Klimawandel: Was wir wissen und was nicht

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1 Klimawandel: Was wir wissen und was nicht Hans Peter (HaPe) Schmid Atmosphärische Umweltforschung Institut fϋr Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU) Forschungszentrum Karlsruhe Garmisch-Partenkirchen IMK-IFU Atmosphärische Umweltforschung Garmisch-Partenkirchen KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

2 Pro Pace et Fraternitate Gentium 2007 Klimawandel & Meeresspiegel Erhöhung: grosser Migrationsdruck knappe Ressourcen (Energie/Nahrung) grosses Konfliktpotential Klimaschutz = Friedenspolitik IMK-IFU Atmosphärische Umweltforschung Garmisch-Partenkirchen KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

3 Atmosphärische Umweltforschung Institut für Meteorologie und Klimaforschung IMK-IFU Forschungszentrum Karlsruhe IMK-IFU Atmosphärische Umweltforschung Garmisch-Partenkirchen KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

4 Atmosphärische Umweltforschung Interaktionen Austausch Atmosphere Rϋckkoppelung Beeinflussung Terrestrial Biosphere Terrestrial Hydrosphere & Land Surface IMK-IFU Atmosphärische Umweltforschung Garmisch-Partenkirchen KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

5 Dominant Environmental Phenomenon: The Greenhouse Effect natural (H 2 O): T = 33 C enhanced (CO 2 etc.): T = C (on Venus, CO 2 : T = 450 C)

6 Fathers of the Greenhouse Theory Horace-Bénédict de Saussure ( ) was a Swiss aristocrat, physicist and Alpine traveller. First ascent of Mont Blanc. Heliothermometer : simple greenhouse warming experiments John Tyndall ( ) was an Irish natural philosopher. Identified through laboratory experiments the absorption of thermal radiation by complex molecules Svante August Arrhenius ( ) was a Swedish chemist and one of the founders of the science of physical chemistry. Theorized that doubling the amount of CO 2 in the atmosphere might raise the Earth's temperature by 5 or 6 o C.

7 CO 2 Equivalent Global Warming Potential (GWP) Gas GWP values and lifetimes from IPCC TAR Lifetime (years) 20 years GWP Time horizon 100 years Carbon dioxide Methane year Nitrous oxide HFC-134a (hydrofluorocarbon) HFC-23 (hydrofluorocarbon) sulfur hexafluoride IPCC 2001

8 This figure was prepared by Robert A. Rohde for the Global Warming Art project.

9 IPCC 2007 Global Mean Radiative Forcings

10 Uncertainty Confidence

11 Heutige Konzentration von Treibhaus Gasen bedeutend höher als in letzten Jahren Schwankungen schon immer, aber IPCC Anstieg des Strahlungseinflusses (radiative forcing) in letzten 40 Jahren mind. 6 schneller als in letzten 2000 Jahren IPCC 2007

12 (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

13 Die Menschheit hat ihre Hand im Spiel aber wir haben unsere liebe Mϋhe damit!

14 Time Scales of Processes in the Environmental System Global Mixing of Greenhouse Gases HalfTime of CO 2 Pulse Half-Time for CH 4 Pulse Temperature response to CO 2 Rise CO 2 Transport to Deep Ocean Sozio-ökonomische Prozesse Sea-Level Response (das to T-Change Gedächtnis der Ice-Caps Response to T-Change Gesellschaft) tickt auf einer viel kϋrzeren Zeitskala Acclimation of Plants to High CO als ihre Konsequenzen in der Umwelt: 2 Life of Plants Decay of Plant Material Wir können nicht sehr gut mit langen Technology Change Zeitskalen umgehen! Energy-Supply Technology Change Infrastructure Lifetime Social Norms and Governance (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

15 Sozio-ökonomische Impakts in der Umwelt werden nur sichtbar, wenn wir die Zeitskala ϋber die persönliche Erfahrung hinaus verlängern! (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

16 Global Surface Temperature Anomaly In die Vergangenheit zurϋck zu schauen ist problematisch, da keine direkten Messdaten existieren! Natϋrliche Datenarchive : Proxy Data (Sediments, Eis, Fossilien) (source: IPCC 2007)

17 Shrinking Polar Ice Mit langen Beobachtungsserien kommen wir langsam zu gut dokumentiertem Beweismaterial fϋr systematische Veränderungen. Aber Frage : Wie gross ist die natϋrliche background Variabilität? Extent of Arctic summer ice in 1979 (top satellite image) and in 2003 (lower satellite image). NASA photograph

18

19 In die Zukunft schauen? Mit Modellen... Computer Modelle an Stelle von Labor Experimenten (eigentlich kein grundlegender Unterschied): Wiederspiegeln diese Modelle die Realität? (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

20 Herausforderung: Komplexität des Modellsystems

21 (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

22 Treffsicherheit von Atmosphärenmodellen Start 1 Start 2 Start 3 Der Attraktor der Wetterereignisse ist das Klima (from Wallace and Hobbs, 2006)

23 A stable Climate? States of Equilibrium stable unstable neutral (indifferent) conditionally stable

24 What do we know? How well do we know it? Uncertainties

25 Climate Change Climate Change Temperature Change: Different Possibilities

26 Climate Change Climate Change Temperature Change: Different Possibilities

27 Climate Change Climate Change Temperature Change: Different Possibilities

28 Climate Models: do they reflect reality? (a) with solar and volcanic forcing only (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

29 Climate Models: do they reflect reality? (b) with anthropogenic forcing only (greenhouse gases, ozone, aerosols) (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

30 Climate Models: do they reflect reality? (c) with all forcings, both natural and anthropogenic all major details represente d (source: IPCC 2001, WG1 Report, Summary)

31 Climate Models: do they reflect reality? Regional Distribution (IPCC 2007)

32 Globaler Klimawandel: regionale Auswirkungen Hochwasser im Alpenraum Dϋrre in Europa Eschenlohe 1999, 2005 Rhein (Dϋsseldorf), 2003

33 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Explicit dynamical downscaling: Numerical simulation of atmospheric processes by finite difference schemes solving atmospheric PDEs (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

34 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Niederschlag: Änderung in % (2070/ /89) Winter Sommer bis 30% mehr Niederschlag im Winter (Europa Ø +11%) bis 40% weniger Niederschlag im Sommer (Europa Ø -1%) (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

35 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Niederschlag: Änderung in % (2070/ /89) (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

36 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Tage mit Schneebedeckung: (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

37 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Tage mit Schneebedeckung Südbayern und nördlicher Ostalpenraum 25 Tage Monat (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

38 Blick in die Zukunft: Regionale Klima Modellierung Die Zukunft des Wintersportes? (courtesy of Drs. H. Kunstmann & R. Knoche, FZK-IMK-IFU)

39 Danke fϋr die Aufmerksamkeit! IMK-IFU Atmosphärische Umweltforschung Garmisch-Partenkirchen KIT die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)