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Artikel

Autor(en): Silvio Schüler (BFW), Johann Züger (AIT Austrian Institute of Technology), Ernst Gebetsroither (AIT Austrian Institute of Technology), Robert Jandl (BFW)
Redaktion: BFW, Österreich
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Wald im Klimawandel: Temperaturanstieg und sonst?

Die globale Erwärmung als Folge des vom Menschen verursachten Anstiegs des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre wird heute nicht mehr ernsthaft bezweifelt. Zu eindeutig sind der gemessene Temperaturanstieg und der Rückgang der Gletscher. Allerdings hat diese Erkenntnis noch nicht zu einem globalen Umdenken der politisch Handelnden geführt und eine massive Reduktion der Emission ist nicht in Sicht. Deshalb sind Wirtschaftszweige, die stark vom Klima abhängig sind (und dazu gehört die Forstwirtschaft), gefordert, Handlungsalternativen zu erarbeiten und ihre Bewirtschaftungspraxis an steigende Temperaturen anzupassen.

Allerdings müssen dafür konkrete Prognosen auf regionaler und lokaler Ebene erstellt werden, denn die regionalen Voraussetzungen, wie zum Beispiel Topografie, können das Klima stark modifizieren. Zum Beispiel lag der Temperaturanstieg im Alpenraum in den letzten 150 Jahren mit 1,8°C etwa doppelt so hoch wie im globalen Mittel (Auer et al. 2007).

Regentropfen, Foto: uschi dreiucker  / pixelio.de
Als verhältnismäßig sicher gilt eine Abnahme der Sommerniederschläge vor allem südlich der Alpen. Für die anderen Jahreszeiten sind die Unterschiede zwischen den Klimamodellen zu groß (Foto: uschi dreiucker  / pixelio.de)

Globale Klimamodelle für die Zukunft müssen daher regionalisiert werden. Um Handlungsempfehlungen für spezielle Branchen, wie etwa die Forstwirtschaft, ableiten zu können, bedarf es zudem einer genauer Kenntniss der Klimafaktoren, die für das Baumwachstum entscheidend sind.

Lokale Veränderungen noch mit Unsicherheiten behaftet

Die konkrete Vorhersage des Klimas und seiner Auswirkungen auf den Wald ist deshalb noch immer mit großen Unsicherheiten verbunden. Ganz sicher kann nur eine höhere Temperatur vorhergesagt werden. Allerdings weisen die verschiedenen Studien eine große Variabilität im Hinblick auf das Ausmaß des Temperaturanstiegs auf. Ursache dafür ist die Annahme verschiedener Emissionsszenarien und der Einsatz unterschiedlicher Computermodelle (Kasten). Dabei stellt die sozioökonomische Entwicklung der Menschheit (Bevölkerungsentwicklung und die technologische Möglichkeit zur Reduktion des CO2-Ausstoßes) die größte Unsicherheit dar. 

Exkurs: Szenarien und Modelle

Die Genauigkeit und Variabilität von Klimaprognosen werden ganz wesentlich von zwei Faktoren bestimmt: Einerseits von der angenommenen globalen sozioökonomischen Entwicklung der Menschheit, die in Emissionsszenarien zusammengefasst wird, und andererseits von den eingesetzten Computermodellen. Dabei spielen die Emissionsszenarien die wichtigste Rolle, denn sie beschreiben das Bevölkerungswachstum, die ökonomische und soziale Entwicklung, technologische Veränderungen, den Ressourcen-Verbrauch und ein mögliches Umweltmanagement. Für die Berichte des IPCC wurden 40 verschiedene Szenarien berücksichtigt, die man in vier Gruppen zusammenfassen kann:

  • A1 – hoher Energieverbrauch, CO2-Emission in Abhängkeit von Energiequellen (z.B. A1F1- fossil, A1T-neue Technologien, A1B-Energiemix),
  • A2 – hoher Energieverbrauch, regional unterschiedliche Entwicklungen,
  • B1 – minimaler Energieverbrauch und geringe Emissionen, global ähnliche Entwicklungen und
  • B2 – geringerer Energieverbrauch, etwas höhere Emissionen, da regional sehr unterschiedlichen Entwicklung.
Globale Erwärmung - Emissionsszenario
Exkurs-Abb. 1: Globale Erwärmung in Abhängigkeit vom eingesetzten Klimamodell. Jedes Klimamodell wird in einer anderen Farbe dargestellt. Die verlässlichste Aussage ist das Ensemble-Ergebnis (fett gedruckte schwarze Linie), die sich aus den Ergebnissen aller Modelle ergibt (verändert nach Mehl et al. 2007)

Zur Abschätzung der Klimaentwicklung werden globale Zirkulationsmodelle eingesetzt, die weltweit von zahlreichen Forschergruppen entwickelt werden. Diese Modelle bilden die zahlreichen Vorgänge in der Atmosphäre mit möglichst hoher Genauigkeit ab. Obwohl die Grundgleichungen in allen Modellen gleich sind und auf denselben physikalischen und biochemischen Gesetzmäßigkeiten der Atmosphäre beruhen, werden für einzelne Prozesse (z.B. Wolkenbildung, Austausch mit dem Ozean) unterschiedliche Teilmodelle und Parametrisierungen verwendet. Basierend auf neuen empirischen Erkenntnissen werden zudem laufend Verbesserungen vorgenommen. Daher können sich die Vorhersagen der Klimamodelle unterscheiden.

Für praxistaugliche Aussagen zum Klimawandel - wie im Projekt MANFRED - wird daher meist auf Ensemble-Ergebnisse zurückgegriffen, die aus dem Vergleich verschiedener Modelle die vertrauenswürdigsten Ergebnisse ermitteln.

Globale Erwärmung - Klimamodell
Exkurs-Abb. 2: Globale Erwärmung in Abhängigkeit vom Emissionsszenario (verändert nach IPCC 2007)
Mittelwert Jahrestemperatur
Abbildung 1a: 30-jähriger Mittelwert der Jahrestemperatur (Quelle: ECHAM5/CLM A1B Consortial run, 18 x 18 km Auflösung, auf 1 x 1 km heruntergerechnet: WSL. Datenzusammenstellung und räumliche Analyse: AIT)

Für die wichtigsten Untersuchungen im Projekt MANFRED wurde das A1B-Szenario verwendet, das eine bis zum Jahr 2050 steigende Weltbevölkerung und einen anhaltend hohen Energieverbrauch in einer globalisierten Welt beschreibt, bei der fossile Energiequellen durch CO2 -Neutrale ersetzt und in einem Energiemix eingesetzt werden. Für Österreich weist dieses Szenario eine Temperaturerhöhung zwischen 1 °C und 2,5 °C aus (Abbildung 1a), wobei die Erwärmung im Sommer, Herbst und Winter ausgeprägter sein wird als im Frühjahr.

Änderung Gesamtniederschlag
Abbildung 1b: Relative Änderung des Gesamtniederschlages zwischen 1971/2000 und 2071/2100 (Quelle: ECHAM5/CLM A1B Consortial run, 18 x 18 km Auflösung, auf 1 x 1 km heruntergerechnet: WSL. Datenzusammenstellung und räumliche Analyse: AIT)

Prognosen der Niederschlagsmengen sind mit größeren Unsicherheiten behaftet (Abbildung 1b). Als verhältnismäßig sicher gilt eine Abnahme der Sommerniederschläge vor allem südlich der Alpen. Für die anderen Jahreszeiten sind die Unterschiede zwischen den Klimamodellen zu groß, um gesicherte Aussagen machen zu können. Am ehesten kann für den Winter noch mit steigenden Niederschlägen nördlich des Alpenhauptkammes gerechnet werden.

Welche Klimaveränderungen betreffen den Wald?

Höhere Temperaturen haben positive und negative Effekte. Positive Effekte sind eine höhere Photosyntheserate der Bäume (auch bedingt durch höhere CO2-Konzentrationen) und eine Verlängerung der Vegetationszeit, beides verbunden mit einem stärkeren Wachstum und einer höheren Produktivität. Beispielsweise wird eine Verlängerung der Vegetationszeit schon seit einigen Jahrzehnten beobachtet, sie hat in Mitteleuropa in den vergangenen 40 Jahren um etwa zehn Tage zugenommen (Menzel et al. 2006). Eine längere Vegetationszeit kann allerdings auch unerwünschte negative Folgen haben: Zum Beispiel treiben die Bäume im Frühjahr früher aus und können damit häufiger Frostschäden erleiden, denn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Spätfrösten verändert sich kaum (siehe Plattform klimafitter Wald).  

Ein anderer Nachteil des stärkeren Wachstums ist der erhöhte Wasserbedarf. So benötigen Bäume mehr Wasser für die Assimilation. Zudem steigt mit höheren Temperaturen die Verdunstungsrate, so dass auch bei gleich bleibenden Niederschlägen effektiv weniger Wasser verfügbar sein wird. Andere negative Effekte:  Die Forstschädlinge werden zunehmen, denn die Entwicklungszeit vieler Insektenlarven ist temperaturgesteuert. Dadurch können sich zum Beispiel Borkenkäfer schneller vermehren. In wärmeren Wintern können zudem neue Schädlinge aus südlicheren Regionen überleben und bisher unbekannte Schäden verursachen.

Veränderungen in der Niederschlagsintensität und –verteilung wirken in mehrfacher Hinsicht ungünstig auf die Vegetation. Nimmt der für die Bäume besonders wichtige Niederschlag in der Vegetationszeit (vor allem Sommermonate) ab, kann die Wasserverfügbarkeit für viele Bäume dramatisch sinken. Ob die für den Winter prognostizierte Zunahme der Niederschläge ausreicht, um den Rückgang auszugleichen, ist fraglich. Zudem werden Winterniederschläge vermehrt als Regen und nicht als Schnee zu Boden fallen. Auch dies ist für die Pflanzen eher ungünstig, denn der Schnee kann bis zum Beginn der Vegetationsperiode als Wasserspeicher dienen, während Regen schneller versickert und abfließt.

Anzahl Trockentage
Abbildung 1c: Durchschnittliche Anzahl von Trockentagen in der Vegetationsperiode im Zeitraum 2071/2100 (Quelle: ECHAM5/CLM A1B Consortial run, 18 x 18 km Auflösung, auf 1 x 1 km heruntergerechnet: WSL. Datenzusammenstellung und räumliche Analyse: AIT)

Besonders gefährdet sind Bäume allerdings nicht wegen weniger Niederschlag, sondern vor allem durch langanhaltende Trockenperioden. Die in MANFRED durchgeführten Regionalisierungen zeigen, dass für den gesamten Alpenraum mit einer Zunahme an Trockenperioden zu rechnen ist. Im Osten Österreichs wird die Anzahl von Tagen ohne Niederschlag in der Vegetationszeit auf bis zu 130 Tagen im langjährigen Mittel ansteigen (Abbildung 1c). Dabei beeinflussen Trockenperioden und Temperaturen nicht nur das Waldwachstum, sondern fördern auch die Entstehung von Waldbränden. 

Neben Trockenperioden werden Sturmereignisse von vielen Forstpraktikern als wichtigste Bedrohung für den Wald angesehen. Tatsächlich gibt es bisher keine eindeutigen Beweise, dass die Sturmhäufigkeit zunehmen wird, denn seit Beginn von Wetteraufzeichnungen hat es immer wieder Perioden gegeben, in denen Stürme gehäuft aufgetreten sind. Theoretisch denkbar sind allenfalls höhere Windgeschwindigkeiten bei Sommerstürmen, da höhere Temperaturen auch stärkere atmosphärische Ungleichgewichte bedingen. Darüber hinaus sind Extremereignisse mit den heute verfügbaren Klimamodellen sehr schwierig vorherzusagen.

Wirkung des Klimas wird durch Standort modifiziert

Bei allen regionalen und lokalen Vorhersagen ist zu berücksichtigen, dass Klimafaktoren immer gemeinsam mit anderen Standortsfaktoren wirken. Dazu gehören vor allem Bodeneigenschaften (beispielsweise die Wasserspeicherkapazität), aber auch die Exposition und Neigung eines Waldbestandes. Daher entscheidet am Ende ganz maßgeblich der Standort darüber, ob eine Baumart unter den gegebenen Klimabedingungen anbauwürdig ist oder nicht. 

Literatur

Auer, I.; Böhm, R.; Jurkovic, A.; Lipa, W.; Orlik, A.; Potzmann, R.; Schöner, W.; Ungersböck, M.; Matulla, C.; Briffa, K.; Jones, P.; Efthymiadis, D.; Brunetti, M.; Nanni, T.; Maugeri, M.; Mercalli, L.; Mestre, O.; Moisselin, J.-M.; Begert, M.; Müller-Westermeier, G.; Kveton, V.; Bochnicek, O.; Stastny, P.; Lapin, M.; Szalai, S.; Szentimrey, T.; Cegnar, T.; Dolinar, M.; Gajic-Capka, M.; Zaninovic, K.; Majstorovic, Z. & Nieplova, E. (2007): Histalp – historical instrumental climatological surface time series of the Greater Alpine Region. International Journal of Climatology, 27, 17–46

IPCC (2007): Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of WorkingGroup I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA

Mehl, G.A.; Stocker, T.F.; Collins, W.D.; Friedlingstein, P.; Gaye, A.T.;  Gregory, J.M.; Kitoh, A. ; Knutti, R.; Murphy, J.M.; Noda, A.; Raper, S.C.B.; Watterson, I.G.; Weaver, A.J.; Zhao, Z.-C. (2007): Global Climate Projections. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S.,D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA

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