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| Autor(en): | Michaela-Maria Hirschberg | |
| Originalartikel: | Hirschberg, M.-M. (2003): Aktueller Diskussionsstand zu Klimaänderungen. LWFaktuell Nr. 37, Seite 2-7. | |
| Online-Version: | Stand: 03.01.2007 | |
| Redaktion: | LWF, D | |
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deutsch
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Aktueller Diskussionsstand zu Klimaänderungen
Wie ändert sich unser Klima?
Bereits seit den Anfängen der Forstwirtschaft ist der Einfluss des Klimas auf die Verbreitung der Baumarten und auf das Baumwachstum in der forstlichen Standorts- und Waldwachstumskunde bekannt. Im vorliegenden Artikel wird die mannigfaltige neuere Literatur zum Thema Klimaänderungen und Auswirkungen auf den Wald in Bayern zusammengefasst und die wichtigsten Erkenntnisse zusammengestellt.
Wenn Klimatologen vom Klimawandel sprechen, dann meinen sie eine langfristige Änderung des mittleren Wetters, wie er im Verlauf der Erdgeschichte mehrfach vorkam (CUBASCH und KASANG, 2000). Heute wird eine Klimanormalperiode von 30 Jahren für die Bildung des statistischen Mittelwertes zugrunde gelegt. Betrachtet man die globale Klimaentwicklung, so folgen die Veränderungen und Wechselwirkungen der Parameter, die das Klima bestimmen, unterschiedlichen Zeitskalen. Darin liegt eine der Hauptschwierigkeiten, unser Klimasystem richtig zu erfassen. Das Klimasystem ist ein gekoppeltes System aus den Untersystemen Atmosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre, Kryosphäre und Lithosphäre. Die Prozesse innerhalb sowie zwischen den einzelnen Sphären, angetrieben von der Solarstrahlung, bestimmen zusammen das Klima (Abb. 1).
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| Abb. 1: Das Klimasystem – die Untersysteme Atmosphäre, Hydrosphäre (Ozean und Wasserkreislauf), Kryosphäre (Eis und Gletscher), terrestrische Biosphäre (lebendige Organismen) und die Lithosphäre (Gesteins- und Bodenschicht) sind über Energie- und Stoffkreisläufe miteinander gekoppelt (verändert nach CLAUSSEN (2002). |
Die meteorologischen Messungen zeigen entscheidende Änderungen im globalen Klima im 20. Jahrhundert. Klimabestimmende Parameter wie Temperatur, Niederschlag, Schneebedeckung, die Ausdehnung von Land- und Meereis oder die Höhe des Meeresspiegels, die heutzutage in einem immer feineren Beobachtungsnetz erfasst werden, geben eindeutige Hinweise auf eine weltweite, aber regional durchaus unterschiedliche Erwärmung. So waren seit Beginn der instrumentellen Messungen (die erste Beobachtungsstation z. B. gibt es in Bayern seit 1781) die weltweiten bodennahen Durchschnittstemperaturen der Erde noch nie so hoch wie in den Jahren seit 1990. Die zehn wärmsten je gemessenen Jahre liegen alle im Zeitraum seit 1990.
Als Gründe für die Klimaänderungen gelten zum einen die Schwankungen natürlicher Faktoren wie Sonneneinstrahlung und Vulkanausbrüche, zum anderen Änderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre durch die zunehmende anthropogene Verbrennung der fossilen Energieträger. Hierdurch werden Treibhausgase freigesetzt (s. Tab. 1), die die langwellige terrestrische Wärmestrahlung von der Erde in den Weltraum „blockieren“ und damit zu einer Erwärmung der Atmosphäre beitragen. So hat beispielsweise die Konzentration des wichtigsten Treibhausgases Kohlendioxid (CO2)seit der vorindustriellen Zeit stark zugenommen.
Einen abkühlenden Effekt haben die beim Verbrennungsprozess ebenfalls freigesetzten Staubteilchen und Aerosole, da sie einen Teil der eintreffenden Sonnenstrahlung unmittelbar in den Weltraum zurückstreuen und daneben die Wolkenbildung begünstigen. Im Folgenden werden die beobachteten Klimaänderungen des 20. und die Prognosen für das 21. Jahrhunderts auf den Ebenen Global - Europa - Bayern dargestellt.
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| Abb. 2: Abweichung der global gemittelten bodennahen Lufttemperatur [K] vom Mittel der Normalperiode 1961 – 1990 (Nulllinie) für die letzten 1000 Jahre (verändert nach JONES ET AL., in IPCC 2001). |
Global
Im Jahre 1988 wurde durch die World Meteorological Organization (WMO) und die Vereinten Nationen (UN) ein internationales Gremium von führenden Wissenschaftlern, das INTERGOVERNMENTAL PANEL OF CLIMATE CHANGE (IPCC), eingesetzt, das zu wissenschaftlichen und sozioökonomischen Problemen des Klimawandels Stellung beziehen, die Politik beraten und dazu Lösungsvorschläge erarbeiten soll. Das IPCC gibt regelmäßig Berichte heraus, welche von Wissenschaftlern, Politikern und Experten inzwischen als wichtige Standardinformationsquelle zum Thema Klimawandel genutzt werden. Im Jahre 1996 formulierte das IPCC im zweiten Sachstandsbericht: „Alle Befunde zusammen deuten auf einen erkennbaren menschlichen Einfluss auf das globale Klima“. Diese Aussage wurde im dritten Bericht 2001 des IPU verstärkt und bestätigt: „Eine zunehmende Zahl an Beobachtungen ergibt ein gemeinsames Bild einer wärmer werdenden Welt und anderer Änderungen im Klimasystem“ und „Es gibt neue und stärkere Beweise, dass der überwiegende Teil der über die letzten 50 Jahre beobachteten Erwärmung menschlichen Aktivitäten zugeordnet werden kann.“
Das zurückliegende 20. Jahrhundert
Der Frankfurter Meteorologe Prof. SCHÖNWIESE hat in einer ausführlichen Zusammenfassung die Klimatrends im Industriezeitalter (SCHÖNWIESE, 2002) diskutiert. Bei der Analyse der direkt gewonnenen Messdaten ergibt sich für die global gemittelte bodennahe Lufttemperatur eine Erwärmung von 0,6 K (0,2 K). Dieser Trend wird von zahlreichen Fluktuationen überlagert, die sich auf Nord- und Südhalbkugel ähneln. Betrachtet man die Stockwerke der Atmosphäre, lässt sich für die gesamte Troposphäre seit 1960 eine Erwärmung um ca. 0,2 - 0,4 K erkennen, wohingegen sich die Stratosphäre abkühlt (um bis zu -2,7 K auf der Südhemisphäre). In der Nordhemisphäre fallen starke Erwärmungen über den Kontinenten sowie Abkühlungen im Bereich des Nordatlantiks auf. Zusätzlich sind die Tagesamplituden über Land (0,2 K / Jahrzehnt) kleiner geworden, was zu einer Verlängerung der frostfreien Jahreszeit in mittleren und hohen Breiten geführt hat.
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Tab. 1: Anthropogene Emissionen der
wichtigsten Treibhausgase und entsprechende atmosphärische Konzentrationen;
vorindustrielle Werte stehen in Klammern (verändert nach SCHÖNWIESE 2002). Gt: Mrd Tonnen; Mt: Mio Tonnen; ppm: 10-6 Volumenanteile ; ppb: 10-9 Volumenanteile. |
Das Trendverhalten des globalen Niederschlags ist aufgrund der geringeren räumlichen Repräsentanz sowie der höheren Messfehlerbelastung weniger eindeutig. Im 20. Jahrhundert haben die Niederschläge (überlagert von Fluktuationen) über den Kontinenten in den mittleren bis hohen Breiten der Nordhemisphäre (mit Ausnahme von Ostasien) um 0,5 bis 1 % pro Jahrzehnt zugenommen (IPCC, 2001). In Regionen, in denen der Niederschlag insgesamt zugenommen hat, ist die Häufigkeit von schweren und extremen Niederschlagsereignissen um 2 - 4 % gestiegen. Hingegen gibt es keine Hinweise, dass Häufigkeit und Stärke von tropischen und außertropischen Stürmen, die ebenfalls Niederschläge bringen, zugenommen haben.
Der Meeresspiegel ist während der letzten 100 Jahre um 1 bis 2 mm jährlich angestiegen, wobei die durchschnittliche Erhöhung im 20. Jahrhundert größer war als im vorangegangenen Jahrhundert. Insgesamt hat sich der Meeresspiegel im Laufe des 20. Jahrhunderts um 15 cm (+/- 5 cm) angehoben.
Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre ist um mehrere Prozent pro Jahrzehnt parallel mit der zunehmenden Erwärmung der Troposphäre gestiegen.
Die Wolkenbedeckung hat im 20. Jahrhundert in mittleren und hohen geographischen Breiten um bis zu 2 % zugenommen.
Seit 1960 ist die Ausdehnung der Schneebedeckung auf der Nordhemisphäre um etwa 10 % zurückgegangen. Weltweit ziehen sich die Gletscher in den Bergregionen seit Mitte des 19. Jahrhunderts zurück. Obwohl die Temperaturen in den Tropen seit 1980 nur schwach angestiegen sind, ist auch dort ein schneller Rückzug der Gletscher zu verzeichnen. Die Ausdehnung der arktischen Meereisdecke im Frühjahr und Sommer hat seit 1950 um 10 bis 15 % abgenommen, die Eisdicke ist in dieser Periode sogar um 40 % geschrumpft. In der Antarktis wurde dagegen eine geringfügige Vergrößerung der Meereisfläche festgestellt.
Modellprognosen für das 21. Jahrhundert
Im Rahmen des IPCC wurden Simulationen mit 19 globalen Klimamodellen für den Zeitraum 1990 bis 2100 zusammengestellt, um die Klimaentwicklung im 21. Jahrhundert abschätzen zu können. Dazu wurden für zukünftige Emissionen von Treibhausgasen und sich daraus ergebende Treibhausgas- und Aerosolkonzentrationen 35 verschiedene Szenarien entwickelt. Dabei wurden auch die Effekte von Ozon und weniger gut verstandenen Mechanismen, wie Änderungen der Landnutzung oder Einträge von Stäuben, einbezogen. Modellergebnisse für das 20. Jahrhundert wurden mit Messergebnissen verglichen, um die Modellqualität zu überprüfen und ihre Unsicherheiten zu reduzieren. Abb. 4 zeigt das Ergebnis einer solchen Modellstudie. Allein mit natürlichen Antriebskräften wie veränderte solare Aktivität und Vulkanismus (a), oder nur durch den Anstieg der Treibhausgase (b) lässt sich der gemessene Temperaturanstieg nicht modellieren. Unter Berücksichtigung aller Einflussfaktoren (c) zeigt sich dagegen eine gute Übereinstimmung von Klimasimulation und Wirklichkeit.
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Abb. 3: Temperaturtrend 1981 bis 1999. Lineare Trends 1981 - 1999 der Jahresmittelwerte der bodennahen Lufttemperatur, Auflösung 3° x 3°. Rote Farbtöne kennzeichnen Regionen, in denen eine Erwärmung stattgefunden hat und blaue Regionen mit einer Abkühlung. (SCHÖNWIESE, C.D. (2002): Beobachtete Klimatrends im Industriezeitalter: Ein Überblick global/Europa/Deutschland. 106, 1-93.) |
Die Zusammenfassung aller Modellergebnisse geht von einer globalen Erwärmung von 1,4 - 5,8 K für das 21. Jahrhundert aus (IPCC, 2001). Generell werden sich die Landmassen weiterhin stärker als der Ozean erwärmen, besonders in den nördlichen hohen Breiten. Der global gemittelte Wasserdampfgehalt, die Evaporation und die Niederschläge werden ebenfalls weiter zunehmen.
Wie sich das Klima ändert
Wissenschaftler des IPCC halten es für sehr wahrscheinlich, dass im 21. Jahrhundert extreme Ereignisse auf nahezu allen Landmassen häufiger auftreten. Dabei werden sich auch Anzahl und Temperatur der heißen Tage erhöhen. Die Winter werden weniger kalt und es wird weniger Frosttage geben. Die Temperatur der Frosttage wird nicht die derzeitigen Minima erreichen. Es werden mehr Starkniederschlagsereignisse auftreten. Durch die Temperaturerhöhung wird es im Inneren großer Landmassen vermehrt zu Trockenheit kommen, damit verbunden wird ein hohes Risiko für Dürren sein.
Die Schneebedeckung der Permafrostgebiete und die Ausdehnung der Meereisflächen werden genauso wie Gletscher und Eiskappen auf der Nordhemisphäre weiter zurückgehen. Antarktische Eismassen scheinen infolge von erhöhtem Niederschlag an Masse zuzunehmen.
Der vorhergesagte Meeresspiegel wird bis 2100 um bis zu 88 cm steigen, wobei er sich um ca. 2-4 mal rascher erhöhen wird als im 20. Jahrhundert.
Natürliche großräumige Klimaoszillationen scheinen zukünftig weder an Häufigkeit noch in ihrem Ausmaß und ihrer räumlichen Ausdehnung stark zuzunehmen. Andererseits ist es wahrscheinlich, dass sich die Stärke des Monsunniederschlags erhöhen wird, bedingt durch das Ansteigen der Temperatur.
Die Modelle sagen eine Abschwächung der großräumigen ozeanischen Meeresströmungen voraus, d.h., dass der Transport warmen Wassers in nördliche Breiten schwächer wird. In manchen Modellsimulationen kommt es zu einem völligen Zusammenbruch der ozeanischen Zirkulation im 22. Jahrhundert.
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| Abb. 4: Simulation der jährlichen globalen Mitteltemperatur 1860 – 2000: Dargestellt sind die Abweichungen [K] vom Mittelwert der gültigen Klimanormalperiode (1961 – 1990): (a) nur natürliche Antriebskräfte (solare Aktivität und Vulkanismus), (b) nur anthropogene Antriebskräfte (Treibhausgase und Sulfataerosol), (c) natürliche und anthropogene Antriebskräfte (verändert nach IPCC 2001). |
Europa im 20. Jahrhundert
Die Analyse von SCHÖNWIESE 2002 stütz sich auf den IPCC-Bericht, auf Klimatrendatlanten für Europa und Deutschland sowie auf eigene Untersuchungen. Darin werden die Veränderungen auf regionaler Ebene betrachtet, um Aussagen über die tatsächlichen Klimaänderungen zu treffen. Wichtige Punkte sind dabei die räumliche Repräsentanz und die Messfehlerbelastung der Einzelmessungen, die der Analyse zugrunde liegen. Als Beispiel für die regionalen Unterschiede zeigt die Abb. 3 den statistisch ermittelten Trend der Jahresmittelwerte der Lufttemperatur auf einem 3° x 3°-Gitter über den Zeitraum 1981 - 1999, dem Zeitraum der stärksten Erwärmung im 20. Jahrhundert. Mittel- und Nordeuropa weisen genauso wie der nördliche Atlantik eine starke Erwärmung auf.
Generell ist das Jahresmittel der bodennahen Lufttemperatur im Zeitraum der letzten Klimanormalperiode 1961 - 1990 in Europa signifikant um 0,5 - 1 K angestiegen. Maxima sind auf der iberischen Halbinsel und in Mitteleuropa mit Werten von ca. 1 K zu finden. Betrachtet man einzelne Jahreszeiten, so finden sich hohe Zunahmen im Frühling in Russland (> 1,5 K), im Herbst in Portugal, Dänemark und Norddeutschland und im Winter auf der iberischen Halbinsel. Im Sommer sind die Zunahmen weniger eindeutig.
Das Bild der beobachteten regional-jahreszeitlichen Trends des Niederschlags in Europa ist erheblich komplizierter. Die räumliche Repräsentanz und die Güte der Messwerte sind deutlich fehlerbehafteter als die Temperaturmesswerte und damit unsicherer. Generell sind im 20. Jahrhundert Zunahmen in Nordwest- und Osteuropa von über 30 % zu beobachten. Im Mittelmeerraum zeigt sich dagegen eine Abnahme der Niederschläge. Zunahmen von 30 % in Spanien, 40 % in der Ukraine und bis zu 50 % in Nordskandinavien stehen Abnahmen von bis zu 50 % im östlichen Mittelmeerraum gegenüber.
Regional wechseln sich Zunahmen und Abnahmen des Niederschlags im Jahresverlauf ab und zeigen eine hohe räumliche Variabilität im Winter.
Vorhersagen für das 21. Jahrhundert in Europa
Die Temperaturänderungen werden in großen Teilen Europas nicht nur durch den Anstieg der Treibhausgase, sondern ebenso durch den abkühlenden Effekt der zunehmenden Aerosole bestimmt (I PCC, 2001). Generell sagen die Modelle des IPCC eine Zunahmen der Wintertemperaturen voraus, besonders in den hohen, borealen Breiten.
Die meisten Modelle zeigen ein Anwachsen des Niederschlags in Europa, begründet durch den höheren Wasserdampfgehalt bei höherer Lufttemperatur. Der Winterniederschlag wird in hohen Breiten um bis zu 20 % zunehmen. Im Sommer sind die Vorhersagen für Europa nicht einheitlich. Einige Modelle prognostizieren eine Abnahme des Niederschlags im Mittelmeergebiet sowie in Zentral- und Osteuropa, andere zeigen eine Zunahme. In Nordeuropa errechnen die meisten Modelle eine Zunahme des Sommerniederschlags.
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| Abb. 5: Lineare Trends der Jahressummen des Niederschlags in Europa von 1891 – 1990 [%]: links die Jahressummen des Niederschlags, rechts der Winterniederschlag (verändert nach SCHÖNWIESE, (2002). |
Rückblick für Bayern
Klimaänderungen in Bayern wurden vor allem im Rahmen des Bayerischen Klimaforschungsprogramms (BAYFORKLIM, 1990 - 1998) untersucht und in einem neuen "Klimaatlas von Bayern" dokumentiert.
In Bayern hat sich die bodennahe Lufttemperatur in den letzten 100 Jahren erhöht, vor allem sind die Winter wärmer geworden. Im Frühling und Sommer wurde ein Rückgang der Niederschläge beobachtet. Winterniederschläge haben dagegen zugenommen. Die Nebelhäufigkeit hat im Bergland zu-, im Flachland dagegen überwiegend abgenommen. Die Häufigkeit von Wolken und die Trübung der Atmosphäre durch Aerosolteilchen haben zugenommen.
Ausblick für Bayern
Prognosen für das 21. Jahrhundert wurden mit Hilfe regionaler Klimamodelle für die Klimanormalperiode 2071 - 2100 und doppelter CO2-Konzentration erstellt. Bei stetigem Anstieg der CO2-Konzentration wird eine Verdoppelung allerdings schon Mitte des 21. Jahrhunderts erwartet. Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Studien war, dass sich die Klimabedingungen in den einzelnen Regionen Bayerns in der Zukunft nicht gleichartig verändern werden, sondern dass z. B. bei den Lufttemperaturen ein deutliches Süd-Nordgefälle erwartet wird. Die im Folgenden dargestellten Prognosen des BAYFORKLIM für das 21. Jahrhundert stellen den Kenntnisstand Mitte der 1990er Jahre dar, in denen die neuesten Ergebnisse des IPCC noch nicht berücksichtigt wurden.
Im Sommer berechnen die Modelle eine Temperaturerhöhung von bis zu 6 K im Bodenseegebiet und in der westlichen Oberpfalz, geringere Erwärmungen dagegen in Nordbayern (3 - 4 K im Mittel). Im Winter muss man von einer Temperaturzunahme unter 1 K ausgehen, wobei sich der Bodenseeraum und das Alpenvorland stärker erwärmen.
Der Niederschlag wird im Winter vor allem in Südwestbayern mit Werten bis zu 50 % deutlich zunehmen, aber in Franken und im Bayerischen Wald abnehmen. Die Niederschläge verschieben sich weiter in das Frühjahr hinein. Die Variabilität der Winterniederschläge wird zunehmen, im Sommer ist vor allem im Süden mit Abnahmen zu rechnen. Insgesamt wird die Niederschlagsmenge in den Sommermonaten um bis zu 50 % sinken. Auch die Anzahl der Tage mit Niederschlag sowie die Häufigkeit von Starkniederschlägen wird im Sommer abnehmen. Da sich mit dem veränderten Niederschlagsverhalten auch die Zu- und Abflüsse ändern werden, rechnet man mit einer Häufung von Hochwasserereignissen im Spätwinter. Im Sommer werden dagegen die Anzahl und Dauer von Trockenperioden größer.
Die Schneehöhen werden, obwohl sie in einigen Gebieten zunehmen können, in den höheren Teilen der Mittelgebirge erheblich abnehmen. Auch die alpinen Gletscher werden zurückgehen.
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| Abb. 6: Differenz der Häufigkeiten [%] von Tagen mit Niederschlagsmengen >20 mm/Tag in Bayern. Verglichen werden Werte des veränderten prognostizierten Klimas für das 21. Jahrhundert mit heutigen Niederschlagshäufigkeiten (verändert nach BayFORKLIM (1999)). |
Fazit
Der anthropogen verursachte Klimawandel wird in der Zukunft weiter voranschreiten. Global werden wir mit einer Erwärmung zu rechnen haben, wobei sich die Kontinente stärker als die Ozeane erwärmen werden.
Im regionalen Maßstab ist das Bild der zukünftigen Klimaänderungen kompliziert. Die meisten Modelle prognostizieren für die Wintermonate ein Anwachsen der Mitteltemperatur in Europa, vor allem in Nordeuropa. Die Niederschlagsvorhersage ist weit unsicherer. Der Winterniederschlag wird in hohen Breiten bis zu 20 % zunehmen. Im Sommer werden in weiten Teilen Europas wenig Änderungen zu beobachten sein und die Variabilität des Niederschlags wird abnehmen.
In Bayern werden vor allem die Winter im Südwesten wärmer und niederschlagsreicher als im übrigen Bayern. In Franken und im Bayerischen Wald werden die Winterniederschläge zurückgehen. Im Sommer wird die Temperatur stark ansteigen, überproportional im Bodenseeraum. In ganz Bayern wird die Niederschlagsmenge in den Sommermonaten um bis zu 50 % abnehmen. Im Spätwinter rechnet man mit einer Häufung von Hochwasserereignissen, wohingegen im Sommer die Anzahl und Dauer von Trockenperioden größer werden. Extreme Ereignisse werden zunehmen.
Literatur
CUBASCH, U. und KASANG, D. (2000): Anthropogener Klimawandel. 1. Auflage, 3-124.
CLAUSSEN, M. (2002): Das Klimasystem.
http://www. pik-potsdam.de/~claussen/lectures/klimasystem.pdf
IPCC (1996): Climate Change 1995 -- The Science of Climate Change. Contribution of Working Group I to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 1-572.
IPCC (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of the Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 1-881.
SCHÖNWIESE, C. D. (2002): Beobachtete Klimatrends im Industriezeitalter: Ein Überblick global/Europa/ Deutschland. Berichte aus dem Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Frankfurt/Main, 106, 1-93.
BAYFORKLIM (1999): Klimaänderungen in Bayern und ihre Auswirkungen. Bayerischer Klimaforschungsverbund (ed.), Abschlußbericht, 1-90.
BAYFORKLIM (1996): Klimaatlas von Bayern. Bayerischer Klimaforschungsverbund (ed.), München, 1-105.
Ergänzung
Dieser Beitrag entstand im Zusammenhang mit weiteren Beiträgen zu diesem Thema:
- Aktueller Diskussionsstand zu Klimaänderungen
- Klimaänderungen unter forstlichem Aspekt
- Anzeichen des Klimawandels in der Pflanzen- und Tierwelt
- Klimaveränderungen und Biotische Schäden im Wald
- Wachsen Palmen bald am Chiemsee?
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