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vorlesung_03_02_2010

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					Klimawandel & Klimamodellierung




         Center for Environmental Systems Research
   „Es ist unumstritten, dass sich das Klima der Erde in den letzten Dekaden
     gewandelt hat, wie zahlreiche Aufzeichnungen meteorologischer und
                     hydrologischer Dienste weltweit zeigen.

   Von besonderem Interesse ist hierbei die Frage, ob und wenn ja wie sich
      extreme bzw. seltene Ereignisse (Starkniederschläge, Hitzewellen,
  Überschwemmungen, usw.) verändert haben und gegebenenfalls verändern
                                  werden.

    Für derartige Aussagen wurden globale Klimamodelle entwickelt, die
zusammen mit verschiedenen Annahmen über die Treibhausgasentwicklung in
  der Atmosphäre mögliche Entwicklungen des Klimas in den nächsten 100
                           Jahren berechnen.

 Diese Computermodelle können als mathematische Abbilder des Erdsystems
 gesehen werden, da sie die physikalischen Prozesse im Erdsystem numerisch
             beschreiben und so real wie möglich berechnen“.
(Quelle: UBA (2008): Klimaauswirkungen und Anpassung in Deutschland –Phase 1: Erstellung
regionaler Klimaszenarien für Deutschland, S.14)


                               Center for Environmental Systems Research
IPCC                                                              IPCC- Szenarien



Klimaprojektionen basieren auf IPCC-Szenarien

Die Entwicklung der Treibhausgasemissionen  wichtiger Beitrag zur
Klimawandelforschung.

Zwischenstaatliche Ausschuss zum Klimawandel –Intergovermental Panel on
Climate Change (IPCC) in 1988 gegründet .

Federführung zwei UN- Organisationen UNEP (United Nations Environment
Program) & WMO (World Metereological Organisation)

Ziel: Erstellung regelmäßiger Zusammenfassungen der aktuellen
Forschungsergebnisse, um die Formulierung von Zielen für die globale
Umweltpolitik, (z.B. das Kyoto-Protokoll) zu unterstützen.




                           Center for Environmental Systems Research
Szenarienentwicklung                                               IPCC- Szenarien
1990-1992: Langzeitige Emissionsszenarien der Treibhausgase.

1995 wurden die Szenarien evaluiert

Neue Erkenntnisse  Treiber der Treibhausgasemissionen sowie über Methoden
entsprachen nicht mehr dem Stand der Wissenschaft

1996  Entscheidung zur Entwicklung neuer Emissionsszenarien

2000  Veröffentlichung des Special Report on Emissions Scenarios (SRES)
In diesen neuen Szenarien wurden alternative sozioökonomische Entwicklungen
analysiert.

Basierend auf die wichtigsten Hauptantreiber des anthropogenen Klimawandels.

Zeithorizont: 1990-2100
4 qualitative Szenarienfamilien entwickelt (Storylines)  Jede Szenariofamilie
entspricht bestimmten Entwicklungen und Umgang mit Ressourcen.
40 quantitative Szenarien berechnet  in den Storylines (Szenarienfamilien)
unterteilt

                            Center for Environmental Systems Research
Storylines (1)                                                        IPCC- Szenarien


                                       A1
                                       - Starker Wirtschaftswachstum
                                       - Weltbevölkerung, deren Zahl Mitte des 21.
                                       Jahrhunderts ihr Maximum erreicht und
                                       danach abnimmt
                                       - Schnelle Einführung effizienter Technologien
                                       - Die Welt wird immer globaler, was zur Folge
                                       hat, dass sich die regionalen Unterschiede
                                       beim Einkommen, aus kultureller und sozialer
                                       Hinsicht und in der technologischen
                                       Entwicklung immer mehr angleichen
Abbildung: UBA (2007):
Neuentwicklung von regional
                                       - Unterteilung in 3 Gruppen je nach Nutzung
hochaufgelösten Wetterlagen für        fossiler Energieträger 
Deutschland und Bereitstellung         A1F (intensive Nutzung fossiler Brennstoffe)
regionaler Klimaszenarios mit dem      A1B (ausgewogene Mischung von fossilen
Regionalisierungsmodell WETTREG
auf der Basis von globalen             und nicht-fossilen Energieträgern)
Klimasimulationen mit ECHAMM5/MPI-     A1T (starke Nutzung von nicht-fossilen
OM T63L31 2010 bis 2100 für SRES-      Energieträgern)
Szenarios B1, A1B und A2, Anhang A



                               Center for Environmental Systems Research
Storylines (2)                                          IPCC- Szenarien


                             A2
                             - geht von einer heterogenen Welt aus, in
                             der lokale und regionale Eigenschaften
                             bewahrt bleiben
                             - Die Weltbevölkerung nimmt ständig zu
                             - Die ökonomische Entwicklung ist primär
                             regional bestimmt
                             - Das Wachstum des Bruttosozialproduktes
                             und die technologische Entwicklung sind
                             regional unterschiedlich und entwickeln
                             sich langsamer als in den anderen
                             Szenariofamilien




                 Center for Environmental Systems Research
Storylines (3)                                          IPCC- Szenarien


                             B1
                             - Globale Entwicklung aus,
                             - jedoch mit einem schnellen Wandel der
                             wirtschaftlichen Struktur von einer
                             industriellen in eine Dienstleistungs- und
                             Informationsorientierte Ökonomie
                             - Es findet eine Reduktion des
                             Materialverbrauchs statt durch Einführung
                             von „sauberen“, ressourcenschonenden
                             Technologien
                             - Die Entwicklung ist auf eine globale
                             Lösung des Nachhaltigkeitsproblems im
                             wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen
                             Bereich ausgerichtet, einschließlich einer
                             ausgewogenen Wohlstandsverteilung.




                 Center for Environmental Systems Research
Storylines (4)                                          IPCC- Szenarien


                            B2
                            - Setzt auf lokale Lösungen der
                            wirtschaftlichen, sozialen und
                            umweltorientierten Nachhaltigkeitsfragen
                            - Die Weltbevölkerung nimmt weiter zu,
                            wenn auch nicht so stark wie bei A2
                            - Die wirtschaftliche Entwicklung bewegt
                            sich auf einem mittleren Niveau
                            - Der technologische Wandel ist regional
                            differenzierter als bei A1 und B1
                            - Setzt zwar auch auf Umweltschutz und
                            ausgewogener Verteilung sowie auf
                            Wohlstand, doch auf einer regionalen und
                            lokalen Skala.




                 Center for Environmental Systems Research
Antreiber (1)                                                              IPCC- Szenarien


         Qualitative Darstellung der Entwicklungen der Szenariofamilien




      Abbildung: UBA (2007): Neuentwicklung von regional hochaufgelösten Wetterlagen
      für Deutschland und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios mit dem
      Regionalisierungsmodell WETTREG auf der Basis von globalen Klimasimulationen
      mit ECHAMM5/MPI-OM T63L31 2010 bis 2100 für SRES-Szenarios B1, A1B und
      A2, Anhang A



                               Center for Environmental Systems Research
Antreiber (2)                                                               IPCC- Szenarien

          Überblick über die wichtigsten Kennzahlen der Szenario-Familien




  Quelle: IPCC (2000): Special Report on Emissions Scenarios, Summary for
  Policymakers, S 13


                                 Center for Environmental Systems Research
IPCC-Makroregionen                                                                           IPCC- Szenarien
Die globalen Regionen werden in vier „Makroregionen“ aggregiert.
Basiert auf die unterschiedlichen Aggregationen der verschiedenen Modelle




                                                                ASIA:
OECD                                                            CPA – Planwirtschaftlich organisiertes Asien sowie China
NAM – Nordamerika (USA, Kanada)                                 SAS – Südasien (inkl. Indien)
WEU – Westeuropa (inkl. Türkei)                                 PAS – Andere Staaten in Asien bzw. Pazifik
PAO – Pazifische OECD-Staaten (Japan, Neuseeland, Australien)
                                                                ALM (Afrika, Lateinamerika, mittlerer Osten):
REFS                                                            LAM – Lateinamerika und die Karibik
EEU – Zentral- und osteuropäische Staaten                       AFR – Staaten südlich der Sahara
FSU – Neue unabhängige Staaten der früheren Sowjetunion         MEA – Mittlerer Osten und Nordafrika

                                                                Quelle: Nakicenovic et al. (1998): Global Energy Perspectives


                                       Center for Environmental Systems Research
Die Modelle (1)                                                                           IPCC- Szenarien

Aim-Modell – Berechnung der THG-Emissionen und der globale Erwärmung in Asien,
pazifischen Region

ASF-Modell – THG-Emissionen im Energiesektor, Landwirtschaft und Abforstung. Benutzt
Outputs von Energiemodellen und Landnutzungsmodelle.

IMAGE-Modell – Besteht aus 3 Modellsystemen
Energie-Industrie-System – dynamisches System
Atmosphäre- Ozean-System -
Erde-Umwelt-System – Simuliert Landnutzungsänderungen und deren Effekte auf die THG-Emissionen. Wird genutzt
 Effizient von politischen Maßnahmen in der Landnutzung. Konsequenzen der großskaligen Nutzung von Biobrennstoffen
zu bewerten. Folgen (Impact) des Klimawandels auf die globalen Ökosysteme und der Landwirtschaft einzuschätzen. Die
Effekte der Bevölkerung, Wirtschaft und Technologietrends auf der globalen Landnutzungsänderungen.

                                                       Bsp.: Struktur des Erde-Umwelt-Systems von IMAGE
                                                       inkl. Links mit anderen Modulen




                                                      Quelle: IPCC (2000): Special Report on Emissions
                                                      Scenarios, S. 340


                                       Center for Environmental Systems Research
Die Modelle (2)                                                  IPCC- Szenarien


MESSAGE-Modell – Integriertes Modellsystem

MARIA-Modell – Integrated Asessment Modell  Feststellung der
Zusammenhänge zwischen Wirtschaft & Energie.
Ressourcenverbrauch, Landnutzung und Klimawandel

MiniCAM – Abschätzung der globalen THG-Emissionen




                          Center for Environmental Systems Research
Modelle & Makroregionen                                                  IPCC- Szenarien



 Zuordnung der Regionen & Modelle




 Quelle: IPCC (2000): Special Report on Emissions Scenarios, S. 338




                                  Center for Environmental Systems Research
Szenarien                                                                 IPCC- Szenarien




      Quelle: IPCC (2000): Special Report on Emissions Scenarios, S. 72




                                Center for Environmental Systems Research
Einige Ergebnisse (1)                                                          IPCC- Szenarien




     Quelle: IPCC (2001): Mitigation. Contribution of Working Group III to the Third Assessment
     Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.




                                 Center for Environmental Systems Research
Einige Ergebnisse (2)                                                          IPCC- Szenarien


     Emissionen für jede der einzelnen Szenariofamilien. Die schwarze Linie repräsentiert
     die Entwicklung der Emissionen, die am besten zu der Storyline des jeweiligen
     Szenarios passt.




      Quelle: IPCC (2000): Special Report on Emissions Scenarios,
      Summary for Policymakers. S. 7


                                 Center for Environmental Systems Research
 Einige Ergebnisse (3)                                                     IPCC- Szenarien



                                                          Globale CO2-Emissionen
                                                          Energie und Industrie, 1990 = 1




            Globale CO2-Emissionen
              Landnutzung, 1990 = 1


Quelle: IPCC (2000): Special Report on
Emissions Scenarios, Summary for
Policymakers. S. 6

                                    Center for Environmental Systems Research
Einige Ergebnisse (4)                                          IPCC- Szenarien




                        Center for Environmental Systems Research
                                                                            Klimamodellierung

Ein Klimamodell
ist ein Computer-Programm, mit dem ein abstraktes (vereinfachtes) Modell des Klimasystems simuliert
wird.
Es reproduziert die relevanten Vorgänge (Strahlung, Transport, Wasserkreislauf, …).

Es basiert auf - theoretischen Prinzipien (Naturgesetzen) - beobachteten Gesetzmäßigkeiten

Es stellt die physikalischen Prozesse in Form von zeitabhängigen, mathematisch-physikalischen
Gleichungen dar.

                      Klimamodelle basieren auf Wettervorhersagemodelle




                                   Center for Environmental Systems Research
Wettervorhersagemodell                                                   Klimamodellierung



                                              Vorsage vs. Tatsächlichen Zustand
• startet mit Beobachtungen

• rechnet in die Zukunft

• Vorhersage ca. 3 Tage gut

• > 2 Wochen nicht möglich




Quelle: Das Klimasystem und seine Modellierung, von Storch, Güss, Heimann, S. 119/120


                                  Center for Environmental Systems Research
  Klimamodelle                                                             Klimamodellierung
                    Globalmodell                                           Regionalmodell

• simuliert Wetter/Klima auf dem Globus                      • rechnet Ausschnitt aus Globalmodell mit
                                                             höherer Auflösung
• weltweit konsistente Strömung in der Atmosphäre
                                                             • benötigt Daten eines Globalmodells
• kann „stand-alone‟ rechnen




                                                               Regionalmodell ist in
                                                               Globalmodell eingebettet.



                          Globalmodell
                          ECHAM5-MPIOM                   Erhält über die Simulationszeit
                                                         Informationen des globalen Modells
                                                         innerhalb einer Randzone.


  Quelle: SGA / MPI / M&D, Hamburg.


                                      Center for Environmental Systems Research
Regionale Klimamodelle                                                 Klimamodellierung


  - Statistische Verfahren
  - Dynamische Verfahren




Quelle: Deutscher Wetterdienst, Projekt “Zwek”


                                   Center for Environmental Systems Research
Regionale Klimamodelle                                                       Klimamodellierung

           Statistische Verfahren                                Dynamische Verfahren

-Identifikation von großräumigen Wetterlagen       -Verwendet ein Klimamodell für einen
& lokalen Auswirkungen                             Ausschnitt des Globus

-Statistische Zusammenhänge zwischen               -Simuliert die physikalischen Verhältnisse für
großskaligen Klimavariablen & gemessenen           diesen Ausschnitt
Werten

                                            Vorteile
 -Leichte & schnelle Anwendbarkeit                     - Berücksichtigung von Änderungen auch
 -Strenge Anbindung an die gemessenen                  außerhalb des Simulationgebietes
 Werte, d.h. an die Realität vor Ort                   - Alle klimatischen Parameter werden in allen
                                                       Atmosphärenschichten berechnet
                                                       - Modellierung von Situationen die in der
                                                       Vergangenheit nicht stattgefunden haben

                                           Nachteile
 -Darstellung von Ereignissen  schon mal              -Hoher Aufwand an Rechenzeit
 vorgekommen & gemessen worden sind
 -Unsicherheit über den Erhalt der                     -Fehler im globalen Modell werden übertragen
 statistischen Zusammenhänge in der Zukunft
 -Nicht alle globalen Verhältnisse gehen in die        -Größere Abweichungen von den gemessenen
 Analyse ein                                           Daten


                                    Center for Environmental Systems Research
Unsicherheiten                                                         Klimamodellierung




Quelle: Deutscher Wetterdienst, Projekt “Zwek”


                                   Center for Environmental Systems Research
Unsicherheiten                                       Klimamodellierung




                 Center for Environmental Systems Research
 Unsicherheiten                                                          Klimamodellierung




Quelle: Kreienkamp et al. (2006): Ableitung von TRanswetterlagen und
Entwicklung eines interaktiven Diagnose- und Präsentationstools, S 30


                                     Center for Environmental Systems Research
  Mögliche Anthropogenen Kipp-Prozesse im Erdsystem
1 Verlust des Arktischen See-Eises : Zeitraum: ~ 100 Jahre.

2 Schmelzen des Grönland-Eises: Zeitraum: Derzeitige Schätzungen: 300
1000 Jahre.
3 Methanausgasung aus aufgetauten Permafrostböden &
Kontinentalschelfen : Zeitraum: ~ 1000 Jahre.

4 Rückgang der nordischen Nadelwälder: Zeitraum: ~ 50–100 Jahre.

5 Unterdrückung der Atlantischen Tiefenwasserbildung: Zeitraum: ~ 100–
500 Jahre.
6 Klimainduziertes Ozonloch über Nordeuropa: Zeitraum: ~ 10–1000 Jahre.
7 Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus: Zeitraum: ~ 50–100 Jahre.

8 Destabilisierung des Indischen Monsuns: Zeitraum: 30–100 Jahre



9 Wiederergrünen der Sahara und Versiegelung von Staubquellen:Zeitraum: ~ 50 Jahre.
                                                                                           bereits gekippt         noch stabil
10 Verlagerung des Westafrikanischen Monsuns: Zeitraum: ~ 50–100 Jahre.
                                                                                           auf der Kippe
11 Amazonas-Waldsterben: Zeitraum: ~ 50– 100 Jahre.

12 Störung der Südpazifischen Klima-Oszillation: Zeitraum: Schnelle Veränderungen sind in 10 –100 Jahren möglich.

13 Störung der marinen Kohlenstoffpumpe: Zeitraum: vermutlich Jahrhunderte.

14 Unterdrückung der Antarktischen Tiefenwasserbildung und Nährstoffversorgung: Zeitraum: ~ 100 Jahre?

15 Kollaps des Westantarktischen Eisschildes: Zeitraum: ~ 300–1000 Jahre.

16 Antarktisches Ozonloch: Zeitraum: ~ 10–100 Jahre.                (Quelle: http://www.pik-potsdam.de/infothek/kipp-prozesse)


                                                Center for Environmental Systems Research
 Zusätzliche Infos

http://atlas.umwelt.hessen.de/atlas/
Hier finden Sie unter Klimawandel/Atmosphäre unterschiedliche Projektionen für Hessen mit
unterschiedlichen Regionalisierugsmodellen.
(unter Klimawandel/Atmosphäre)
http://www.mad.zmaw.de/projects-at-md/sg-adaptation/other-regional-model-data/zwek/
Hier finden Sie einige Ergebnisse von Klimaprojektionen für Deutschland

http://www.mad.zmaw.de/projects-at-md/sg-adaptation/other-regional-model-data/zwek/
Hier finden Sie einige Ergebnisse von Klimaprojektionen für Deutschland


http://www.pik-potsdam.de/infothek/klimawandel-und-schutzgebiete?set_language=de
Interaktive Seite. Vulnerabilität von Schutzgebieten in Deutschland

http://www.ipcc.ch
Homepage des zwischenstaatlichen Ausschuss zum Klimawandel –IPCC

http://www.anpassung.net/
Homepage des Kompetenzzentrum Klimafolgen und Klimaanpassung des
Umweltbundesamtes


 (Stand vom: 05.02.2010)




                                    Center for Environmental Systems Research

				
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