2019 07 Uni Mainz WEB · Dr. Andreas Walter: Globaler Klimawandel und extreme Wetterereignisse in...

Deutscher Wetterdienst

Globaler Klimawandel und

extreme Wetterereignisse

in Deutschland

Dr. Andreas WalterDeutscher Wetterdienst

Quelle: E

d Haw

kins

Dr. Andreas Walter: Globaler Klimawandel und extreme Wetterereignisse in Deutschland Juli 2019

nur etwasweniger Kälte

mehr Hitze

Quelle: Max Planck Institut für Meteorologie

VorbemerkungenKlima

Das Klimasystem


globale CO 2 - Emissionen

Kumulative anthropogene Kohlendioxid Emissionen [Mt C]

industrielles CO 2Die Fakten



Quelle: Lüthi et al., Tans, IIASA

2100 hohes Emissions-Szenario

2100 niedriges Emissions-Szenario

beobachtet

Zeit (in Jahren vor heute)

Koh

lend

ioxi

d-K

onze

ntra

tion

(ppm

)

historisches CO 2Die Fakten


atmosphärische CO 2 - Konzentration

Quelle: Ed Hawkins

historisches CO 2Die Fakten

(ppm)


300

320

340

360

380

400

420

1958 1972 1986 2000 2013

CO2-Messungen in ppm

Entwicklung der atm . CO2-Konzentration

Schauinsland [© UBA]

Mauna Loa [© CSIRO]

Zugspitze [© UBA]

300 ppm

gemessenes CO 2Die Fakten


CO2-Emissionen nach Ländern

CO2 EmissionenDie Fakten

Die Hauptverursacher:1. China2. USA3. EU

Quelle: World MapperStand: 2016


Quelle: WMO Statement on the State of the Global Cl imate in 2018, Juni 2019

Abweichungen der globalen Jahresmitteltemperatur

1850 bis 2018 von der Klimareferenzperiode 1850 bis 1900

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert 1

850-

1900

(°C

)

Zeit

GlobalKlima

Zeit

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert 1

961-

1990

(°C

)

Die vier wärmsten Jahre:1. 20162. 20153. 20174. 2018


Quelle: Ed Hawkins

Abweichungen der globalen Jahresmitteltemperatur

Baseline 1850 - 1900

Zeit

GlobalKlima


Ausdehnung arktisches Seeeis

Quelle: N

SID

C, http://nsidc.org/arcticseaicenew

s/charctic-interactive-sea-ice-graph/

Im Vergleich zur Referenzperiode 1981 bis 2010

GlobalKlima

Zeit

Aus

dehn

ung

(106

km²)

Seit dem Jahr 2002 liegt die Ausdehnung des arktischen

Seeeises kontinuierlich unter dem langjährigen Mittel

Mittel 1981-2010


Quelle: WMO Statement on the State of the Global Cl imate in 2018, Juni 2019

Veränderungen von Schlüsselvariablen des Klimasystems

GlobalKlima

Indikator Zeit Wert Bemerkung

Globale Temperatur *2018

(jährl. Mittelwert)0.98 K ± 0.12 K

2016, 2015, 2017, 2018 die vier wärmsten Jahre

Ozeanischer Wärmeinhalt **2018

(jährl. Mittelwert)+ 12.8 (700 m)+ 18.2 (2000 m)

höchste gemessene Werte

CO2(ppm, atm. Konzentration)

2018 405.5 ± 0.1 ppmhöchste gemessene Konzentration

Meeresspiegelanstieg seit 1993 + 78 mmhöchster gemessener Wert

Ausdehnung arktisches Seeeisgegenüber1981-2010

September: -27.7%höchste gemessene Abnahme

* Abweichung von vorindustrieller Periode 1850-1900

** 1022 J, gegenüber 1981-2010


Standpunkt

Roger Revelle* in der New York Times im Jahr 1957

Quelle: ucsdnews.ucsd.edu

* Ozeanograph und Klimatologe (1909-1991)

Die Menschen führenmomentan ein großangelegtes geophysikalisches Experiment

aus, das so weder in der Vergangenheit hätte passieren

können noch in der Zukunft wiederholt werden kann.

Klima


-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1880 1900 1930 1960 1990 2016

Abweichung der Jahresmitteltemperatur seit 1881 geg enüber der Bezugsperiode 1961 – 1990 in °C

Erwärmung in Deutschland stärker als weltweit

Deutschland Europa weltweitlinearer Trend

linearer Trend

Quelle: Deutschland: DWD, Europa: Copernicus C3S, weltweit: Universitiy of East Anglia, UK Met Office

Global – Europa - DeutschlandKlima


1881-1889

1890-1899

1900-1909

1910-1919

1920-1929

1930-1939

1940-1949

1950-1959

1960-1969

1970-1979

1980-1989

1990-1999

2000-2009

20102016

Deutschlandwird wärmer

Abweichung zu 1961 - 1990

DeutschlandKlima


DeutschlandKlima

Deutschland im KlimawandelAbweichung zu 1961 - 1990


DeutschlandKlima

Deutschland im KlimawandelAbweichung zu 1961 - 1990

Temperatur

NiederschlagJahre seit Beginn 21. Jhd.


DeutschlandKlima

Deutschland im Klimawandel - 2018Abweichung zu 1961 bis 1990 - Temperatur


DeutschlandKlima

Deutschland im Klimawandel - 2018Abweichung zu 1961 bis 1990 - Niederschlag


1959 - 1968 1969 - 1978 1979 - 1988 1989 - 1998 1999 - 2008 2009 - 2018

Sommertag: Tmax ≥ 25°C

Änderung der Anzahl an Sommertagen

20 25 30 35 45 5040 55 60 65 70 Tage

DeutschlandKlima


1959 - 1968 1969 - 1978 1979 - 1988 1989 - 1998 1999 - 2008 2009 - 2018

heißer Tag: Tmax ≥ 30°C

0 2 4 6 8 10 12 16 18 20 Tage14

Änderung der Anzahl heißer Tage

DeutschlandKlima


1959 - 1968 1969 - 1978 1979 - 1988 1989 - 1998 1999 - 2008 2009 - 2018

Frosttag: Tmin < 0°C

Änderung der Anzahl Frosttage

DeutschlandKlima

50 60 70 80 90 100 110 130 Tage12040


2°C Ziel nur durch RCP 2.6 zu realisieren;dazu nötig: negativeEmissionen

Die künftigen CO 2-Emissionen sind entscheidendSRES und RCP-Szenarien im Vergleich

Änderung der Globalen Temperatur

RCP 8.5: + 4,7 °C

RCP 6.0: + 3,2 °CRCP 4.5: + 2,7 °C

RCP 2.6: + 1,7 °C

ZukunftKlima



Quelle: Lüthi et al., Tans, IIASA

2100 hohes Emissions-Szenario

2100 niedriges Emissions-Szenario

beobachtet

Zeit (in Jahren vor heute)

Koh

lend

ioxi

d-K

onze

ntra

tion

(ppm

)

ZukunftKlima


Klimaprojektionen

GlobaleZukunftsszenarien

GlobaleKlimamodelle

RegionaleKlimamodelle

Wirkmodelle

Räumliche Auflösung 200 km x 200 km 12 km x 12 km 100 m x 100 m

ZukunftKlima


Grenzen der VorhersageKleinräumige Ereignisse sind nur schwer zu projizie ren Was bedeutet horizontale Auflösung?

25

Grenzen der VorhersageKlima

Dr. Andreas Walter: Globaler Klimawandel und extreme Wetterereignisse in Deutschland Juli 2019In Anlehnung an MeteoSchweiz (Jahres-empfang des DWD 2016)


• ∆x = 35 m• ∆x = 70 m• ∆x = 140 m• ∆x = 280 m• ∆x = 550 m• ∆x = 1100 m• ∆x = 2200 m

In Anlehnung an Meteo Schweiz (Jahresempfang des DWD 2016)

Was bedeutet horizontale Auflösung?

26

Kleinräumige Ereignisse sind nur schwerzu projizieren

Grenzen der VorhersageKlima

Dr. Andreas Walter: Globaler Klimawandel und extreme Wetterereignisse in Deutschland Juli 2019In Anlehnung an MeteoSchweiz (Jahres-empfang des DWD 2016)


Unsicherheiten

Abschätzung von Unsicherheiten

Übergang zum Multi-Modell-Ensemble

Klima


Unsicherheiten

CanESM

2

EC-

EARTH

HadGem

2

IPSL-

CM5A-

MR

MIROC 5 MPI-

ESM-LR

CCLM

REMO

CCLM

RACMO

RCA4

REMO

WRF

RACMO

CCLM

REMO

RCA4

WRF

RCA4 CCLM

REMO

CCLM

REMO

RCA4

WRF

Globale Modelle

Regionale Modelle

Klima

Unsicherheiten

Auswertung von Klimaprojektionsensembles

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

� Klimamodelle: notwendig für die Abschätzung möglicher zukünftiger Entwicklungen

� es gibt kein bestes Modell, daher Ensembleauswertungen: Abschätzungen der Unsicherheiten,

Beobachtungen

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6

� statistische Methoden: notwendig, um Unsicherheiten und Bandbreiten zu quantifizieren

Klimaprojektionen

Jahr

esm

ittel

tem

pera

ture

nA

bwei

chun

g vo

n 19

61-1

990

Klima



Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,

RCP 8.5Klimaprojektionen � Definition des zu

untersuchenden Zeitraums (nahe Zukunft, ferne Zukunft)


Klima



Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,

RCP 8.5� Bestimmung des

Maximums und des Minimums sowie

Max

Min� des Mittelwertes der

Spannbreite der Änderungssignale

Mittelwert


Klima



Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

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14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,

RCP 8.5 Max

Min

Mittelwert

50. Perzentil

� Bestimmung des Maximums und des Minimums sowie

� des Mittelwertes der Spannbreite der Änderungssignale


Klima



Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

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von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,

RCP 8.5 � Bestimmung des Maximums und des Minimums sowie

Max

Min +� Mittelwert der


Mittelwert � Bestimmung desMedians (50. Perzentil)50. Perzentil

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Was sind Perzentile?


Klima


Auswertung von KlimaprojektionsensemblesAuswertung von Klimaprojektionsensembles

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der


� Bestimmung desMedians (50. Perzentil)


Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der



6

7

8

9

10

11

12

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14

1880 1920 1960 2000 2040 2080


0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

z.B

. Tem

pera

turw

ert

Ensembleergebnisse


Klima



6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der




Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

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1880 1920 1960 2000 2040 2080

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eich

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von

1961

-199

0

0

1

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3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der




0

2

4

6

8

10

12

14

5 14 4 6 9 19 12 13 8 7 11 10 17 16 15 1 2 3 18

50. 75.25.

z.B

. Tem

pera

turw

ert

Ensembleergebnisse50. Perzentil

75. Perzentil

25. Perzentil


Klima



6

7

8

9

10

11

12

13

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1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

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von

1961

-199

0

0

1

2

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4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der




Unsicherheiten

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1880 1920 1960 2000 2040 2080

Abw

eich

ung

von

1961

-199

0

0

1

2

3

4

-1

-2

5

6Zeitraum: 2071-2100,


+� Mittelwert der




0

2

4

6

8

10

12

14

5 14 4 6 9 19 12 13 8 7 11 10 17 16 15 1 2 3 18

50. 75.25.

� Bestimmung des 25. und 75. Perzentils

z.B

. Tem

pera

turw

ert

Ensembleergebnisse


Klima



Temperatur

ZukunftKlima


Klimaprojektionen für Deutschland

ZukunftKlima

BeobachtungenRCP 2.6RCP 4.5RCP 8.5

Zeit

Mittlere Lufttemperatur im Jahr



ZukunftKlima

Zeit


Sommertag: Tmax ≥ 25°C

Anzahl an Sommertagen im Jahr



ZukunftKlima

Zeit


heißer Tag: Tmax ≥ 30°C

Anzahl an heißen Tagen im Jahr



ZukunftKlima


ZeitFrosttag: Tmin < 0°C

Anzahl an Frosttagen im Jahr



ZukunftKlima


ZeitTrop. Nacht: Tmin ≥ 20°C

Anzahl an tropischen Nächten im Jahr


F. D

ahinden(subm

itted, ET

H Z

ürich, MeteoS

wiss)

Um

setzung: A. K

reis (DW

D)

Rijekaca. 680 km südöstlichRijekaca. 680 km südöstlich

Welcher Ort hat heute ein ähnliches Klima wie Frankfurt am Main in der Zukunft (2071/2100)?

Zukunft - KlimaanalogeKlima

• Beispielanwendung basierend auf maximalerÄhnlichkeit der Temperatur

• eine Modellkette (EUR-11 EC-EARTH-RCA)für RCP 8.5

• 879 Analoge möglich• bezogen auf mittleren Jahresgang 1971/2000

• Beispielanwendung basierend auf maximalerÄhnlichkeit der Temperatur

• eine Modellkette (EUR-11 EC-EARTH-RCA)für RCP 8.5

• 879 Analoge möglich• bezogen auf mittleren Jahresgang 1971/2000

Was ist Ihr Tipp?


Zukunft - KlimaanalogeF

. Dahinden

(submitted, E

TH

Zürich, M

eteoSw

iss)U

msetzung: A

. Kreis (D

WD

)

Die fünf besten Analoge:1. Rijeka2. Mailand3. Montelimar4. Lleida5. TuapseRCP 8.5; nur Temperatur

Die fünf besten Analoge:1. Rijeka2. Mailand3. Montelimar4. Lleida5. TuapseRCP 8.5; nur Temperatur

Welcher Ort hat heute ein ähnliches Klima wie Frankfurt am Main in der Zukunft (2071/2100)?

Klima


Niederschlag

ZukunftKlima



ZukunftKlima

Niederschlagsverhalten

Zeit Zeit

Anz

ahl a

n Ta

gen

Anz

ahl a

n Ta

gen



Anzahl an Tagen mit RR > 10mm pro Jahr Anzahl an Tagen mit RR > 20mm pro Jahr


Wetterlagen verändern sich im Klimawandel

ZukunftZukunftKlima

Bei bestimmten Wetterlagenerhöht sich das Risiko von meteorologischenExtremereignissen

Die zukünftige Veränderung der Wetterlagen kann abgeschätzt werden

Wetterlagenbestimmenden Witterungs-verlauf



1950 - 2100

1950 - 2100 1950 - 2100

1950 -2100

WetterlagenKlimaprojektionen

Aktuell im FOKUS

� Tief Mitteleuropa (TM)

� Tief Britische Inseln (TB)

ÄnderungssignaleWetterlagenModellensemble

Tief Mitteleuropa TM Tief Britische Inseln TB

Nordostlage antizyklonal NEa Nordwestlage antizyklonal NWa

ZukunftWetterlagenKlima


Extremwerte

0

5

10

15

20

25

30

12

Schwellenwert Xbestimmen

Ereignissemüssen keinemabsolutenZeitpunktzugeordnetwerden

Zuweisung zeitlichgewichteterEintrittswahr-scheinlichkeiten� sogenannteKerne

Addition dereinzelnen Kerne� Ergebnis:zeitabhängigeFunktion derAuftrittshäufigkeit

3

� Zeit

Überschreitung in %

Klima

Kernschätzerverfahren


StarkregenBeobachtungen

Projektionen

Klima Extremwerte


DJFJJA

ZukunftExtremwerteKlima

Starkniederschlag


Extremwerte

Starkregen

Beobachtungen: 1951- 2005Projektionen: 1961-2100 SRES A1B-ECHAM5-CLM

Kein eindeutiger Trend, große regionale Unterschiede

Zunahme extremer Niederschläge fürganz Deutschland, Ausnahme Alpenrand

Sturm

Übe

rsch

reitu

ng in

%Ü

bers

chre

itung

in %

BEOBACHTUNGEN

Tages-Niederschlagextreme

WINTER

SOMMERTemperatur

Klima

Überschreitungshäufigkeiten des99. Perzentil für die Sommer- undWintermonate für 7 Naturräume(Farben entsprechen derKartendarstellung)


Extremwerte


BEOBACHTUNGEN

Tages-Niederschlagextreme

Übe

rsch

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Beobachtungen: 1951- 2005Projektionen: 1961-2100 SRES A1B-ECHAM5-CLM

SOMMER

WINTER

PROJEKTIONEN

WINTER

SOMMERStarkregen

Sturm

Temperatur

Klima


Extremwerte

TemperaturProjektionen

Klima


DJFJJA

ZukunftExtremwerteKlima

Maximumtemperatur


Extremwerte


Insbesondere nach 2050 Zunahme um das 5- bis 10-fache der Häufigkeiten

Kontinuierliche Zunahme um das bis zu 20-fache der Häufigkeiten

Starkregen

Temperatur

Sturm

Temperaturextreme

PROJEKTIONEN

Übe

rsch

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in %

Projektionen: 1961-2100 SRES A1B-ECHAM5-CLM

WINTER

SOMMER

Klima


DeutschlandZukunft

Attribution von ExtremereignissenZusammenhang von Klimawandel und Extremereignissen

Beispiel Hitzewelle Sommer 2003

Bisher: Ein einzelnes Ereignis lässt sich nicht eindeutig auf den Klimawandel zurückführen.

Heute: Vergleich Welt im Klimawandel und Welt ohne Klimawandel. (Beobachtungen und Nutzung von Klimamodellen)

ExtremwerteKlima

Attribution von ExtremereignissenZusammenhang von Extremereignissen und Klimawandel


DeutschlandZukunft

Attribution von ExtremereignissenZusammenhang von Klimawandel und Extremereignissen

Hitzesommer 2003

Klimasimulation,Gegenwart

Statistische Einordnung

Beobachtungen

Klimasimulation,

Zukunft

Quelle: Schär et al., 2004

ExtremwerteKlima

Attribution von ExtremereignissenZusammenhang von Extremereignissen und Klimawandel


Extremwerte

SturmProjektionen

Klima


Extremwerte


Deutschlandweit Zunahme um 1,5- bis 2-fache, Ausnahme Alpenraum

Deutschlandweit Zunahme um das 2- bis 2,5-fache, regional unterschiedlich

Starkregen

Sturm

Temperatur

Windextreme

PROJEKTIONEN

Übe

rsch

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in %

Projektionen: 1961-2100 SRES A1B-ECHAM5-CLM

WINTER

SOMMER

Klima


DAS

Raumentwicklungund Zivilschutz

Energiewirtschaft

Verkehr, Verkehrsinfrastruktur

Bauwesen

Tourismus

Wasserwirtschaft, Hochwasserschutz

Industrie u. Gewerbe

Bodenschutz

Biodiversität u. Naturschutz

Forstwirtschaft

Fischerei

FinanzwirtschaftLandwirtschaft

Menschliche Gesundheit

Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel

OptionenKlima


• Der Klimawandel ist Realität und wird sich im 21. Jahrhundert noch verstärken

• Auswirkungen des Klimawandels sind bereits jetzt in Deutschland zu beobachteten

• Die verfügbaren Klimamodelle lassen ein Fortschreiten der globalen Erwärmung als sehr wahrscheinlich annehmen

• Die Auswirkungen sich ändernder Parameter sind im Einzelnen jedoch noch mit Unsicherheiten behaftet

• Vermehrtes Auftreten von Extremereignissen wahrscheinlich

• Anpassung an zu erwartende Auswirkungen des Klimawan dels - auch unter Unsicherheiten - unerlässlich

• Der Klimawandel ist Realität und wird sich im 21. Jahrhundert noch verstärken

• Auswirkungen des Klimawandels sind bereits jetzt in Deutschland zu beobachteten

• Die verfügbaren Klimamodelle lassen ein Fortschreiten der globalen Erwärmung als sehr wahrscheinlich annehmen

• Die Auswirkungen sich ändernder Parameter sind im Einzelnen jedoch noch mit Unsicherheiten behaftet

• Vermehrtes Auftreten von Extremereignissen wahrscheinlich

• Anpassung an zu erwartende Auswirkungen des Klimawan dels - auch unter Unsicherheiten - unerlässlich

FazitKlima


Schlusspunkt

Albert Einstein:


Klima

Die gewaltigen Probleme unserer Zeit können nicht

mit derselben Denkart gelöst werden, welche jene Probleme hervorgebracht

hat.

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