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

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bis 1977 indirekte Rekonstruktion

340.5

341.0

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342.5

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W/m2

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W/m2

ENERGIEINPUT VON DER SONNE ÜBER DIE LETZTEN 7 JAHRTAUSENDE

(Fröhlich 2000, Solanski et al. 2004, Wagner et al. 2010)

Klimaantriebe - Treibhausgase

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400

pp

m

pp

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CH4 und N2O CO2

N2O

CH4

CO2

Kalenderjahre

rekonstruiert aus Hochakkumulations-Eisbohrkernen

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(Robertson et al. 2001)

Foto: Forrest M. Mims III

Mauna Loa: 1958-2007

300

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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

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Klim

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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

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Eisbohrkerne, Colle Gnifetti

Winterschneedecke Sonnblick

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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

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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

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C]

Te

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]

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?

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1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

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]

Temperatur

Luftdruck

Sonnenscheindauer

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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

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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

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[°C

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Klimazukunft

Globale Muster der Veränderungen von Variablen des Wasserkreislaufs

IPCC 2007

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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)

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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