View
118
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
10.11.2003
Geographische Gesellschaft zu Hannover10. November 2003
Das Klima des 21. Jahrhunderts - Einsichten und Aussichten
von
Prof. Dr. W. EndlicherGeographisches Institut
Humboldt-Universität zu Berlin
10.11.2003
Inhalt des Vortrages
1. Einführung
2. Natürliche Klimaschwankungen
3. Die Eingriffe des Menschen in das Klimasystem
4. Was ist bereits passiert?
5. Wie geht es weiter: Vorwärts in eine Superwarmzeit oder zurück ins Eiszeitalter?
Mögliche Szenarios
10.11.2003
1. Einführung
10.11.2003
Das Klimasystem der Erde
Hupfer, P. (1996)
10.11.2003
Hupfer, P. (1996)
Bestandteil desKlimasystems
Größenordnung derZeitkonstante
Eisschilde
Grundwasser
Tiefsee
Stratosphäre
Ozeanische Deckschicht
Bodenschicht
Treibeis
Troposphäre
10.000 bis 1 Mio. Jahre
10 bis 10.000 Jahre
100 bis 1.000 Jahre
100 Tage
100 Tage
10 Tage
1 bis 10 Tage
1 bis 10 Tage
Charakteristische Zeitkonstanten für die Bestandteile des
Klimasystems
10.11.2003
Zeit- und Raumdimensionen im Klimasystem
10.11.2003
Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre
10.11.2003
Hupfer, P. (1996)
HAUPTGASE VOL.%Stickstoff (N2)Sauerstoff (O2)Argon (Ar)
78,0920,950,93
SPURENGASE PPM (V)Kohlendioxid (CO2)Neon (Ne)Helium (He)Krypton (Kr)Wasserstoff (H2)Ozon (O3)Xenon (Xe)
360 *18510,50,5 *0,08
* variable Bestandteile. Die Werte entsprechen etwa den Konzentrationenvon 1995
Zusammensetzung trockener Luft in der Homosphäre
10.11.2003
Cubasch, U. und D. Kasang (2000)
Strahlungshaushalt der Atmosphäre
10.11.2003
Absorptionsbanden der wichtigsten klimawirksamen Spurengase
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
in Meeresspiegelniveau
in 11km Höhe
Aufschlüsselung nach den einzelnen Gasen in Meeresspiegelniveau
10.11.2003
2. Natürliche Klimaschwankungen
10.11.2003
Übersicht über die wichtigsten natürlichen Ursachen von Klimaänderungen
Extraterrestrisch Terrestrisch Solarkonstante, ultralang-
fristiger Trend Solarkonstante, Variationen
durch Sonnenaktivität,Pulsationen u.a.
Rotation der Milchstraße undkosmische Materie
Meteore und Meteoriten Mond (Gezeitenkräfte) Gezeitenkräfte allgemein
(Wirkung auf Sonne und Erde)
Kontinentaldrift Orogenese Vulkanismus Waldbrände * Zusammensetzung der
Atmosphäre einschließlichBewölkung *
Zirkulation der Atmosphäre * Salzgehalt des Ozeans * Zirkulation des Ozeans * Eis- und Schneebedeckung* Vegetation * Autovariationen im
Klimasystem *Orbitalparameter (der Erdbewegung um die Sonne)
* Interne Mechanismen des Klimasystems (in Wechselwirkungen eingebunden)
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
10.11.2003
Sonnenfleck am 14. Juni 1989
Wanner et al. (2000)
10.11.2003
Sonnenflecken
11jähriger Zyklusmehr Sonnenflecken => wärmer
10.11.2003
Die oberflächennahe ozeanische Zirkulation
Hupfer, P. (1996)
10.11.2003
Cubasch, U. und D. Kasang (2000)
Der ozeanische Conveyor Belt (thermo-haliner Wasserkreislauf)
10.11.2003
Klimatische Folgen eines Vulkanausbruchs
Cubasch, U. und D. Kasang (2000)
10.11.2003
Ausbruch des Pinatubo, 1991
10.11.2003
Vermutlicher Temperaturverlauf der bodennahen Atmosphäre seit Entstehung der
Erde
Schönwiese, Ch.-D. (1992)
heutiger Temperatur-wert 15,5°C
Unsicherheits- bereich
10.11.2003
Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in der letzten
Jahrmilliarde
Schönwiese, Ch.-D. (1994)
I1: Quartäres Kaltzeitalter
A1: Akryogenes Warmklima, hier Devon bis Tertiär
I2: Permokarbonisches Kaltzeitalter
10.11.2003
Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in der letzten
Jahrmillion
Schönwiese, Ch.-D. (1994)
W1: Neo-Warmzeit (Holozän, „Postglazial“)
C1: Würmkaltzeit („Glazial“)
W2: Eem-Warmzeit („Interglazial“)
10.11.2003
Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 100.000
Jahren
Schönwiese, Ch.-D. (1994)
W1: Neo-Warmzeit (Holozän, „Postglazial“)
C1: Würmkaltzeit („Glazial“)
W2: Eem-Warmzeit („Interglazial“)
10.11.2003
Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 10.000
Jahren
Schönwiese, Ch.-D. (1994)
OK: Modernes „Optimum“
PJ: „Kleine Kaltzeit“
OJ: Mittelalterliches Optimum
OH: Holozänes „Optimum“
10.11.2003
Nordhemisphärisch gemittelte bodennahe Lufttemperatur-Variationen in den letzten 1000
Jahren
Schönwiese, Ch.-D. (1994)
OK: Modernes „Optimum“
PJ: „Kleine Kaltzeit“
OJ: Mittelalterliches Optimum
OH: Holozänes „Optimum“
10.11.2003
Verlauf der relativen Abweichungen der Lufttemperatur und des Niederschlags für die
gesamte Erdgeschichte
Hupfer, P. (1996)
Lufttemperatur heute kalt warm
Niederschlag heute
trocken feucht
Quartär
Tertiär
Meso-zoikum
Paläo-zoikum
Präkam-brium
1,8
65
225
570
1000
2000
3000
4000
Millionen
Jahre
Känozoisches Kaltzeitalter
Permokarbonisches Kaltzeitalter
Jungordovizisches Kaltzeitalter
Jungproterozoisches Kaltzeitalter
Huronisches Kaltzeitalter
10.11.2003
Unterschiedliche jahreszeitliche Positionen der Erde im Perihel bzw. Aphel während des
Präzessionszeitraumes von 22.000 Jahren
Jossaume, S. (1996)
Sonnenwende 22. Dezember
Sonnenwende 22. Dezember
Sonnenwende 22. Juni
Sonnenwende 22. Juni
Frühlingsanfang 21. März
Frühlingsanfang 21. März
Herbstanfang 23. September
Herbstanfang 23. September
heute
vor 11.000 Jahren
10.11.2003
Neigung der Erdachse
Himmelsjahr (2000)
Himmels-nordpol
Himmels-nordpol
ErdachseErdachse
Äquator
Äquator
Neigung der Erdachse vor rund 500 Mio. Jahren
Neigung der Erdachse heute
10.11.2003
Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn
Oeschger, H. (1987)
10.11.2003
Unterschiedliche Positionen der Erde, die zum Anwachsen bzw. Abschmelzen des Eises führen
Oeschger, H. (1987)
10.11.2003
Einstrahlung bei 65°N, 200 000 Jahre vor heute bis 130 000 Jahre nach heute, Mitte Juni
Berger, A. und Loutre, M.F. (1996)
10.11.2003
3. Die Eingriffe des Menschen in das Klimasystem
10.11.2003
Zeittafel zum anthropogenen Zusatztreibhauseffekt (I)
1827 Fourier: Erklärung des natürlichen Treibhauseffektes (CO2)
1896 Arrhenius: anthropogener Zusatztreibhauseffekt (2,4-3 fach CO2 8-9°C)
1938 Callendar: CO2 -Messungen und Erkennung des Anstiegs (Temperatur-zunahme)
1967 Manabe: Erste Klima-Modellrechnungen
1972 UN: Erste Klimakonferenz
1975 Manabe: Erste Klima-Zirkulationsmodellrechnung
1979 UN: Erste Weltklimakonferenz und Klima-Deklaration
1984/85 Cubachi/ Farmen: Entdeckung des stratosphärischen Ozonlochs
1987 Deutschland: Enquête-Kommission des Bundestages „Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre“
1987 Konferenz von Montréal
10.11.2003
Zeittafel zum anthropogenen Zusatztreibhauseffekt (II)
1988 UN: IPCC-Einrichtung
1990 UN: Zweite Weltklimakonferenz (Genf)
1992 UN: Zweite Umweltkonferenz (UNCED; Rio de Janeiro)
1994 UN: Inkrafttreten der Klimarahmenkonvention am 21. März 1994
1995 UN: „Vertragsstaatenkonferenz“ in Berlin
1997 Konferenz in Kyoto
10.11.2003
Anthropogene Emissionen
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
Kohlendioxid 75 % fossile Energie, 20 % Waldrodungen, 5 %Waldbrände (Entwicklungsländer)
Methan 27 % fossile Energie, 23 % Viehhaltung, 17 %Reisanbau, 16 % Abfälle (Müll, Abwässer), 11 %Biomasse-Verbrennung, 6 % Tierexkremente
FCKW Treibgas in Spraydosen, Kältetechnik, Dämm-Material,Reinigung
Distickstoffoxid 23-48 % Bodenbearbeitung (einschl. Düngung),15-38 %chem. Industrie, 17-23 % fossile Energie, 15-19 %Biomasse-Verbrennung
Ozon indirekt über Vorläufersubstanzen wie z.B. Stickoxide(NOx; Verkehrsbereich)
10.11.2003
Die Entwicklung einiger Treibhausgase seit 1750
Hupfer, P. (1996)
10.11.2003
Die Veränderung der Kohlendioxid-Konzentration seit dem Mittelalter
Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)
10.11.2003
Methan-Konzentration 1840-1995
Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)
10.11.2003
Hupfer, P. (1996)
Quellen: 490 Fossile Brennstoffe: 80Viehhaltung: 80Emission aus Feuchtgebieten und Tundren> 50°N: 35Deponien: 50Tropische Sümpfe: 40Reisanbau: 95Verbrennung von Biomasse: 60Termiten: 50
Senken: 460 OH-Oxidation in der Atmosphäre: 450Aufnahme in Böden: 10
Globaler Methanhaushalt (in 106 t/a)
10.11.2003
Natürliche Quellen für die Freisetzung von Methan
• Süßwassersediment
• Reisanbau
• Wiederkäuer
10.11.2003
Trend der Konzentration einiger langlebiger anthropogener Spurengase und des
Gesamtchlorgehalts in der Troposphäre
Junge, A. (Hrsg.) (2002)
SF6 = Schwefelhexafluorid
FCKW:
• F11 = CFCl3
• F12 = CF2Cl2
10.11.2003
Der Trend von CF2Cl2 in der unteren Stratosphäre
Junge, A. (Hrsg.) (2002)
10.11.2003
Bodennahe Ozon-Konzentration
10.11.2003
Anthropogen hervorgerufener Strahlungsantrieb als Basis der
Temperaturerhöhung
Cubasch, U. und Kasang, D. (2000)
10.11.2003
4. Was ist bereits passiert?
10.11.2003
Jahresanomalien 1000-1980 der nordhemisphärisch gemittelten bodennahen
Lufttemperatur
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
Nordhemisphäre - Temperatur
10.11.2003
Global gemittelte jährliche Beobachtungswerte 1856-2000 der bodennahen Lufttemperatur
Schönwiese, Ch.-D. (2002)
Abweichung vom Mittelwert 1961-1990
linearer Trend
10-jährig gemittelte Werte
10.11.2003
Jahresanomalien 1761-2000 der bodennahen Lufttemperatur
---- lineare Trends 1761 bis 1890 und 1891-2000 20-jährig geglättete Daten
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
10.11.2003
Lineare Trends der bodennahen Lufttemperatur 1891-1990 in Europa Sommer
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
+
+
+
-
-
-
-Abnahme
+Zunahme
10.11.2003
Lineare Trends der bodennahen Lufttemperatur 1891-1990 in Europa Winter
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
+
+
+
+
-
10.11.2003
Lineare Trends der Niederschlagshöhe 1891-1990 in Europa Sommer
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
+
+
+
-
--
-
10.11.2003
Lineare Trends der Niederschlagshöhe 1891-1990 in Europa Winter
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
--
+
++
+
+
+
10.11.2003
Gleitendes Mittel (11 Jahre) der Häufigkeiten zonaler Großwetterlagen und der Großwettertypen
Nord, Ost, Nordost und Südost 1881-1997
Gerstengarbe (1998)
10.11.2003
Häufigkeiten unterschiedlich temperierter Großwetterlagen Europas in % im Sommer (Juni-
August) und Winter (Dezember-Februar)
Hupfer, P. (1999)
Periode Sommer-warmeWetterlagen
Sommer-kühleWetterlagen
WintermildeWetterlagen
WinterkalteWetterlagen
1901/30 31,6 51,0 39,3 27,1
1931/60 40,4 49,3 35,8 33,3
1961/90 46,7 42,3 43,1 31,2
10.11.2003
30-jährig übergreifende Mittelwerte der Lufttemperatur und das Blattentfaltungsdatum der
Roßkastanie (in Genf)
Hupfer, P. (1996)
Lufttemperatur
Blattentfaltungsdatum
10.11.2003
Veränderung der medianen Durchzugszeiten von Vögeln auf Helgoland zwischen 1961 und
1993Verlagerung (Tage) Verweildauer
Heimzug Wegzug (Tage)
Kurz- und Mittelstreckenzieher Feldlerche Bachstelze Ringeltaube Zaunkönig Trauerbachstelze
+ 5,7- 5,1
- 16,7- 18,5- 37,1
- 2,7- 5,2+ 4,3
+ 11,1
- 8,40
+ 20,9+ 29,6
Langstreckenzieher Mauersegler Gartengrasmücke Gartenrotschwanz Ringdrossel Rauchschwalbe Mehlschwalbe Neuntöter
- 1,2- 4,6- 3,2+ 0,7- 5,3- 2,6- 2,8
- 3- 1,7
+ 10,7+ 14,9
- 28,8+ 3
+ 13,9+ 14,2
Lozán, J., Graßl, H. u. P. Hupfer (1998)
10.11.2003
Jährliche Schlüpftermine in Erstbruten, Braunschweig, 1970-1995
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
Kohlmeise Blaumeise Kleiber
10.11.2003
Anfälligkeit von Flora und Fauna für den Klimawandel
IPCC (2001)
Geographische Region Einfluß Bedingt durch
die meisten Kontinente,marine und arktischeRegionen
Bangladesch
Galapagos
Nordhalbkugel
Afrika und Australien
USA und Kanada
Verschiebung derPhänologie
Verlust der einzigenverbliebenen Habitate desBengaltigers
reduziertes Überleben derEchsen
boreale Pflanzenkrank-heitserreger überlebenverstärkt den Winter
Verlust an Feuchtgebieten,Abnahme der Populationeneiniger Säuger
Rückgang der Karibu-Populationen
bereits als Antwort auf denKlimawandel beobachtet
Meeresspiegelanstieg
ENSO
erhöhte nächtlicheWintertemperaturen
Zunahme der Dürre
Temperaturanstieg,Verschiebung derRegenzeiten
10.11.2003
Küsten, an denen der relative Meeresspiegel im letzten Jahrhundert um mehr als 0,2 mm/a
zugenommen hat bzw. zukünftig weiter zunehmen wird
Eisma, D. (1995)
10.11.2003
Einzelanteile am globalen Meeresspiegelanstieg (cm/100a) nach älteren und jüngeren Abschätzungen von IPCC und
Vergleich mit dem säkularen Meeresspiegeltrend
IPCC Abschätzung Niedrige 1990/96 Beste 1990/96 Hohe 1990/96
Therm. Ausdehnung 2/2 4/4 6/7
Gletscher und Eiskappen 1,5/2 4/3,5 7/5
Grönländische Eismasse 1/-4 2,5/0 4/4
Antarktische Eismasse -5/-14 0/0 5/14
TerrestrischeWasserspeicher
-/-5 -/-0,5 -/7
Gesamt -0,5/-19 10,5/8 22/37
Registrierter Trend 10/10 15/18 20/25
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
10.11.2003
Längenschwankungen einiger ausgewählter Gletscher seit 1500
Nigardsbreen (Norwegen)
Vatnajökull (Island)
Gl. D‘Argentiere (Frankreich)
unterer Grindelwaldgletscher (Schweiz)
Rhonegletscher (Schweiz)
Hintereisferner (Österreich)
10.11.2003
Aufsummierte jährliche Zungenlängenänderungen ausgewählter
Schweizer Alpengletscher
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
Gran Plan Névé
Saleina
Tschierva
Gorner
10.11.2003
Krimmler Kees 1982 und 1997
www.geo.sbg.ac.at
10.11.2003
Gletscherrückgang in nur 15 Jahren
www.uibk.ac.at
10.11.2003
5. Wie geht es weiter:
Vorwärts in eine Superwarmzeit
oder
zurück ins Eiszeitalter?
Mögliche Szenarios
10.11.2003
Entwicklung und Zukunftsprojektion der Weltbevölkerungszahl sowie Weltprimärenergie
seit 1900
Schönwiese, Ch.-D. (2003)
SKE = Steinkohle-einheiten
10.11.2003
Entwicklung von Weltbevölkerungszahl und weltweitem Energieverbrauch 1970-2030
10.11.2003
Abschätzungen der Weltmitteltemperaturerhöhungen in den
nächsten Jahrzehnten
10.11.2003
Anteilige Zusammensetzung des künftigen Meeresspiegelanstiegs aus thermischer Expansion
und Verringerung von Eisreservoiren
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
10.11.2003
Gesamte Spannbreite für die künftige Meeresspiegelentwicklung
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
10.11.2003
Szenarien des IPCC für den Meeresspiegelanstieg
Eisma, D. (1995)
10.11.2003
Abschätzung des langfristigen Meeresspiegelanstiegs bis 2500
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
• IS92a Szenario bis 2100
• vollständige Reduktion aller Treibhausgas-emissionen bis 2200
10.11.2003
Änderungen in der Flächenausdehnung der Hauptklima- und Vegetationszonen
Hupfer, P. (1996)
Relativer Flächenanteil (in %)
Gegenwart 2 x CO2
Klimazonen
Tropisches KlimaSubtrop. KlimaWarm-temp. KlimaKalt-temp. KlimaBoreales Klima
Vegetationszonen
WüstenTundraWälderGrasland
2516211523
20,63,3
58,417,7
40142520<1
23,8-
47,428,9
10.11.2003
Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen arktischen
Gebirge
Beniston, M. (1994)
veränderte Gebiete
10.11.2003
Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen temperierten
Gebirge
Beniston, M. (1994)
veränderte Gebiete
10.11.2003
Aktuelle und veränderte Höhenzonierung der Vegetation in einem hypothetischen tropischen
Gebirge
Beniston, M. (1994)
veränderte Gebiete
10.11.2003
Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen
heutige Ausgangslage
A= Bündner Alpen, B=Südbündner Alpen, C= Glarner Alpen, D= Zentralschweizer Alpen, E= Berner Alpen, F= Walliser Alpen
Maisch et al. (2000)
10.11.2003
Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen
Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 100 m
Maisch et al. (2000)
10.11.2003
Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen
Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 400 m
Maisch et al. (2000)
10.11.2003
Gletscherschwund-Szenarien für die Schweizer Alpen
Schneegrenzanstiegs-Szenario von + 700 m
Maisch et al. (2000)
10.11.2003
www.uibk.ac.at/
Szenario für die Gletscher des Vernagtferners
10.11.2003
Wasserverfügbarkeit pro Person ausgewählter Staaten 1990 und 2025
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Ko
mo
ren
Ägy
pte
n
Äth
iopi
en
Ke
nia
Ma
rokk
o
So
ma
lia
Ta
nsa
nia
Ha
iti
Pe
ru
Ira
n
Jord
ani
en
Lib
ano
n
Om
an
Sa
udi A
rabi
en
Ye
me
n
Kuw
ait
Ve
rfü
gb
ark
eit
(m
³/P
+a
)
Jahr 1990
Jahr 2025
nach Mintzer (Ed.) (1992)
10.11.2003
Klimatologische Ereignistage für den Ballungsraum Berlin unter gegenwärtigen und veränderten
Klimabedingungen
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (1998)
Ereignis Gegenwart Modellierungnach Szenario Afür Ende 21. Jh.
Änderung
Mittlere Anzahl / Jahr
Extrem heiße TageTmax 39°CHeiße TageTmax 30°CSommertageTmax 25°CFrosttageTmin 0°CEistage Tmax 0°CExtrem kalte TageTmax -10°C
0,01
5,4
27,2
56,6
22,00,7
0,04
11,7
41,8
38,6
8,80,11
+ 0,03
+ 6,3
+14,6
-18
-13,2- 0,59
10.11.2003
Zusammenhang zwischen gefühlter Temperatur und Todesfällen
Jendritzky (2003, unveröffentlicht)
10.11.2003
L‘Independant, 7. August 2003
Badische Zeitung, 19. August 2003
10.11.2003
Vertiefende Literatur
Cubasch, U. und D. Kasang (2000): Anthropogener
Klimawandel, Gotha
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (Hrsg.)
(1998): Das Klima des 21. Jahrhunderts. Warnsignal
Klima. Mehr Klimaschutz - weniger Risiken für die
Zukunft, Hamburg
Lozán, J., Graßl, H. und Hupfer, P. (Hrsg.)
(2001): Climate of the 21st century: Changes and
risks, Hamburg
Schönwiese, Ch.-D. (1992): Klima im Wandel,
Stuttgart
10.11.2003
Kontakt
Prof. Dr. Wilfried EndlicherHumboldt-Universität zu Berlin
Geographisches InstitutUnter den Linden 6
10099 Berlin
email: wilfried.endlicher@rz.hu-berlin.de
Recommended