10.11.2003

Geographische Gesellschaft zu Hannover10. November 2003

Das Klima des 21. Jahrhunderts - Einsichten und Aussichten

von

Prof. Dr. W. EndlicherGeographisches Institut

Humboldt-Universität zu Berlin

10.11.2003

Inhalt des Vortrages

1. Einführung

2. Natürliche Klimaschwankungen

3. Die Eingriffe des Menschen in das Klimasystem

4. Was ist bereits passiert?

5. Wie geht es weiter: Vorwärts in eine Superwarmzeit oder zurück ins Eiszeitalter?

Mögliche Szenarios

10.11.2003

1. Einführung

10.11.2003

Das Klimasystem der Erde

Hupfer, P. (1996)

10.11.2003

Hupfer, P. (1996)

Bestandteil desKlimasystems

Größenordnung derZeitkonstante

Eisschilde

Grundwasser

Tiefsee

Stratosphäre

Ozeanische Deckschicht

Bodenschicht

Treibeis

Troposphäre

10.000 bis 1 Mio. Jahre

10 bis 10.000 Jahre

100 bis 1.000 Jahre

100 Tage

100 Tage

10 Tage

1 bis 10 Tage

1 bis 10 Tage

Charakteristische Zeitkonstanten für die Bestandteile des

Klimasystems

10.11.2003

Zeit- und Raumdimensionen im Klimasystem

10.11.2003

Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre

10.11.2003

Hupfer, P. (1996)

HAUPTGASE VOL.%Stickstoff (N2)Sauerstoff (O2)Argon (Ar)

78,0920,950,93

SPURENGASE PPM (V)Kohlendioxid (CO2)Neon (Ne)Helium (He)Krypton (Kr)Wasserstoff (H2)Ozon (O3)Xenon (Xe)

360 *18510,50,5 *0,08

* variable Bestandteile. Die Werte entsprechen etwa den Konzentrationenvon 1995

Zusammensetzung trockener Luft in der Homosphäre

10.11.2003

Cubasch, U. und D. Kasang (2000)

Strahlungshaushalt der Atmosphäre

10.11.2003

Absorptionsbanden der wichtigsten klimawirksamen Spurengase

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

in Meeresspiegelniveau

in 11km Höhe

Aufschlüsselung nach den einzelnen Gasen in Meeresspiegelniveau

10.11.2003

2. Natürliche Klimaschwankungen

10.11.2003

Übersicht über die wichtigsten natürlichen Ursachen von Klimaänderungen

Extraterrestrisch Terrestrisch Solarkonstante, ultralang-

fristiger Trend Solarkonstante, Variationen

durch Sonnenaktivität,Pulsationen u.a.

Rotation der Milchstraße undkosmische Materie

Meteore und Meteoriten Mond (Gezeitenkräfte) Gezeitenkräfte allgemein

(Wirkung auf Sonne und Erde)

Kontinentaldrift Orogenese Vulkanismus Waldbrände * Zusammensetzung der

Atmosphäre einschließlichBewölkung *

Zirkulation der Atmosphäre * Salzgehalt des Ozeans * Zirkulation des Ozeans * Eis- und Schneebedeckung* Vegetation * Autovariationen im

Klimasystem *Orbitalparameter (der Erdbewegung um die Sonne)

* Interne Mechanismen des Klimasystems (in Wechselwirkungen eingebunden)

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

10.11.2003

Sonnenfleck am 14. Juni 1989

Wanner et al. (2000)

10.11.2003

Sonnenflecken

11jähriger Zyklusmehr Sonnenflecken => wärmer

10.11.2003

Die oberflächennahe ozeanische Zirkulation

Hupfer, P. (1996)

10.11.2003

Cubasch, U. und D. Kasang (2000)

Der ozeanische Conveyor Belt (thermo-haliner Wasserkreislauf)

10.11.2003

Klimatische Folgen eines Vulkanausbruchs

Cubasch, U. und D. Kasang (2000)

10.11.2003

Ausbruch des Pinatubo, 1991

10.11.2003

Vermutlicher Temperaturverlauf der bodennahen Atmosphäre seit Entstehung der

Erde

Schönwiese, Ch.-D. (1992)

heutiger Temperatur-wert 15,5°C

Unsicherheits- bereich

10.11.2003

Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in der letzten

Jahrmilliarde

Schönwiese, Ch.-D. (1994)

I1: Quartäres Kaltzeitalter

A1: Akryogenes Warmklima, hier Devon bis Tertiär

I2: Permokarbonisches Kaltzeitalter

10.11.2003

Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in der letzten

Jahrmillion

Schönwiese, Ch.-D. (1994)

W1: Neo-Warmzeit (Holozän, „Postglazial“)

C1: Würmkaltzeit („Glazial“)

W2: Eem-Warmzeit („Interglazial“)

10.11.2003

Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 100.000

Jahren

Schönwiese, Ch.-D. (1994)

W1: Neo-Warmzeit (Holozän, „Postglazial“)

C1: Würmkaltzeit („Glazial“)

W2: Eem-Warmzeit („Interglazial“)

10.11.2003

Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 10.000

Jahren

Schönwiese, Ch.-D. (1994)

OK: Modernes „Optimum“

PJ: „Kleine Kaltzeit“

OJ: Mittelalterliches Optimum

OH: Holozänes „Optimum“

10.11.2003

Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 1000

Jahren

Schönwiese, Ch.-D. (1994)

OK: Modernes „Optimum“

PJ: „Kleine Kaltzeit“

OJ: Mittelalterliches Optimum

OH: Holozänes „Optimum“

10.11.2003

Verlauf der relativen Abweichungen der Lufttemperatur und des Niederschlags für die

gesamte Erdgeschichte

Hupfer, P. (1996)

Lufttemperatur heute kalt warm

Niederschlag heute

trocken feucht

Quartär

Tertiär

Meso-zoikum

Paläo-zoikum

Präkam-brium

1,8

65

225

570

1000

2000

3000

4000

Millionen

Jahre

Känozoisches Kaltzeitalter

Permokarbonisches Kaltzeitalter

Jungordovizisches Kaltzeitalter

Jungproterozoisches Kaltzeitalter

Huronisches Kaltzeitalter

10.11.2003

Unterschiedliche jahreszeitliche Positionen der Erde im Perihel bzw. Aphel während des

Präzessionszeitraumes von 22.000 Jahren

Jossaume, S. (1996)

Sonnenwende 22. Dezember

Sonnenwende 22. Dezember

Sonnenwende 22. Juni

Sonnenwende 22. Juni

Frühlingsanfang 21. März

Frühlingsanfang 21. März

Herbstanfang 23. September

Herbstanfang 23. September

heute

vor 11.000 Jahren

10.11.2003

Neigung der Erdachse

Himmelsjahr (2000)

Himmels-nordpol

Himmels-nordpol

ErdachseErdachse

Äquator

Äquator

Neigung der Erdachse vor rund 500 Mio. Jahren

Neigung der Erdachse heute

10.11.2003

Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn

Oeschger, H. (1987)

10.11.2003

Unterschiedliche Positionen der Erde, die zum Anwachsen bzw. Abschmelzen des Eises führen

Oeschger, H. (1987)

10.11.2003

Einstrahlung bei 65°N, 200 000 Jahre vor heute bis 130 000 Jahre nach heute, Mitte Juni

Berger, A. und Loutre, M.F. (1996)

10.11.2003

3. Die Eingriffe des Menschen in das Klimasystem

10.11.2003

Zeittafel zum anthropogenen Zusatztreibhauseffekt (I)

1827 Fourier: Erklärung des natürlichen Treibhauseffektes (CO2)

1896 Arrhenius: anthropogener Zusatztreibhauseffekt (2,4-3 fach CO2 8-9°C)

1938 Callendar: CO2 -Messungen und Erkennung des Anstiegs (Temperatur-zunahme)

1967 Manabe: Erste Klima-Modellrechnungen

1972 UN: Erste Klimakonferenz

1975 Manabe: Erste Klima-Zirkulationsmodellrechnung

1979 UN: Erste Weltklimakonferenz und Klima-Deklaration

1984/85 Cubachi/ Farmen: Entdeckung des stratosphärischen Ozonlochs

1987 Deutschland: Enquête-Kommission des Bundestages „Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre“

1987 Konferenz von Montréal

10.11.2003

Zeittafel zum anthropogenen Zusatztreibhauseffekt (II)

1988 UN: IPCC-Einrichtung

1990 UN: Zweite Weltklimakonferenz (Genf)

1992 UN: Zweite Umweltkonferenz (UNCED; Rio de Janeiro)

1994 UN: Inkrafttreten der Klimarahmenkonvention am 21. März 1994

1995 UN: „Vertragsstaatenkonferenz“ in Berlin

1997 Konferenz in Kyoto

10.11.2003

Anthropogene Emissionen

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

Kohlendioxid 75 % fossile Energie, 20 % Waldrodungen, 5 %Waldbrände (Entwicklungsländer)

Methan 27 % fossile Energie, 23 % Viehhaltung, 17 %Reisanbau, 16 % Abfälle (Müll, Abwässer), 11 %Biomasse-Verbrennung, 6 % Tierexkremente

FCKW Treibgas in Spraydosen, Kältetechnik, Dämm-Material,Reinigung

Distickstoffoxid 23-48 % Bodenbearbeitung (einschl. Düngung),15-38 %chem. Industrie, 17-23 % fossile Energie, 15-19 %Biomasse-Verbrennung

Ozon indirekt über Vorläufersubstanzen wie z.B. Stickoxide(NOx; Verkehrsbereich)

10.11.2003

Die Entwicklung einiger Treibhausgase seit 1750

Hupfer, P. (1996)

10.11.2003

Die Veränderung der Kohlendioxid-Konzentration seit dem Mittelalter

Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)

10.11.2003

Methan-Konzentration 1840-1995

Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)

10.11.2003

Hupfer, P. (1996)

Quellen: 490 Fossile Brennstoffe: 80Viehhaltung: 80Emission aus Feuchtgebieten und Tundren> 50°N: 35Deponien: 50Tropische Sümpfe: 40Reisanbau: 95Verbrennung von Biomasse: 60Termiten: 50

Senken: 460 OH-Oxidation in der Atmosphäre: 450Aufnahme in Böden: 10

Globaler Methanhaushalt (in 106 t/a)

10.11.2003

Natürliche Quellen für die Freisetzung von Methan

• Süßwassersediment

• Reisanbau

• Wiederkäuer

10.11.2003

Trend der Konzentration einiger langlebiger anthropogener Spurengase und des

Gesamtchlorgehalts in der Troposphäre

Junge, A. (Hrsg.) (2002)

SF6 = Schwefelhexafluorid

FCKW:

• F11 = CFCl3

• F12 = CF2Cl2

10.11.2003

Der Trend von CF2Cl2 in der unteren Stratosphäre

Junge, A. (Hrsg.) (2002)

10.11.2003

Bodennahe Ozon-Konzentration

10.11.2003

Anthropogen hervorgerufener Strahlungsantrieb als Basis der

Temperaturerhöhung

Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)

10.11.2003

4. Was ist bereits passiert?

10.11.2003

Jahresanomalien 1000-1980 der nordhemisphärisch gemittelten bodennahen

Lufttemperatur

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

Nordhemisphäre - Temperatur

10.11.2003

Global gemittelte jährliche Beobachtungswerte 1856-2000 der bodennahen Lufttemperatur

Schönwiese, Ch.-D. (2002)

Abweichung vom Mittelwert 1961-1990

linearer Trend

10-jährig gemittelte Werte

10.11.2003

Jahresanomalien 1761-2000 der bodennahen Lufttemperatur

---- lineare Trends 1761 bis 1890 und 1891-2000 20-jährig geglättete Daten

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

10.11.2003

Lineare Trends der bodennahen Lufttemperatur 1891-1990 in Europa Sommer

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

+

+

+

-

-

-

-Abnahme

+Zunahme

10.11.2003

Lineare Trends der bodennahen Lufttemperatur 1891-1990 in Europa Winter

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

+

+

+

+

-

10.11.2003

Lineare Trends der Niederschlagshöhe 1891-1990 in Europa Sommer

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

+

+

+

-

--

-

10.11.2003

Lineare Trends der Niederschlagshöhe 1891-1990 in Europa Winter

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

--

+

++

+

+

+

10.11.2003

Gleitendes Mittel (11 Jahre) der Häufigkeiten zonaler Großwetterlagen und der Großwettertypen

Nord, Ost, Nordost und Südost 1881-1997

Gerstengarbe (1998)

10.11.2003

Häufigkeiten unterschiedlich temperierter Großwetterlagen Europas in % im Sommer (Juni-

August) und Winter (Dezember-Februar)

Hupfer, P. (1999)

Periode Sommer-warmeWetterlagen

Sommer-kühleWetterlagen

WintermildeWetterlagen

WinterkalteWetterlagen

1901/30 31,6 51,0 39,3 27,1

1931/60 40,4 49,3 35,8 33,3

1961/90 46,7 42,3 43,1 31,2

10.11.2003

30-jährig übergreifende Mittelwerte der Lufttemperatur und das Blattentfaltungsdatum der

Roßkastanie (in Genf)

Hupfer, P. (1996)

Lufttemperatur

Blattentfaltungsdatum

10.11.2003

Veränderung der medianen Durchzugszeiten von Vögeln auf Helgoland zwischen 1961 und

1993Verlagerung (Tage) Verweildauer

Heimzug Wegzug (Tage)

Kurz- und Mittelstreckenzieher Feldlerche Bachstelze Ringeltaube Zaunkönig Trauerbachstelze

+ 5,7- 5,1

- 16,7- 18,5- 37,1

- 2,7- 5,2+ 4,3

+ 11,1

- 8,40

+ 20,9+ 29,6

Langstreckenzieher Mauersegler Gartengrasmücke Gartenrotschwanz Ringdrossel Rauchschwalbe Mehlschwalbe Neuntöter

- 1,2- 4,6- 3,2+ 0,7- 5,3- 2,6- 2,8

- 3- 1,7

+ 10,7+ 14,9

- 28,8+ 3

+ 13,9+ 14,2

Lozán, J., Graßl, H. u. P. Hupfer (1998)

10.11.2003

Jährliche Schlüpftermine in Erstbruten, Braunschweig, 1970-1995

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

Kohlmeise Blaumeise Kleiber

10.11.2003

Anfälligkeit von Flora und Fauna für den Klimawandel

IPCC (2001)

Geographische Region Einfluß Bedingt durch

die meisten Kontinente,marine und arktischeRegionen

Bangladesch

Galapagos

Nordhalbkugel

Afrika und Australien

USA und Kanada

Verschiebung derPhänologie

Verlust der einzigenverbliebenen Habitate desBengaltigers

reduziertes Überleben derEchsen

boreale Pflanzenkrank-heitserreger überlebenverstärkt den Winter

Verlust an Feuchtgebieten,Abnahme der Populationeneiniger Säuger

Rückgang der Karibu-Populationen

bereits als Antwort auf denKlimawandel beobachtet

Meeresspiegelanstieg

ENSO

erhöhte nächtlicheWintertemperaturen

Zunahme der Dürre

Temperaturanstieg,Verschiebung derRegenzeiten

10.11.2003

Küsten, an denen der relative Meeresspiegel im letzten Jahrhundert um mehr als 0,2 mm/a

zugenommen hat bzw. zukünftig weiter zunehmen wird

Eisma, D. (1995)

10.11.2003

Einzelanteile am globalen Meeresspiegelanstieg (cm/100a) nach älteren und jüngeren Abschätzungen von IPCC und

Vergleich mit dem säkularen Meeresspiegeltrend

IPCC Abschätzung Niedrige 1990/96 Beste 1990/96 Hohe 1990/96

Therm. Ausdehnung 2/2 4/4 6/7

Gletscher und Eiskappen 1,5/2 4/3,5 7/5

Grönländische Eismasse 1/-4 2,5/0 4/4

Antarktische Eismasse -5/-14 0/0 5/14

TerrestrischeWasserspeicher

-/-5 -/-0,5 -/7

Gesamt -0,5/-19 10,5/8 22/37

Registrierter Trend 10/10 15/18 20/25

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

10.11.2003

Längenschwankungen einiger ausgewählter Gletscher seit 1500

Nigardsbreen (Norwegen)

Vatnajökull (Island)

Gl. D‘Argentiere (Frankreich)

unterer Grindelwaldgletscher (Schweiz)

Rhonegletscher (Schweiz)

Hintereisferner (Österreich)

10.11.2003

Aufsummierte jährliche Zungenlängenänderungen ausgewählter

Schweizer Alpengletscher

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

Gran Plan Névé

Saleina

Tschierva

Gorner

10.11.2003

Krimmler Kees 1982 und 1997

www.geo.sbg.ac.at

10.11.2003

Gletscherrückgang in nur 15 Jahren

www.uibk.ac.at

10.11.2003

5. Wie geht es weiter:

Vorwärts in eine Superwarmzeit

oder

zurück ins Eiszeitalter?

Mögliche Szenarios

10.11.2003

Entwicklung und Zukunftsprojektion der Weltbevölkerungszahl sowie Weltprimärenergie

seit 1900

Schönwiese, Ch.-D. (2003)

SKE = Steinkohle-einheiten

10.11.2003

Entwicklung von Weltbevölkerungszahl und weltweitem Energieverbrauch 1970-2030

10.11.2003

Abschätzungen der Weltmitteltemperaturerhöhungen in den

nächsten Jahrzehnten

10.11.2003

Anteilige Zusammensetzung des künftigen Meeresspiegelanstiegs aus thermischer Expansion

und Verringerung von Eisreservoiren

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

10.11.2003

Gesamte Spannbreite für die künftige Meeresspiegelentwicklung

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

10.11.2003

Szenarien des IPCC für den Meeresspiegelanstieg

Eisma, D. (1995)

10.11.2003

Abschätzung des langfristigen Meeresspiegelanstiegs bis 2500

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

• IS92a Szenario bis 2100

• vollständige Reduktion aller Treibhausgas-emissionen bis 2200

10.11.2003

Änderungen in der Flächenausdehnung der Hauptklima- und Vegetationszonen

Hupfer, P. (1996)

Relativer Flächenanteil (in %)

Gegenwart 2 x CO2

Klimazonen

Tropisches KlimaSubtrop. KlimaWarm-temp. KlimaKalt-temp. KlimaBoreales Klima

Vegetationszonen

WüstenTundraWälderGrasland

2516211523

20,63,3

58,417,7

40142520<1

23,8-

47,428,9

10.11.2003

Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen arktischen

Gebirge

Beniston, M. (1994)

veränderte Gebiete

10.11.2003

Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen temperierten

Gebirge

Beniston, M. (1994)

veränderte Gebiete

10.11.2003

Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen tropischen

Gebirge

Beniston, M. (1994)

veränderte Gebiete

10.11.2003

Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen

heutige Ausgangslage

A= Bündner Alpen, B=Südbündner Alpen, C= Glarner Alpen, D= Zentralschweizer Alpen, E= Berner Alpen, F= Walliser Alpen

Maisch et al. (2000)

10.11.2003

Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen

Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 100 m

Maisch et al. (2000)

10.11.2003

Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen

Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 400 m

Maisch et al. (2000)

10.11.2003

Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen

Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 700 m

Maisch et al. (2000)

10.11.2003

www.uibk.ac.at/

Szenario für die Gletscher des Vernagtferners

10.11.2003

Wasserverfügbarkeit pro Person ausgewählter Staaten 1990 und 2025

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Ko

mo

ren

Ägy

pte

n

Äth

iopi

en

Ke

nia

Ma

rokk

o

So

ma

lia

Ta

nsa

nia

Ha

iti

Pe

ru

Ira

n

Jord

ani

en

Lib

ano

n

Om

an

Sa

udi A

rabi

en

Ye

me

n

Kuw

ait

Ve

rfü

gb

ark

eit

(m

³/P

+a

)

Jahr 1990

Jahr 2025

nach Mintzer (Ed.) (1992)

10.11.2003

Klimatologische Ereignistage für den Ballungsraum Berlin unter gegenwärtigen und veränderten

Klimabedingungen

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)

Ereignis Gegenwart Modellierungnach Szenario Afür Ende 21. Jh.

Änderung

Mittlere Anzahl / Jahr

Extrem heiße TageTmax 39°CHeiße TageTmax 30°CSommertageTmax 25°CFrosttageTmin 0°CEistage Tmax 0°CExtrem kalte TageTmax -10°C

0,01

5,4

27,2

56,6

22,00,7

0,04

11,7

41,8

38,6

8,80,11

+ 0,03

+ 6,3

+14,6

-18

-13,2- 0,59

10.11.2003

Zusammenhang zwischen gefühlter Temperatur und Todesfällen

Jendritzky (2003, unveröffentlicht)

10.11.2003

L‘Independant, 7. August 2003

Badische Zeitung, 19. August 2003

10.11.2003

Vertiefende Literatur

Cubasch, U. und D. Kasang (2000): Anthropogener

Klimawandel, Gotha

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (Hrsg.)

(1998): Das Klima des 21. Jahrhunderts. Warnsignal

Klima. Mehr Klimaschutz - weniger Risiken für die

Zukunft, Hamburg

Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (Hrsg.)

(2001): Climate of the 21st century: Changes and

risks, Hamburg

Schönwiese, Ch.-D. (1992): Klima im Wandel,

Stuttgart

10.11.2003

Kontakt

Prof. Dr. Wilfried EndlicherHumboldt-Universität zu Berlin

Geographisches InstitutUnter den Linden 6

10099 Berlin

email: wilfried.endlicher@rz.hu-berlin.de