Abb. 1. Ein Steilhang in den Voralpen veranschaulicht die Folgen der Klimaerwärmung für die Waldvegetation. Steigt man in diesem Hang 600 Höhenmeter ab, erfährt man eine Temperaturerhöhung von etwa 3,6 Grad und gelangt dabei von den Nadelwäldern der obermontanen in die Laubwälder der submontanen Stufe. Foto: Peter Brang (WSL)
Die Erde erwärmt sich, und das seit Mitte des 20. Jahrhunderts in einem rasanten Tempo. In der Schweiz hat sich die Jahresmitteltemperatur seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1864 um etwa 1,8 Grad erhöht (Abb. 2). Grund für die Erwärmung ist der Anstieg der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre, der dazu führt, dass weniger Energie in den Weltraum abstrahlt und sich die Erde wie ein Treibhaus aufheizt. Das mit Abstand wichtigste Treibhausgas ist Kohlendioxid (CO2).
Abb. 2. Abweichung der Jahresmitteltemperatur von 1864 bis 2015 vom langjährigen Durchschnitt (Jahre 1961–1990). Quelle: MeteoSchweiz (2016).
Das 2-Grad-Ziel
Die Staatengemeinschaft bemüht sich seit Längerem um die Begrenzung der globalen Erwärmung. So wurde bereits 1992 in Rio de Janeiro die UN-Klimarahmenkonvention verabschiedet, mit dem Ziel, "eine gefährliche Störung des Klimasystems durch den Menschen zu verhindern". An der Klimakonferenz von Cancún von 2010 wurde das sogenannte "2-Grad-Ziel" beschlossen. Dieses Ziel bedeutet, dass die Erwärmung gegenüber vorindustrieller Zeit global gesehen nicht mehr als 2 Grad betragen soll.
Seit der Klimakonferenz im Jahr 2015 in Paris soll die Erwärmung auf deutlich unter 2 Grad und möglichst auf 1,5 Grad begrenzt werden. Damit dies gelingt, müssen die Treibhausgasemissionen rasch und markant gesenkt werden. "Rasch und markant" bedeutet, dass die Treibhausgasemissionen bis ins Jahr 2050 im Vergleich zu 1990 global um mindestens die Hälfte und in den Industrieländern um 80 bis 95 Prozent reduziert werden müssten.
Klimaszenarien für die Schweiz
Der Zusammenhang zwischen Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre und Temperatur wird genutzt, um die künftige Entwicklung der globalen Erwärmung und weiterer damit verbundener klimatischer Veränderungen abzuschätzen. Allerdings ist die Vorhersage der Treibhausgasentwicklung mit grossen Unsicherheiten verbunden, weil sie von den gesellschaftlichen, technologischen, wirtschaftlichen und politischen Entwicklungen auf der ganzen Welt abhängig ist. Um dennoch Aussagen zur Klimaentwicklung machen zu können, beruhen die Modellierungen gemäss dem 4. Sachstandsbericht des IPCC auf sogenannten Emissionsszenarien. Ein Emissionsszenario beschreibt einen bestimmten Entwicklungspfad bei den Treibhausgasemissionen.
Die folgenden Ausführungen beruhen auf dem Emissionsszenario A1B, bei dem die Treibhausgasemissionen zwar im Vergleich zu 1990 abnehmen, jedoch zu spät und zu schwach als dass das 2-Grad-Ziel erreicht werden könnte. Für die Schweiz wird gemäss diesem Szenario bis Ende des 21. Jahrhunderts eine Erwärmung von 3,3 Grad im Vergleich zur Referenzperiode 1980–2009 respektive um 4,8 Grad im Vergleich zu vorindustrieller Zeit erwartet.
Dabei dürfte die Temperatur im Sommer stärker ansteigen als in den übrigen Jahreszeiten. Niederschläge zeigen eine wesentlich höhere Variabilität als Lufttemperaturen, weshalb ihre Entwicklung schwieriger abschätzbar ist. Grundsätzlich geht man davon aus, dass sich in der Schweiz die jährliche Niederschlagsmenge nur wenig ändert, dass aber die Niederschläge im Sommer abnehmen. Die sommerliche Niederschlagsabnahme ist dabei im Wesentlichen durch einen Rückgang der Anzahl Regentage bestimmt. Dadurch werden längere Trockenperioden häufiger. In den anderen Jahreszeiten ist für Teile der Schweiz, insbesondere die Südschweiz, mit mehr Niederschlag zu rechnen. Klimatische Extremereignisse wie der Hitzesommer 2003 oder der Jahrhundertniederschlag vom August 2005 dürften in Zukunft häufiger auftreten.
Auswirkungen auf die Waldstandorte
Die Standortfaktoren Klima, Boden und Topografie bestimmen massgeblich, welche Baumarten und Waldgesellschaften an einem Ort überhaupt vorkommen und wie gut die Bäume dort wachsen können. Mit dem Klimawandel verändert sich einer der Standortfaktoren stark. Das bedeutet:
Weniger Wasser während der Vegetationszeit verfügbar
Durch den Klimawandel dürfte den Bäumen bis Ende des Jahrhunderts während der Vegetationszeit weniger Wasser zur Verfügung stehen, dann also, wenn sie am meisten Wasser benötigen. Dazu trägt neben dem Rückgang der Sommerniederschläge auch die steigende Verdunstung im Zuge der Erwärmung bei. Erwartet wird, dass die Trockenheit auf jenen Waldstandorten am stärksten zunimmt, die bereits heute relativ trocken sind.
Kolline und submontane Stufe breiten sich aus
Abb. 3. Die kolline Vegetationshöhenstufe wird sich in den Tieflagen ausbreiten und mit ihr Trockenheit ertragende Baumarten. Foto: Thomas Reich (WSL)
Getrieben durch die Temperatur weisen unsere Baumarten und Waldgesellschaften entlang des Höhengradienten eine typische Abfolge auf. Diese wird zur Abgrenzung der Vegetationshöhenstufen genutzt. Als Folge des Klimawandels dürften sich die Vegetationshöhenstufen stark verschieben (siehe Abb. 5).
Die kolline Stufe (Abb. 3), in der Trockenheit ertragende Baumarten dominieren, dürfte vorab im Mittelland an Fläche gewinnen. Stark ausdehnen dürfte sich vor allem die submontane Stufe, die bis Ende des Jahrhunderts weit ins Voralpengebiet vorstossen und die Bergketten des Jura fast ganz überspannen könnte. Dafür werden Arealverluste für die untermontane, die obermontane, die hochmontane und die subalpine Stufe erwartet.
Habitateignung für Fichte und Buche nimmt ab
Abb. 4. In der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts könnte im Mittelland ein Klima herrschen, in welchem nur noch gut wasserversorgte Lagen günstig für die Buche sind. Foto: Geri Kaufmann
Auch stark verändern dürfte sich die Habitateignung für die verschiedenen Baumarten. Während sich beispielsweise heute fast die ganze (waldfähige) Schweiz als Habitat für die Fichte eignet, dürfte diese Art in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts nur noch in den höheren Lagen der Alpen und Voralpen, des Juras und des Tessins günstige klimatische Bedingungen vorfinden. Grosse Verschiebungen in der Habitateignung werden auch für die Buche erwartet. Gerade für das Mittelland wird ein Klima vorausgesagt, in welchem die Buche wie auch die Fichte heute in der Schweiz und im nahen Ausland nirgends wachsen.
Für die Tanne wird künftig im Mittelland ebenfalls eine geringe Habitateignung vorausgesagt. Es könnte aber sein, dass bei ihr die Modellierung zu pessimistisch ist – die Tanne wuchs vor einigen Tausend Jahren durchaus unter wärmeren und trockeneren Bedingungen und dürfte bei uns nicht zuletzt wegen vom Menschen verursachten Feuern aus vielen Wäldern verschwunden sein. Vom Klimawandel profitieren dürften trockenheitstolerante Arten wie die Traubeneiche.
Nicht abzubilden vermögen diese Modellierungen die kleinflächig wechselnden Standortbedingungen, wie sie für die Schweiz typisch sind. So dürften Fichten und Buchen auch unter dem A1B-Emissionsszenario Ende des Jahrhunderts im Schweizer Mittelland noch günstige Standorte vorfinden, wenn auch nicht mehr im gleichen Umfang wie heute.
Abb. 5. Verteilung der Vegetationshöhenstufen heute in der Schweiz (oben) und Modellierung für Ende des 21. Jahrhunderts (2070–2099; unten) mit dem "weniger trockenen" RegCM3-Modell (links) und dem "trockeneren" CLM-Modell (rechts) für das A1B-Emissionsszenario innerhalb des heutigen Waldareals. Die obersubalpine Stufe wurde nicht modelliert. Quelle: Frehner et al. (in Bearbeitung; Stand: Januar 2017). Karten: Abenis AG.
Störungen beschleunigen Veränderungen
Abb. 6. Der Klimawandel begünstigt den Befall von Fichtenwäldern durch Borkenkäfer. Foto: Peter Brang (WSL)
Der Klimawandel hat auch Einfluss auf Störungen, beispielsweise Waldbrände oder Schädlingskalamitäten (Abb. 6). In der Schweiz treten jedes Jahr etwa hundert Waldbrände auf, hauptsächlich in den Alpen. In Zukunft ist für den Sommer eine Zunahme der Waldbrandgefahr in allen Landesteilen zu erwarten, wobei die Süd- und Zentralalpen am stärksten und die Nordalpen am wenigsten betroffen sind.
Auch die Entwicklung des Buchdruckers, des heute wichtigsten Schadinsekts im Wald, wird durch den Klimawandel begünstigt. Ende des Jahrhunderts dürfte wegen der steigenden Temperaturen im Mittelland häufig mit drei, in den Voralpen und im Jura mit zwei Käfergenerationen pro Jahr zu rechnen sein, was bisher nur unter den extremen Bedingungen des Hitzesommers 2003 zu beobachten war.
Ganz allgemein gilt, dass die klimatischen Einflüsse und Störungen wie Waldbrände und Schädlingskalamitäten zusammenwirken und die Störungen die klimawandelbedingten Veränderungen im Wald stark beschleunigen.
Auswirkungen auf die Waldbestände
Grundsätzlich wachsen Bäume schneller, wenn es wärmer wird – aber nur, solange es genügend feucht bleibt. Durch die sinkende Wasserverfügbarkeit wird das Baumwachstum in den tieferen Lagen der Schweiz zunehmend eingeschränkt. Das bedeutet, dass Zuwächse und Vorräte längerfristig zurückgehen dürften. In den höheren Lagen ist hingegen mit stärkerem Baumwachstum zu rechnen, weil die Wasserverfügbarkeit meist gut bleiben dürfte.
Ausgeprägte Trockenheit kann auch zum Baumtod führen. Bislang wurde für die meisten Baumarten eine geringe trockenheitsbedingte Mortalität festgestellt. In Zukunft ist von zunehmender Mortalität auszugehen, weil lang anhaltende Trockenperioden deutlich öfter auftreten dürften und viele Schadorganismen, zum Beispiel der Buchdrucker, von den steigenden Temperaturen profitieren.
Wie Bäume auf steigende Temperaturen und zunehmende Sommertrockenheit reagieren, ist artspezifisch. "Verlierer" unter den Baumarten wachsen langsamer oder sterben gar ab, "Gewinner" profitieren. Die Konkurrenzverhältnisse verschieben sich, und langfristig ändert sich so die Baumartenzusammensetzung.
Fichten und Buchen, die zwei häufigsten Baumarten im Schweizer Wald, zeigen bereits heute in den tieferen Lagen ein rückläufiges Bestandeswachstum. Ihr Wachstum dürfte dort auch in Zukunft zurückgehen. Andere, trockenheitstolerantere Arten wie zum Beispiel die Eichen werden sich dafür ausbreiten können. Zudem können kältelimitierte Baumarten – wiederum die Eichen, aber auch zum Beispiel der Kirschbaum – bei ansteigenden Temperaturen in grössere Höhen vorstossen.
Fazit
Wie stark sich der Klimawandel auf den Schweizer Wald auswirken wird, hängt in erster Linie von der Entwicklung der Treibhausgasemissionen ab. Zum heutigen Zeitpunkt ist davon auszugehen, dass der Klimawandel so stark ist und so rasch abläuft, dass sich der Wald ohne menschliche Hilfe nicht genügend rasch anpassen kann, um die von ihm geforderten Leistungen im bisherigen Umfang weiterhin zu erbringen. Entsprechend wichtig ist es, dass die Waldverantwortlichen die Anpassung des Waldes gezielt unterstützen und rechtzeitig eingreifen, um die Baumartenzusammensetzung sanft und sukzessive anzupassen.
Literatur
Literaturverweise finden sich im Originalartikel (PDF).
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Buchempfehlung
Pluess, A.R.; Augustin, S.; Brang, P. (eds), 2016: Wald im Klimawandel. Grundlagen für Adaptationsstrategien. Bern; Stuttgart, Bundesamt für Umwelt BAFU; Eidg. Forschungsanstalt WSL; Haupt. 447 p.
