Klima und Klimawandel
Ursachen, Tatsachen, Erwartungen
Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“
Hans von Storch 2013
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“
Hans von Storch 2013
Das Klimasystem
Klimaantriebe – Sonne
– Treibhausgase
– Vulkanische Gase und Staub
– Aerosole
– Erdbahnparameter, Plattentektonik, Gebirgsbildung,…
Klimawechselwirkungen
– Atmosphäre-Ozean
– Atmosphäre-Eis
– Atmosphäre-Vegetation
– Menschliche Eingriffe
Klimarückkopplungen
– Positive (Eis-Albedo)
– Negative (Pflanzenwachstum und CO2)
(DWD)
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“
Hans von Storch 2013
Klimaantriebe – die Sonne
• Langfristig relativ stabiler Verlauf
• Starke Erhöhung der Aktivität in den letzten 300 Jahren
• 11-jährige Zyklen unterbrochen durch multi-dekadische Minima
• Stehen wir vor dem Eintritt in das nächste große Solare Minimum?
(W/m2)
340.4
340.6
340.8
341.0
341.2
341.4
341.6
341.8
342.0
342.2
1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000
SOLARER ANTRIEB SEIT 1700-2009
Dalton-
Minimum
Maunder-
Minimum11-jährige Zyklen
Sa
tellite
n-
me
ssu
ng
en
bis 1977 indirekte Rekonstruktion
340.5
341.0
341.5
342.0
342.5
-50
00
-48
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-38
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00
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00
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0
-20
0 0
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2000
1362
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1369
1370
W/m2
SO
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<-- v.Chr. Kalenderjahre n.Chr.-->
W/m2
ENERGIEINPUT VON DER SONNE ÜBER DIE LETZTEN 7 JAHRTAUSENDE
(Fröhlich 2000, Solanski et al. 2004, Wagner et al. 2010)
Klimaantriebe - Treibhausgase
0
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pp
m
pp
b
CH4 und N2O CO2
N2O
CH4
CO2
Kalenderjahre
rekonstruiert aus Hochakkumulations-Eisbohrkernen
dire
kt
ge
me
sse
n
(Robertson et al. 2001)
Foto: Forrest M. Mims III
Mauna Loa: 1958-2007
300
310
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340
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390
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1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
ppm
CO
2
Aktuell:
398ppm
• Starker Anstieg von Kohlendioxid und Methan im 20. Jhdt.
• Signifikant positiver Trend der CO2 Konzentrationen mit saisonalen Schwankungen
• Bemühungen den CO2 Ausstoß zu verringern hatten bis jetzt keinen Effekt
Klimaantriebe – Vulkanausbrüche
Foto: Steven W. Dengler
-12
-11
-10
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Klim
aa
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W/m2
Kalenderjahre
1992
Pinatubo1815
Tambora
1259 el
Chichón?
1883
Krakatau
• Starker kurzfristiger Antrieb
• Zufälliges Auftreten
• Ausbrüche müssen stark genug sein um das Klima effektiv zu beeinflussen (Eruption von Staubpartikel und Gasen bis in die Stratosphäre > 11.000m)
Klimaantriebe – anthropogene Aerosole
0
2
4
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Eisbohrkerne, Colle Gnifetti
Winterschneedecke Sonnblick
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ch
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18
00
Foto: Urs Ruth
Foto: Bernhard Hynek
• Starker Anstieg bis ca. 1970 – „global dimming“
• Luftreinhaltemaßnahmen beginnen ab diesem Zeitpunkt zu greifen.
• Ab den späten 1970 kontinuierliche Reduktion anthropogener Aerosole – „global brightening“
Klimaantriebe in Summe
(Hansen et al. 2007)
Klimarückkopplungen
Positive Rückkopplungen
(verstärken einen Effekt)
• Eis-Albedo Rückkopplung
• Verstärkung des Treibhauseffektes durch mehr Wasserdampf in der Atmosphäre
• …
Negative Rückkopplungen
(dämpfen einen Effekt)
• Abhängigkeit der Oberflächenabstrahlung von der Temperatur
• Pflanzenwachstum und CO2
• …
… und vielleicht andere die wir noch nicht kennen.
Klimaantriebe und Klimarückkopplungen…
… resultieren im globalen Temperaturverlauf von 1850 bis 2013
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“
Die Klimavergangenheit
Das Klima der letzten 4,6 Mrd. Jahre: 500 Mio. Jahre vor heute
260 Mio. Jahre vor heute
65 Mio. Jahre vor heute
Insgesamt 5 Eiszeitalter
Die meiste Zeit über waren die Pole eisfrei
Ursachen:
Kontinentaldrift
Orogenese
Treibhausgase
Eis-Albedo-Rückkopplung
Die Klimavergangenheit
Das Klima der letzten 12.000 Jahre: heute
Ursachen:
Treibhausgase
Eis-Albedo-Rückkopplung
(Erdbahnparameter)
Die Klimavergangenheit
Das Klima der letzten 250 Jahre: Te
mp
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l [°
C]
Te
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m [°C
]
GLOBAL:
+0.8°C
ALPENRAUM:
+2°C
ZAMG 2012
Die Klimavergangenheit
Das Klima der letzten 250 Jahre: • Warum stiegen die Temperaturen im Alpenraum stärker als im globalen Mittel?
-2
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/hP
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00
0 [%
]
Temperatur
Luftdruck
Sonnenscheindauer
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle
Klimaextreme
Niederschlagsextreme, Hochwässer,
Stürme etc. von der Vergangenheit
bis heute.
Kamp Hochwasser 2002
Sturmtief Kyrill 2007
Hurricane Katrina 2005
Tornado in Wien 2010
Klimaextreme
Wird das Wetter immer verrückter?
Als Maß für die „Verrücktheit“ des Wetters wird ein spezieller statistischer Index herangezogen (volatility = Sprunghaftigkeit), der die Unterschiedlichkeit der Temperatur von Tag zu Tag beschreibt. Hier für die Temperaturzeitreihe von Wien Hohe Warte:
Hiebl und Hofstätter 2012
Klimaextreme
Wahrscheinlichkeit für extreme Niederschlagssummen von 1800-2003 Basis bildet der HISTALP-Datensatz der monatlichen Niederschlagssummen,
Daten sind frei verfügbar unter www.zamg.ac.at/histalp
Haslinger und Co-Autoren 2012
Klimaextreme
Sommerliche Trocken- und Feuchtphasen in Wien von 1841-2013: Berechnet anhand eines Bodenfeuchteindexes (Palmer Drought Severity Index, PDSI)
PD
SI
Klimaextreme
180 Jahre Hochwasser an der Donau Zeitreihe der jährlich höchsten Durchflussmenge der Donau bei Wien:
2013 11.055
2002 10.250
1954 9.600
Blöschl u. Montanari (2010)
1899 10.500
1862 9.865
1991 9.500
1899 9.420
Klimaextreme
Die Ereignisse 2013 und 1899 im Vergleich
Niederschlag
Blöschl u. a. (2013)
Jahr Hochwasser-
volumen [109 m3]
Retentions- volumen [109 m3]
1899 6,6 2
2013 6,1 < 0,5 Blöschl u. a. (2013)
Hochwasser 2013 wäre mit Retentionsvolumen von 1899 wesentlich kleiner
Niederschlag ≠ Hochwasser Niederschlag + Landnutzung + Wasserbauten= Hochwasser
Klimaextreme
Werden tropische Wirbelstürme stärker und häufiger? Es gibt unterschiedliche Antworten seitens der Wissenschaft und dem Versicherungswesen:
Pielke und Co-Autoren 2008
Überblick
Das Klimasystem
Klimaantriebe
Klimavergangenheit
Klimaextreme
Klimazukunft
Conclusio
„Wenn sich bis in fünf oder sechs Jahren nichts ändert, haben wir in der Forschung ein ernsthaftes Problem, denn das sage keines der Modelle voraus“
Hans von Storch 2013
Klimazukunft
Nakicenovic et al. 2000
Entwicklungsszenarien nach IPCC AR4 2007:
A1B: • Rasches
Wirtschaftswachstum • Starker globaler
Austausch von Wissen und Gütern
• Einkommensunter-schiede verringern sich
• Hohe Investition in Bildung und Forschung
• Balancierter Mix aus unterschiedlichen Energiequellen
B1: • Hohes Umwelt- und Sozialbewusstsein • Stärkere Gemeinschaftswerte weniger Individualismus, weniger Konsum • Starke politische Steuerung • Konzentration der Energiegewinnung auf erneuerbaren Energiequellen
A2: • Wenig globale
Vernetzung und geringeres Wirtschafts-wachstum
• Einkommensunter-schiede bleiben hoch
• Energiemix orientiert sich an regionaler Verfügbarkeit
• Großteil der Wirtschaftsentwicklung fließt in Nahrungsmittel-produktion
Klimazukunft
Emissionsszenarien nach IPCC AR4 2007
Nakicenovic et al. 2000 IPCC 2007
Klimazukunft
Neelin 2011 McCuffie und Henderson-Sellers 2005
Klimamodelle
• Klimamodelle berechnen atmosphärische Prozesse auf einer 3-dimensionalen Matrix
• Gitterweite derzeit: 200-100km, in Einzelfällen bis 25km; durch stetig steigende Computerleistung kontinuierliche Verringerung der Auflösung
• Gekoppelt mit Ozean-, Biosphären-, und Eisschildmodellen
Klimazukunft
Globale Muster des Temperaturanstiegs bis 2100
IPCC 2007
Te
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[°C
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Klimazukunft
Globale Muster der Veränderungen von Variablen des Wasserkreislaufs
IPCC 2007
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0-2
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Klimazukunft
Temperaturszenario (A1B) für den Alpenraum 1860-2100
Efthymiadis et al. 2006
ZAMG 2012
Klimazukunft
Niederschlagsszenario (A1B) für den Alpenraum 1860-2100
Efthymiadis et al. 2006
ZAMG 2012
Klimazukunft
Wie gut können Klimamodelle den beobachteten Temperaturverlauf simulieren? Temperaturentwicklung aus eine Klimamodell Ensemble berechnet mit natürlichen und natürlichen plus anthropogenen Antrieben
Natürliche Antriebe Natürliche + anthropogene Antriebe
IPCC 2007
Klimazukunft
Aber… Die globalen Temperaturen stagnieren seit ca. 15 Jahren und zeigen keine weitere Erwärmung trotz stetig steigender CO2 Emissionen
Klimazukunft
Nur drei von 114 globalen Klimasimulationen erfassen die aktuelle Temperaturstagnation
IPCC (2013)
?
Klimazukunft
Unsicherheiten in Klimaprojektionen: • Reaktion der globalen Temperatur auf veränderte CO2 Konzentrationen
• Natürliche Klimavariabilität (Stichwort El Nino und Ozeanzirkulation)
• Wolkenbildung und Niederschlagsentwicklung
• Eisschild- und Vegetationsdynamik
• …
Schöner et al. 2010
Globale Mitteltemperatur
Kleinräumige Starkniederschläge (Gewitter)
Etwas zum „Mit nach Hause nehmen“
• Die Temperaturen werden (langfristig) wahrscheinlich in dem Maße oder etwas geringer ansteigen wie es globale Klimamodelle simulieren.
• Die Klimaantriebe in Zukunft sind jedoch mit gewissen Unsicherheiten behaftet – die größten Unsicherheiten liegen jedoch in den sozio-ökonomischen Szenarien.
• Aussagen über den thermischen Klimakomplexes sind robuster als jene für den hygrischen.
• Klimaentwicklungen auf großen Raum- und Zeitskalen sind einfacher abzuschätzen als auf kleinen Raum- und Zeitskalen.
• Aussagen über Entwicklungen über Extremwerte sind schon für die Vergangenheit nicht einfach, für die Zukunft ungemein schwieriger.
• Meinungsgesteuerte Aussagen hinterfragen (Shell, Greenpeace, Versicherungen…)
• Kritisch den Stand der Wissenschaft verfolgen
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Klaus Haslinger Abteilung Klimaforschung