Peter Lemke. Klimawandel globale Anregung und regionale Antwort. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven

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1 Klimawandel globale Anregung und regionale Antwort Peter Lemke Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven Institut für Umweltphysik Universität Bremen

2 Inhalt 1.Was ist das Problem? 2.Was wird beobachtet? 3.Was bringt die Zukunft? 4.Und was tun wir?

3 Inhalt 1.Was ist das Problem? 2.Was wird beobachtet? 3.Was bringt die Zukunft? 4.Und was tun wir?

4 Das multi-disziplinäre Klimaproblem Anthropogener Einfluss Wechselwirkung zwischen Klimakomponenten: Austausch von Wärme, Impuls, Masse

5 Klimaänderungen Natürliche Ursachen: Externe: Sonne (zurzeit sehr konstant) Änderungen der Umlaufbahn (lange Zeitskalen, > Jahre) Vulkanausbrüche (kurze Zeitskala) Interne: Rückkopplungen im Klimasystem, Nichtlinearitäten Anthropogene (menschliche) Ursachen: Änderungen der Landoberfläche CO 2 -Emissionen

6 Weltbevölkerung: 6,756,528,577 The Challenge: Sustainable Management of an Ever-Changing Planet

7 Ernährung The Challenge: Food Security

8 Global Crop Cover Change 1700 to 1992 BIOME 300 Fraction of Grid Cell in Croplands

9 Beobachteter CO 2 Anstieg: Landnutzung: 22% CO 2 -Emission: 78% Was bedeutet das für die Energiebilanz der Erde?

10 Klimasystem Planetare Gleichgewicht: Strahlungs- Temperatur 255 K = -18 C Natürliche Treibhausgase Oberflächentemp. 288 K = +15 C

11 Inhalt 1.Was ist das Problem? 2.Was wird beobachtet? 3.Was bringt die Zukunft? 4.Und was tun wir?

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13 Zeit (in 1000 Jahren vor heute) Atmosphärische Gaskonzentrationen aus Eiskernen 401

14 Atmosphärischer CO 2 -Gehalt: Mauna Loa ( ) Die Emissionsrate steigt weiter an.

15 Anthropogenic Perturbation of the Global Carbon Cycle Perturbation of the global carbon cycle caused by anthropogenic activities, averaged globally for the decade (GtCO 2 /yr) Data: CDIAC/NOAA-ESRL/GCP Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Le Quéré et al 2014; Global Carbon Budget 2014

16 Global gemittelte Temperaturen steigen deutlich an GISS Data

17 Temperatur-Trend seit 1963 Trends in Annual Surface Air Temperature GISS

18 Temperatur-Trend für Deutschland (DWD) 100-Jahre-Trend: 0.12 C/Dekade (global: 0.08 C/Dekade) 50-Jahre-Trend: 0.30 C/Dekade

19 12 11 Jahresmittel Temperatur Helgoland Reede o C y = 0,0275x - 44,475 R² = 0,

20 Temperatur-Trend für Nordsee

21 Veränderungen Biota Ruderfußkrebse die wichtigsten Primärkonsumenten: Die Warmwasser-Form Calanus helgolandicus - ein nur zahlenmäßiger Ersatz für die Kaltwasser-Form Calanus finmarchicus log abundance Calanus finmarchicus Calanus helgolandicus 0 16 C (Optimum: 7 C) Calanus finmarchicus Year Abnahme der Biomasse um 70% bei etwa konstanter Gesamt-Abundanz Calanus helgolandicus 5-21 C (Optimum: 16 C)

22 Globale Erwärmung ist eindeutig Atmosphäre: 1% Arktisches Meereis im Sommer Eisschmelze: 3% -35% Oberer Ozean: Wärmeinhalt Ozean: 93% Lufttemperatur am Boden IPCC, AR5

23 Meereis-Ausdehung NH Trend:-3.8% pro Dekade;SH Trend:+1.5% pro Dekade

24 NSIDC Gegenwärtige Meereisausdehnung 10. April 2015

25 Arktische Meereis-Ausdehung im Sommer Rückgang Sommer-Minimum (-12% pro Dekade) Sept 2007 Sept Arktis eisfrei im Sommer Aktualisiert von IPCC AR4 (2007)

26 Messungen der Meereisdicke EM bird AWI Sea Ice Group Photo: Jim Watson, Scale Modelbuilders Inc

27 Beobachtungen der Meereisdicke ( ) AWI Sea Ice Group

28 Beitrag von Gletschern zum Meeresspiegelanstieg seit Verstärkter Gletscherrückgang seit Beginn der 1990er Morteratsch Gletscher Massenverlust von Gletschern und Eiskappen: 0.37 ± 0.16 mm yr -1, ± 0.22 mm yr -1, Neu (2013): 0.8 mm yr -1 Lemke et al. (2007) IPCC AR4, Chapter 4

29 Massenbilanz der Eisschilde IPCC, AR5 Eismassenverluste Grönland 0.6 mm/a Antarktis 0.4 mm/a

30 Meeresspiegelanstieg IPCC, AR5 Zeitraum Meeresspiegelanstieg: 0.19 m Mittlerer Anstieg: 1.7 mm/year Gegenwärtiger Anstieg: 3.2 mm/year 30

31 Sea Level Change 31

32 Meeresspiegelanstieg in der Nordsee etwa 16 cm im letzten Jahrhundert Mittlerer Meeresspiegel In den letzten Jahren ist der Meeresspiegel in der Nordsee im mittel um 1.6 mm/jahr angstiegen. Vergleichbar mit globalem Meeresspiegelanstieg In den letzten Jahrzehnten ( ) höhere Anstiegsraten in der Nordsee (etwa 3.7 mm/jahr) auch im Vergleich zum globalen Mittel (3.20 mm/jahr) Figure 1: Standard deviation from de-trended annual MSL time series from 30 tide gauge sites around the North Sea; (b) Sea level index for the Inner North Sea and results from applying SSA smoothing; (c) Sea level index for the English Channel and results from applying SSA smoothing. (Wahl et al.2013) Aktuell hohe Anstiegsraten sind jedoch vergleichbar mit hohen Anstiegsraten in der Vergangenheit 32

33 Inhalt 1.Was ist das Problem? 2.Was wird beobachtet? 3.Was bringt die Zukunft? 4.Und was tun wir?

34 Modelle für Atmosphäre und Ozean Zustandsvariablen: Temperatur T Salzgehalt, Feuchte S, q Druck p Strömung, Wind u, v, w 1. Massenerhaltung (Wasser,Luft): 1 Dρ = u ρ Dt 2. Massenerhaltung für Salz/Wasserdampf 3. Energieerhaltung Du Dt 4. Impulserhaltung (3): = Ω u p + g + F 2 1 ρ

35 Attribution Process SPM-1 Fig SPM-3 other GHGs aerosols volcanic solar natural internal Model

36 no greenhouse gas emissions Attribution Observed warming extremely unlikely natural variability alone GHG s very likely caused most of the observed warming since mid-century greenhouse gas emissions

37 Klimaprojektionen Globale Temperatur Arktisches Meereis im Sommer IPCC, AR5

38 Projiziertes Meereisminimum im September

39 Projizierte Dauer der Schiffbarkeit Nordwestpassage Nordostpassage

40 Today s sea level unprecedented during modern civilisation Ice sheet uncertainty Sea level is currently tracking the upper limit of these projections Range of (stable) sea level during development of modern society 20 th C rise an order of magnitude larger than previous thousand years 40 Church et al. 2008

41 Szenarien für die Entwicklung des Meeresspiegels IPCC, AR5, 2013 Projektionen ( ) sind höher als in AR4 ( ) RCP 2.6: 0.4m ( ) (rel. zu ) RCP 8.5: 0.6m ( ) 41

42 Limiting climate change will require substantial and sustained reductions of greenhouse gas emissions (IPCC 2013, Fig. SPM.10)

43 Projizierte Änderung der Niederschlagsverteilung nasser Winter trockener Sommer Winter Sommer IPCC, AR4

44 Alle Szenarien zeigen in Norddeutschland Erwärmung Bis Ende des Jahrhunderts kann es 2,0-4,7 C wärmer werden.

45 Alle Szenarien zeigen längere Vegetationsperioden Vegetationsperioden können sich bis 2100 um 7-12 Wochen verlängern Chmielewsky et al. 2002

46 Winter weniger Frosttage Mögliche kleinste Abnahme -8 Tage Im Winter kann es Ende des Jahrhunderts 8-27 Frosttage weniger geben Mögliche größte Abnahme -27 Tage

47 Winter mehr Niederschlag Mögliche kleinste Zunahme +15% Mögliche größte Zunahme Im Winter kann es Ende des Jahrhunderts 15-50% mehr regnen +45% +50%

48 Sommer weniger Niederschlag Mögliche kleinste Abnahme -10% Mögliche größte Abnahme Im Sommer kann es Ende des Jahrhunderts 10-40% weniger regnen. -40% -40%

49 Sommer mehr Sommertage Mögliche kleinste Zunahme +5 Tage Mögliche Mögliche größte größte Zunahme Zunahme Im Sommer kann es bis zum Ende des Jahrhunderts 5-23 Sommertage (T>25 C) mehr geben +23 Tage

50 Heißer Sommer 2003 normal in 2050, kühl in 2070?

51 Inhalt 1.Was ist das Problem? 2.Was wird beobachtet? 3.Was bringt die Zukunft? 4.Und was tun wir?

52 CO 2 Emissionen (Milliarden Tonnen Kohlenstoff/Jahr)... liegen in der Nähe des schlimmsten Szenarios des IPCC Fossil fuel CO 2 emissions [PgC/y] Scenarios: IPCC Representative Concentration Pathways Observation uncertainty band (± 1 standard deviation) 2100: ΔT ~ 4 C Data: CDIAC (preliminary for 2009, 2010) Figure: Raupach et al (in prep, Dec 2011) Citation for data: Peters, G.P., Marland, G., Le Quéré, C., Boden, T., Canadell, J.C. and Michael R. Raupach (2011). Rapid growth in CO2 emissions after the Global Financial Crisis. Nature Climate Change 1 (doi: /nclimate1332)

53 Unsere Herausforderung: Wissenschaft: Problem erkannt, Lösungswege ermittelt. Problemlösung: erfordert politische, sozio-ökonomische, und persönliche Umsetzung. die nachhaltige Nutzung eines sich stetig wandelnden Planeten

54 Herausforderungen Anpassung: Meeresspiegelanstieg - Deiche erhöhen Schutz gegen Überschwemmungen Katastrophenschutz (Extremwetter) Hitzewellen Vermeidung Energieeinsparungen CO 2 -Vermeidung (CCS) Alternative Energietechnologien

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

56 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

57 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

58 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir sollten nicht vergessen dass die Zukunft zur Gegenwart wird und die Gegenwart zur Vergangenheit und dass sich die Vergangenheit in ewige Reue verwandelt, wenn man nicht früh genug plant. Tennessee Williams (Amanda zu Tom in: Die Glasmenagerie):