Einfluss des Klimawandels auf die Süßwasserressourcen der Erde

Petra Döll

Institut für Physische GeographieGoethe-Universität Frankfurt

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Auswirkungen des Klimawandels auf Süßwasserressourcen

Kapitel 3 der AG II mit ca. 60 Seiten, davon 2 Seiten Executive SummaryPlus drei „Cross-Chapter Boxes“ zu 1) Süßwasserökosystemen, 2) der Rolle der aktiven Vegetation sowie 3) dem Wasser-Energie-Nahrungsmittel-Klimawandel-NexusPlus Informationen in den regionalen Kapiteln

Heute:Beobachtete AuswirkungenZukünftige Risiken/AuswirkungenKlimaschutz und Wasser/Anpassung im Wassersektor

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Was bedeutet:Auswirkungen des Klimawandels wurden „beobachtet“?

Zweistufiges Vorgehen mit Nachweis und Zuschreibung(Fünfter Sachstandsbericht der Arbeitsgruppe II des IPCC 2014)

1. Nachweis (Detection)Es wird nachgewiesen, dass eine statistische signifikante Änderung (Trend) einer Größe stattgefunden hat, und sich nicht nur die natürliche (Klima)variabilität auswirkt.

2. Zuschreibung (Attribution)Die nachgewiesene Änderung einer Größe kann auf beobachtete Klimaänderungen (natürliche und anthropogene) zurückgeführt werden

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Nachweis und Zuschreibung

Nachweis und Zuschreibung ist am klarsten, wenn 1. die Auswirkung vom Temperaturanstieg dominiert wird 2. es wenige nicht-klimatische Triebkräfte gibt, die sich verändert haben

(Gletscherschwund im Vergleich zu Wasserverschmutzung, aber siehe Abb. 3-2 zu beobachteten Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserqualität)

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Beobachtete Auswirkungen des Klimawandels in allen Systemen (Literatur 2007-2013)

Abb. SPM.2a in IPCC AR5 WG II SPM 2014

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Beobachtete Auswirkungen aufDurchfluss in Einzugsgebieten mit Schnee

Außer in sehr kalten GebietenMaximale Schneemenge im Frühjahr hat sich verringertFrühjahrsmaximum des Durchflusses tritt früher aufWeniger Hochwässer durch SchneeschmelzeHöhere Durchflüsse im WinterVerringert Niedrigwasserdurchflüsse im Sommer

Niederschlagsgetriebene Zunahmen des jährlichen Durchflusses werden in der Arktis beobachtet.

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Beobachtete Auswirkungen auf Gletscher und die daraus gespeisten Wasserressourcen

Vorübergehende „Schmelzwasserdividende“Durch die geringere Wasserspeicherung im Winter gehen ab einem gewissen Zeitpunkt die Niedrigwasserabflüsse im Sommer zurück (außer in Monsungebieten)

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Dürren und Hochwässer

Niederschlags- und Bodenwasserdürren haben in manchen Gebieten (einschl. Südeuropa und Westafrika) seit 1950 zugenommen, aber in vielen anderen Gebieten gibt es keine Belege für eine Änderung. Es gibt sehr wenig Belege für eine Änderung des Auftretens von Durchfluss-und Grundwasserdürren. Für Hochwässer, die von Starkregenereignissen verursacht werden, und nicht von Schneeschmelze, gibt es nur schwache Belege dafür, dass sie bereits vom Klimawandel beeinflusst wurden

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„Wurde dieses Hochwasser durch den Klimawandel verursacht?“

Solche Fragen können bislang nicht beantwortet werden.Ausnahme: Es gibt eine Studie zum Herbsthochwasser 2000 in Großbritannien (Pall et al. 2011), in deren Rahmen tausende von Modellläufen mit einem Klimamodell für saisonale Vorhersagen durchgeführt wurde, für die viele Bürger ihre privaten Computer zur Verfügung stellten (www.climateprediction.net). Es wurden die Niederschläge und Durchflüsse unter dem tatsächlichen Klima (mit Klimawandel) und unter einer hypothetischen Welt ohne Klimawandel berechnet und die unter diesen Bedingungen berechneten Durchflüsse miteinander verglichen.

Ergebnis:Das Hochwasser im Herbst 2000 wurde durch den Klimawandel zwei- bis dreimal wahrscheinlicher als es ohne Klimawandel gewesen wäre.

(Pall et al. 2011, vereinfacht von Graham Cogley)

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Zukünftige Risiken des Klimawandels für das Süßwasser

Die Unsicherheiten zukünftiger Projektionen sind groß, aber inzwischen gut quantifiziert (Unsicherheiten bei Klimamodellen, Downscaling und hydrologischen Modellen)„Moderne“ Herangehensweise: Ensembles von Modellläufen generieren, unter Nutzung der Szenarien einer Reihe von Klimamodellen als Input eines oder besser mehrerer hydrologischer Modelle.

Jeder Lauf wird als gleich wahrscheinlich betrachtet.Dann können Ensemble-Mittelwerte und die Wahrscheinlichkeitsverteilung betrachtet werdenJe nach „Sicherheitsbedürfnis“ können z.B. dann die Gegenden identifiziert werden, bei denen z.B. 50% oder auch nur 10% aller Läufe eine Verringerung der Wasserressourcen um 10% projizieren.

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Beispiel: Änderung der Grundwasserneubildung in Australien (Crosbie et al. 2013)

16 Klimamodelle, 1 hydrologisches ModellRSF: zukünftige GWR/historische GWR

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Zukünftige Risiken des Klimawandels für das Süßwasser

Eine große Anzahl von Modellierungsstudien seit dem 4. Sachstandsberichts haben trotz der Unsicherheiten gezeigt, dass die wasserbezogenen Risiken des Klimawandels deutlich mit steigenden Treibhausgaskonzentrationen/globaler Erwärmung zunehmenSiehe Tabelle 3-2 des Kapitels 3, mit Beispielen zu Hochwasser(schäden), Wasserressourcen, Wasserknappheit, Änderungen des Fließregimes, mit Auswirkungen auf Süßwasserökosysteme und Energieerzeugung, etc.

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Beispiele für steigende Risiken

Im Durchschnitt wird der Anteil der Weltbevölkerung, die von einer mindestens20% Verringerung der Wasserressourcenbetroffen ist, je 1°C globaler Erwärmungum durchschnittlich 7% zunehmen (Scheweet al. 2013, 5 Klimamodelle, 11 globalehydrologische Modelle).

GWR-Abnahme > 30% Für jede weitere globale Erwärmung um 1°C werden ca. 4% der globalenLandfläche (ohne Grönland und Antarktis) von einer Verringerung der Grundwasserressourcen um mehr als 30% betroffen sein, und ca. 1% der Landflächenvon einer Verringerung um mehr als 70% (Portmann et al. 2013, 5 Klimamodelle, 1 hydrologisches Modell).

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Räumliche und saisonale Unterschiede hydrologischer Größen nehmen durch den Klimawandel zu

Der Klimawandel wird die Oberflächen- und Grundwasserressourcen in den meisten Gebieten mit trockenen oder mediterranen subtropischen Klima verringern. Dies wird die sektorale Konkurrenz um Wasser verschärfen.

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Wissensdefizit: Einfluss der sich ändernden („aktiven“) Vegetation auf die Evapotranspiration und damit den Abfluss

CO2 ↑: Pflanzen transpirieren weniger (physiologischer Effekt): → Abfluss ↑CO2 ↑: Pflanzen wachsen stärker (struktureller Effekt): → Abfluss ↓Klima ändert sich: Pflanzen wachsen besser oder schlechter, oder andere Pflanzen wachsen: → Abfluss ?Insgesamt: → Abfluss ?Hydrologische Modelle berücksichtigen diese Prozesse nicht, Vegetationsmodelle kommen zu gegensätzlichen Ergebnissen (Davie et al. 2013)

Effect of considering increasing CO2 or not for computingcc impact on mean annual runoff (Murray et al. 2012); red: less runoff due to increasing CO2

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Klimaschutz und Wasser (3.7)

Einige Klimaschutzmaßnahmen verursachen Risiken für Süßwassersysteme (z.B. Bioenergie, Wasserkraft, Aufforstung)Einige Wassermanagementmaßnahmen beeinflussen den Klimaschutz (z.B. Wassermanagement für Reisfelder)

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Anpassung an den Klimawandel im Wassersektor (3.6)

Adaptives Wassermanagement mit flexiblen, „low-regret“ Lösungen, die auch angesichts der durch den Klimawandel stark gestiegenen Unsicherheiten funktionieren.Sehr wenig Informationen zu den Kosten der Anpassung vorhanden.

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m), Österreich (www.gletscherarchiv.de)

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Additional uncertaintydue vegetationresponding to CO2 andclimate change

5 GCMs, and 8 GHMs and 4 biomemodels that take into account theimpact of CO2 increase

(Davie et al. 2014)

Two biome models compute increased runoff, two compute decreased runoff compared to GHMs with passive vegetation!

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Additional uncertainty due toneglecting the active role of vegetationEffect of considering increasing CO2 or not for computing cc impact on meanannual runoff (Murray et al. 2012); red: less runoff due to increasing CO2