Wie Feld, Wald und Wiese den Klimawandel mitgestalten

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1 Wie Feld, Wald und Wiese den Klimawandel mitgestalten 4. REKLIM-Konferenz "Klimawandel in Regionen", München, Hans Peter Schmid, KIT/IMK-IFU (Garmisch-Partenkirchen) INSTITUTE FOR METEOROLOGY AND CLIMATE RESEARCH, Atmospheric Environmental Research (IMK-IFU), Garmisch-Partenkirchen (D)

2 Globale Temperatur Entwicklung ( ) Quelle: IPCC 2013, AR5 allgemeiner Erwärmungstrend beschleunigt in letzten 40 Jahren besonders deutlich in klimatischer Auflösung (Dekaden)

3 CO 2 (ppm) Quelle: GlobalCarbonProject.org CO 2 Gehalt der Atmosphäre (Trend ) Woher stammt das anthropogene CO 2? Und wo geht es hin? % % 46% 26% = % CO 2 Quellen (Emission) Atmosphäre, gemessen Quelle: Ludwig Ries, UBA CO 2 Senken (Aufnahme) Mauna Loa, Hawaii Schauinsland Zugspitze

4 CO 2 (ppm) Quelle: GlobalCarbonProject.org CO 2 Gehalt der Atmosphäre (Trend ) 480 Woher stammt das anthropogene CO 2? Und wo geht es hin? % % 46% 26% = % CO 2 Quellen (Emission) Atmosphäre, gemessen 380 Fossile Brennstoffe 370 Globale Emissionen 360 mit Ozean Senke CO 2 Senken (Aufnahme)

5 Treibhausgase: die wichtigsten Faktoren des Klimawandels Quelle: IPCC 2013, AR5 CO 2 an erster Stelle Methan (CH 4 ) und Lachgas (N 2 O) nehmen stark zu Netto Effekt verstärkt in letzten 60 Jahren Minderungs- Massnahmen zu schwach auf globaler Ebene

6 Konsequenzen von Business as Usual wir bewegen uns eher auf der roten Kurve, als im blauen Bereich! Quelle: IPCC 2013, AR5

7 biogener Anteil Quellen von Treibhausgasen: auch aus Feld, Wald & Wiese Verstärkung des biogenen Anteils durch Klimawandel? CO 2 : ~20% CH 4 : ~60% N 4 O: ~60%

8 Rückkopplung Klimawandel & Land-Biosphäre: Wird ein Freund zu einem Gegner? Modellstudie (2000) schlägt Alarm Zur Überprüfung sind Messprogramme in Feld, Wald & Wiese nötig! Biosphäre wird netto zu einer CO 2 Quelle = Fokusthema der REKLIM Forschung in Bayern Cox et al (2000, Nature)

9 Helmholtz TERENO Observatorien Messplattformen für interdisziplinäre und langfristige Umwelt- und Klimaforschung als Verbund von 6 Helmholtz Einrichtungen in REKLIM: Konsequenzen von Klimawandel auf Feld, Wald und Wiese (Ökosysteme): Böden, Vegetation, Grundwasser Rückkopplung zwischen Ökosystemen & Atmosphäre: Wasser, Wärme, Treibhausgase

10 -präalpin Das Bayerische Präalpine Observatorium Windwurf Standort Lackenberg (KIT, NPBW) (KIT) (KIT, TUM, LMU) Schechenfilz Fen Site Torfmoor Standort Schechenfilz (KIT, HSWT)

11 Treibhausgas Haushalt von Grünland Ökosystemen Entlang einem Klimagradienten im TERENO-präalpin Observatorium Kiese R, Lu H, Fu J, Diaz-Pines E, Papen H, Schmid HP Graswang (860m) Rottenbuch (750m) Fendt (600m)

12 mean annual temperature [ C] Climate characteristics: differences along the gradient Δ = 2.3 C annual precipitation [mm year -1 ] Δ = 380 mm mean annual air temperature annual precipitation 10 9 Graswang (860m) Fendt (600m) Graswang860m Fendt600m mean mean

13 Field Setup: In-situ climate change / space for time control Climate change

14 Cumulative R eco [t C ha -1 year -1 ] Results: Soil respiration (cumulative fluxes) intensive * extensive ** Autumn Summer Spring Winter ** ** 1 0 ** control HH_int climate HL_int change control HH_ext climate HL_ext change

15 Dry Biomass [ g m -2 ] Results: Harvest of aboveground plant biomass control climate change 05 /06 Nov 10 Sep 20 Aug 18 Jul 20 Jun 18 Jun 14 May Intensive Gr_in extensive Gr_ex Intensive Gr_F_in Gr_F_ex extensive intensive management 4-5 t C ha -1 extensive management 3.5 t C ha -1

16 Cumulative N 2 O flux [kg N ha -1 year -1 ] Results: N 2 O flux (cumulative fluxes) intensive extensive Autumn Summer Spring Winter ** control HH_int climate HL_int change control HH_ext climate HL_ext change

17 Cumulative CH 4 flux [kg C ha -1 year -1 ] Results: CH 4 flux (cumulative fluxes) intensive extensive control HH_int climate HL_int change control HH_ext climate HL_ext change ** Autumn Summer Spring Winter ** **

18 Conclusions Climate change/ Translocation leads to increased CH 4 uptake in all seasons increased CO 2 emission mainly in spring and autumn increased N 2 O emission in spring-summer-autumn, but overall higher at higher elevation due to significant winter emissions by freeze/ thaw events Influence of climate change is more pronounced under extensive management Seasonal and diurnal patterns of CO 2 emission Event based patterns of CH 4 and N 2 O emission, i.e. rainfall, freeze-thaw, fertilization

19 Ecosystem Carbon Exchange Over last 20 years: We have become fairly good at observations (and modeling) carbon exchange over intact, extensive ecosystems (see, e.g., FLUXNET Synthesis Literature) We are still not so good at observations (and modeling) carbon exchange over: Disturbed ecosystems (Urban areas)

20 Winterstorm Kyrill 18 th /19 th January 2007 Maximum observed windspeed: 60 ms fatalities Economic damage: US$ Extensive power outages m³ trees were uprooted over western Europe m³ alone in Germany m³ in Bavaria Contiguous wind-throw areas in the Bavarian Forest National Park Contribution by Matthias Lindauer

21 Study site: Bavarian Forest National Park

22 Lackenberg, years after storm Contribution by Matthias Lindauer

23 Carbon Exchange after Wind-Throw Disturbance NEE = -GEP + R eco what is interannual variability? what is trend? Contribution by Matthias Lindauer

24 Compare flux data with simulations: MoBiLE Modular Biosphere simulation Environment simulated measured 8 GEP [gc m-2 d-1] Reco[gC m-2 d-1] NEE [gc m-2 d-1] cumulative GEP [gcm-2] cumulative Reco [gcm-2] 800 simulated measured annual NEE [gc m-2 yr-1] Contribution by Matthias Lindauer and Rüdiger Grote

25 Long-term carbon recovery? How long will a forest take to recover and be in carbon balance? cumulated net carbon loss [gc m -2 ] ? biome time scale? Contribution by Matthias Lindauer and Rüdiger Grote

26 Wie gestalten Feld, Wald und Wiese den Klimawandel mit? Natürliche und Land-/Forstwirtschaftliche Ökosysteme spielen weltweit eine herausragende Rolle im Klimawandel Entwaldung (in Tropen) trägt stark zum CO 2 Anstieg bei Rückkopplung mit Klimawandel macht Ökosysteme (hauptsächlich mittlere Breiten) zur Zeit zu Kohlenstoff Senken: tragen wesentlich zur Abschwächung des CO 2 Anstiegs bei Bei weiterem Fortschreiten der Klimaerwärmung kann die C-Senke in eine Quelle umschlagen: Klimawandel wird dann beschleunigt durch Ökosysteme Das Verhalten von Ökosystem-Typen im Klimawandel und im Treibhausgas Haushalt muss weiter experimentell untersucht werden Die Regeneration des C-Haushaltes von Wäldern nach Schadereignissen (Windwurf, Feuer, Borkenkäfer) ist noch weitgehend unbekannt

27 Vielen Dank für das Interesse! KIT/IMK-IFU is funded, in part, by the German Federal Ministry of for Education and Research (BMBF) and by the State of Bavaria