierung Dr. Otto Rindt ( ) Lausitzer Seenkette: 12 ha neue Wasserfläche Folgen des Klimawandels bei gegenwärtigem Flutungsregime: Berlin Zufluss kommt nach 23 während der Sommermonate in jedem zweiten Sommer zum Erliegen Anpassungsmaßnahmen: Vorziehen der Flutung, kleine Fließe trocken fallen lassen, Wasserimport aus anderen Flussgebieten

17 Universum 5-7 Mill. Jahre nach dem Urknall (Hubble, 24) Vielen Dank, Herr Bellmann, für Ihren Beitrag zur Bildung kritischer Masse am Anfang der Expansion!

18 Beispiele für Fragestellungen zu Fläche und Bilanz Welche Folgen hat eine Wiederaufforstung aufgegebener landwirtschaftlicher Flächen für den Wasserhaushalt in Brandenburg? > Wie plausibel aus ökonomischer Sicht ist die Freisetzung landwirtschaftlicher Flächen? > Welche Landnutzungsmuster sind zu erwarten? < Welche Wirkungen ergeben sich aus dieser veränderten Landnutzung für die Biodiversität? Wie verändert sich die Grundwasserneubildung und der Stoffaustrag unter Brandenburgs Wäldern bei Klimawandel? Welche Auswirkungen haben (klimabedingte) Veränderungen in der landschaftlichen Wasserspende für die Flutung der Tagebaurestlöcher und die wasserwirtschaftliche Situation der Region Spree-Havel? < Welche Anpassungsoptionen bestehen? < Wie sind diese Anpassungsoptionen zu bewerten?