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Schwerpunkt-Themen zu Klimaservices - ausführlich dargestellt

Klimawandel - ein Überblick

Die Veränderung des Klimas wird einen nachhaltigen Einfluss auf alle wirtschaftlichen, sozialen und politischen Bereiche unserer Gesellschaft haben. Aber was bedeutet "Klimawandel" eigentlich, was wissen wir und was können wir tun?

Einen Überblick geben diese Beiträge:

Das Klima - ein empfindliches Gleichgewicht

Das Klima wird im Allgemeinen durch die gleichen Elemente beschrieben wie das Wetter. Dies sind zum Beispiel Temperatur, Niederschlag, Wind, Feuchte und Strahlung. Die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren, wird als Klima bezeichnet. Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u. a.) über einen genügend langen Zeitraum. Im Allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sogenannte Normalperiode, es sind aber durchaus auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich.

Das KlimasystemDas Klimasystem


Allerdings ist das Klima keine Angelegenheit allein der Atmosphäre. Vielmehr ist das Klima das Ergebnis des komplexen Zusammenspiels aller Komponenten des Systems Erde-Atmosphäre-Ozeane. Dazu gehören auch die Kryosphäre (Eis), die Biosphäre mit jahreszeitlichen Vegetationswechseln, der Boden und die Erdkruste. Die natürliche Steuerung unseres Klimas geschieht durch die Bilanz der solaren Einstrahlung im kurzwelligen Bereich des Strahlungsspektrums der Sonne sowie der terrestrischen langwelligen Abstrahlung in der unteren Atmosphäre. Dem Strahlungsantrieb von etwa 340 Watt/m2, den uns die Sonne an der Obergrenze des Systems Erde-Atmosphäre liefert, muss ein adäquater Verlust an langwelliger Strahlungsenergie gegenüberstehen, da sich das System sonst aufheizen oder abkühlen würde.

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Treibhauseffekt macht menschliches Leben erst möglich

Die "Treibhausgase" wie Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) - um nur die wichtigsten zu nennen - absorbieren Strahlung im langwelligen Bereich des Spektrums stärker als die kurzwellige Sonneneinstrahlung. Dadurch kommt es zu einer Erwärmung der unteren Atmosphäre. Ohne die natürlich vorhandenen Spurengase mit Treibhauseffekt wäre die Mitteltemperatur auf der Erde etwa 32 °C niedriger als wir es gegenwärtig beobachten. Es gäbe dann zumindest kein menschliches Leben auf unserem Planeten.

Schematische Darstellung des Treibhauseffektes


Durch menschliche Aktivitäten kommt es nun zu einer Konzentrationszunahme von Treibhausgasen. Gegenwärtig werden jährlich etwa 34 Milliarden Tonnen CO2 in die Atmosphäre emittiert. Davon entfallen 75 % auf die Nutzung fossiler Energieträger. Der Rest ist im Wesentlichen auf Waldrodungen zurückzuführen. Aufgrund der langen Verweildauer von CO2 und anderen Treibhausgasen (Methan, Lachgas, ...) in der Atmosphäre kommt es im Laufe von Jahrzehnten zu deutlichen Konzentrationsanstiegen von CO2 und auch anderen Treibhausgasen.



Dadurch wird die Abstrahlung des Erde-Atmosphäre-Systems im langwelligen Spektralbereich beeinträchtigt. Der damit verbundene Temperaturanstieg in der unteren Atmosphäre wird als anthropogener Anteil des Treibhauseffekts bezeichnet.

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Wohin steuert der Mensch den Klimazug?

Die Diskussion um eine Klimaveränderung, die vom Menschen gemacht ist und nicht nur durch natürliche Faktoren wie Variationen der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, Schwankungen solarer Einstrahlung sowie interne Wechselwirkungen im Klimasystem gesteuert wird, begann in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts. Meteorologen und Luftchemiker wussten um die Einflüsse einiger Spurengase auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Es gab Messungen zum Temperaturanstieg und zur CO2-Konzentration, die Parallelen aufwiesen. In den letzten Jahren und Jahrzehnten zeigten die Auswertungen der Messwerte immer deutlicher, dass sich die bislang gültigen Mittelwerte, Häufigkeitsverteilungen und andere statistische Größen zunehmend verändern (siehe Klimamonitoring).

Zeitreihen der CO2-Konzentration und der LufttemperaturZeitreihen der CO2-Konzentration und der Lufttemperatur


Die anfangs noch unsicheren Erkenntnissee der Wissenschaftler basierten auf zunächst einfachen Modellannahmen über die Atmosphäre. Sie wurden aber im Laufe der Jahre durch komplexere Modelle abgelöst. Diese berücksichtigen außer der Atmosphäre auch die anderen Komponenten des Klimasystems, wie zum Beispiel den Ozean. Heute sind zusätzlich die voraussichtlichen sozio-ökonomischen Entwicklungen der kommenden Jahrzehnte wichtige Bestandteile der Klimaprognosemodelle. Sie wurden anhand von Klimadaten aus der Vergangenheit validiert. Das bedeutet: Man hat die Modelle nicht in die unbekannte Zukunft sondern einen durch Messungen dokumentierten Zeitraum der Vergangenheit nachträglich berechnen lassen. Der dadurch erreichbare Vergleich zwischen Modellergebnissen und gemessenen Klimadaten ermöglicht, die Genauigkeit des Modells einzuschätzen.

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Temperatur wird bis 2100 global zwischen zwei und fünf Grad steigen

Das Umweltschutzprogramm der Vereinten Nationen UNEP und die Weltorganisation für Meteorologie WMO haben im Jahr 1988 einen "Weltklimarat" gegründet, das Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC. Hauptaufgabe dieses Zwischenstaatlichen Ausschusses ist es, Informationen zum Klimawandel zusammenzutragen, die Risiken eines sich ändernden Klimas zu bewerten und Vermeidungs- und Anpassungsstrategien zu formulieren. Seine Ergebnisse präsentiert das IPCC in Berichten, die in mehrjährigem Abstand vorgelegt werden. Der jüngste (4.) Sachstandsbericht wurde 2007 vom IPCC in vier Teilberichten verabschiedet. An ihm haben 450 Hauptautoren, 800 Co-Autoren und weitere 2.500 Experten aus mehr als 130 Ländern 6 Jahre lang gearbeitet. Beteiligt waren neben Naturwissenschaftlern auch zahlreiche Regierungsvertreter. Sie haben den Sachstandsbericht in aufwändigen Abstimmungsprozeduren gemeinsam formuliert. Das IPCC hat - zusammen mit Al Gore - den Friedensnobelpreis des Jahres 2007 erhalten. Der nächste (5.) Sachstandsbericht wird voraussichtlich Ende 2013 veröffentlicht.

Die Ergebnisse des IPCC sind eindeutig: es wird deutlich wärmer werden. Die große Schwankungsbreite der Prognosen des Anstiegs der Mitteltemperatur der Erde von +2 °C bis +5 °C spiegelt die Unsicherheit der Forscher insbesondere über die zukünftigen Emissionen an Treibhausgasen wieder. Es wurden verschiedene sozio-ökonomische und technologische Entwicklungsszenarien (SRES-Szenarien) betrachtet, mit jeweils unterschiedlichen Auswirkungen auf das Klima.

Für den nächsten Sachstandsbericht des IPCC werden diese SRES-Szenarien durch RCPs (Representative Concentration Pathways – Repräsentative Konzentrations-Pfade) ersetzt. Diese unterscheiden sich sowohl in der Erstellung als auch in den charakteristischen Größen von den bisherigen SRES. Unter anderem ist es in den RCPs besser möglich, die Auswirkungen möglicher Emissionsreduzierungs- und Anpassungsstrategien zu berücksichtigt Näheres zu den neuen RCPs finden Sie z. B. hier.

Schematische Darstellung der zu erwartenden Temperaturänderungen für verschiedene EmissionsszenarienSchematische Darstellung der zu erwartenden Temperaturänderungen für verschiedene Emissionsszenarien Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)


Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4,  Summary for Policymakers, Feb. 2007)

Doch zurück zum aktuellen Sachstandsberichts des IPCC: Bei einer ungebremsten Entwicklung im schlechtesten Sinn ("business as usual" der Industrienationen, deutlich zunehmende Emissionen in den Entwicklungsländern) müssen wir mit einem Anstieg um +5 °C rechnen. Im besten Fall - das heißt bei einer kurzfristigen Reduzierung der CO2-Emissionen um mehr als 50 % - wären es mindestens noch +2 °C. Das wäre immer noch das Zweifache des Temperaturanstiegs der letzten 100 Jahre. Dieser Anstieg wäre stärker als alle natürlichen Klimaschwankungen der vergangenen 10.000 Jahre. Dennoch ist man im IPCC übereinstimmend der Meinung, dass eine globale Temperaturerhöhung von +2 °C gerade noch "klimaverträglich" sei, das heißt, dass Ökosysteme, Nahrungsmittelproduktion und die wirtschaftliche Entwicklung sich daran im Großen und Ganzen anpassen können. Das bedeutet allerdings eine notwendige Halbierung der globalen CO2 -Emissionen, bezogen auf die Industrieländer sogar eine Verminderung um 80 %.

Der Klimawandel findet nicht überall gleichmäßig statt. Besonders stark werden sich die Kontinente der mittleren und nördlichen Breiten sowie die Antarktis erwärmen, weniger stark die Ozeane. Einzelne Regionen können sich sogar etwas abkühlen, während die Temperatur in anderen Gegenden um deutlich mehr als die genannten +2 °C bis +5 °C ansteigt.

Änderung der mittleren Lufttemperatur für verschiedene Emissionsszenarien und ZeiträumeQuelle: Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4, Summary for Policymakers, Feb. 2007)


Quelle: IPCC 2007 (WGI-AR4,  Summary for Policymakers, Feb. 2007)

Nun findet zur Zeit nicht nur ein Temperaturanstieg statt, sondern das gesamte Klima verändert sich: zum Beispiel auch die Niederschläge. Hier werden in den Tropen und in den nördlichen Breiten mehr Niederschläge erwartet, während Nordafrika, der Mittelmeerraum und Südeuropa deutlich trockener werden - insbesondere im Sommer.

Mit den mittleren Änderungen der Klimaparameter sind auch Verschiebungen bei den statistischen Verteilungen, zum Beispiel den Extremwerten verbunden. Geringe Änderungen bei den Mittelwerten können durchaus große Auswirkungen auf die statistische Verteilung der Extremwerte haben.

Schematische Darstellung der voraussichtlichen Änderungen von Extremwerten



Das hat Folgen für Mensch, Wirtschaft und Ökosysteme: Höhere Maximumtemperaturen führen zu einer höheren Sterblichkeit älterer Menschen. Bei mehr heißen Tagen und Hitzewellen drohen Ernteausfälle. Mehr und intensivere Niederschläge führen zu mehr Erosion und Schäden mit zunehmenden Versicherungskosten. Wir werden weniger Heizenergie, aber mehr Energie zur Klimatisierung benötigen. Der Anstieg des Meeresspiegels wird Konsequenzen für Küstenländer, Inselstaaten und Flussdelta-Gebiete haben. Viele weitere Beispiele ließen sich nennen.

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Klimawandel wird auch unser Leben in Deutschland verändern

Wenn es gelingt, den Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen in Zukunft weltweit deutlich zu verlangsamen (SRES-Szenario A1B) müssen wir in Deutschland bis zum Jahr 2050 mit folgenden Änderungen rechnen:

  • im Sommer werden die Temperaturen um 1,5 °C bis 2,5 °C höher liegen als 1990
  • im Winter wird es zwischen 1,5 °C und 3 °C wärmer werden
  • im Sommer können die Niederschläge um bis zu 15 % geringer ausfallen
  • im Winter kann es um bis zu 10 % mehr Niederschlag geben.

Eine übersichtliche Zusammenstellung der Veränderungen, die in den kommenden 3 Jahrzehnten in Deutschland zu erwarten sind, befindet sich in der Stellungnahme der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft zur Klimproblematik vom 09.10.2007:

Wetterelementerwartete ÄnderungVerlässlichkeitAuswirkungen
Temperatur1,7 °C wärmer als 1900, v. a. Winter und Nächte wärmersehr gut

früherer Pflanzenaustrieb,

vermehrter Hitzestress,

Rückgang des Permafrostes in den Alpen (mehr Felsstürze)

Hitzeperiodenhäufiger, stärkersehr gut

hohe Gesundheitsbelastung,

Stress für die Biosphäre,

mehr Waldbrände

Alpengletscher60 % Flächen- / 80 % Massenverlust gegenüber 1850sehr gutextreme Abflussschwankungen
Meeressspiegel-Anstiegca. 10 cm gegenüber heutesehr gutGefährdung der Nord- und Ostseeküste
Niederschlag

Sommer trockener, Herbst und Winter nasser mit mehr Regen und weniger Schnee,

Ergiebigkeit von Einzelereignissen deutlich höher als bekannt

guterhöhte Überschwemmungsgefahr (u. a. wegen unterdimensionierter Entwässerungssysteme)
Trocken- bzw. Dürreperiodenhäufigerbefriedigend

Land- und Energiewirtschaft und Binnenschifffahrt betroffen,

erhöhtes Waldbrandrisiko

Gewitterintensiverbefriedigenderhöhte Risiken durch Starkregen, Hagel, Sturmböen
Blitzeviel häufigerguterhöhte Schäden
Tornadoshäufigergeringerhöhte Schäden
Sturmflutenbis zu 20 cm höher auflaufendgutstärkere Gefährdung der Nordseeküste
Ozonschichtgrößte Ausdünnung um ca. 2010, nur langsame Erholunggutlangfristig erhöhte UV-Belastung, erhöhtes Risiko von Hauterkrankungen
Außertropische (Winter-)StürmeTendenz zu heftigeren, evtl. weniger Stürmen bei veränderten Zugbahnen*unsichererhebliches Schadensrisiko

Lufttrübung,

Aerosole

unsicherunsicher

* ein neueres Forschungsprojekt zur Änderung des Extremverhaltens von Lufttemperatur, Niederschlag und Windgeschwindigkeit , an dem der DWD beteiligt war, zeigt eher, dass zukünftig eine Tendenz zu mehr Winterstürmen besteht; größere Intensitäten sind jedoch nicht nachweisbar.

Von diesen oftmals gravierenden Veränderungen und ihren Folgen sind alle gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Bereiche betroffen. Beispielsweise stellen höhere Temperaturen und häufigere und längere Hitzeperioden ein wachsendes Risiko für die Gesundheit des Menschen dar und können auch bei uns zu einer großen Anzahl von Todesfällen führen - wie wir es im Sommer 2003 erlebt haben. Weitere Folgen höherer Temperaturen sind ein verringerter Bedarf an Heizenergie und ein höherer Bedarf an Energie zur Kühlung. Außerdem haben veränderte Temperaturen vielfältige Auswirkungen auf die Landwirtschaft: ein früherer Vegetationsbeginn und eine längere Vegetationsdauer; es können wärmeliebendere Sorten angebaut werden (z. B. im Weinbau), usw. In manchen Kurorten könnte eine zunehmende Hitzebelastung zum Problem werden. Unser Freizeitverhalten wird ebenfalls beeinflusst: Wintersport wird nicht mehr so verbreitet möglich sein wie bisher; die Gartennutzung wird im Frühjahr früher und im Herbst später möglich sein, ... Aber auch unsere direkte Umwelt wird sich verändern: der Wärmeinseleffekt in unseren Städten wird stärker, manche Wohnungen werden tagsüber zu heiß werden und sich nachts nicht mehr genügend abkühlen können, und vieles mehr. Dazu kommen die Auswirkungen veränderter Niederschläge und anderer Wetterelemente. Es ist anzunehmen, dass einige Folgen dieser Veränderungen derzeit noch gar nicht absehbar sind.

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Klimafolgen detailliert modellieren

Die wenigen Beispiele zeigen, wie konkret und erfahrbar die Klimaveränderung bereits ist und sein wird. Unsere Anstrengungen müssen neben der Begrenzung der Klimaveränderung auch unserer Anpassung an die Folgen des Klimawandels gelten. Es kommt nun darauf an, die künftigen Folgen exakt abzuschätzen und uns darauf einzustellen. Der Deutsche Wetterdienst hat schon frühzeitig reagiert. Unsere Hitzewarnungen und auch die Pollenvorhersagen sind deutschlandweit und international anerkannte und gefragte Dienstleistungen. Sie können über das Internet des DWD kostenlos bezogen werden.

Von der Messung bis zur Beratung - schematische Darstellung der Klimaservices des DWD unter Berücksichtigung des Klimawandels


Daneben ist der Deutsche Wetterdienst dabei, die Auswirkungen der Klimaveränderung detailliert zu modellieren. Unser Ziel ist es, die Folgen des Klimawandels für unterschiedliche Aspekte unseres Lebens so zu prognostizieren und aufzubereiten, dass damit Politik, Behörden, Architekten, Ärzte und auch die Wirtschaft die für ihre Arbeit notwendigen Informationen direkt verfügbar haben.

Schon seit Jahrzehnten berät der DWD Entscheidungsträger in der Bundes-, Landes- und Kommunalplanung, aber auch private Unternehmer zu klimatologischen Fragen bei Planungsmaßnahmen. Dabei geht es um Vorhaben im Verkehswege- und Städtebau, der Wasserwirtschaft, der Landwirtschaft, im Gesundheitswesen und in der technischen Klimatologie - hier insbesondere um die Nutzung regenerativer Energien. Früher erfolgte die Beratung auf der Grundlage langjähriger Wetterbeobachtungen und -messungen. Nun fließen zusätzlich die Ergebnisse aus Klimaszenarien und aus Klimprognosemodellen ein. Dies sind nicht nur die Ergebnisse der vielen globalen Klimamodelle, sondern auch die Aussagen regionaler Klimamodelle, die für Deutschland mit viel höherer räumlicher Auflösung zur Verfügung stehen. Der Deutsche Wetterdienst berücksichtigt nicht nur eines, sondern eine Auswahl verfügbarer regionaler Klimamodelle.

Bei der Klimaberatung und Gutachtenerstellung werden im Deutschen Wetterdienst sogenannte Wirkmodelle eingesetzt und mit den Ergebnissen der regionalen Klimamodelle verknüpft. Dazu einige Beispiele:

Im Bereich der Stadtplanung nutzt der DWD das sehr hoch aufgelöste Stadtklimamodell MUKLIMO-3, um die Verteilung des Windes und der Lufttemperatur in bebauten Gebieten und deren Umland herauszufinden. Dieses Modell ermöglicht zusammen mit statistischen Verfahren eine sachgerechte Beurteilung des Stadtklimas in den verschiedenen Stadtteilen für die unterschiedlichsten Klimaszenarien. Es ist jetzt schon deutlich, dass die Bedeutung der Frischluftschneisen und Grünflächen wachsen wird. Architekten werden neue Bebauungskonzepte entwickeln müssen - zum Beispiel mit einer gezielten Beschattung von Fußwegen im Sommer. Ein anderer Weg wird sein, stärker Baumaterialien einzusetzen, die eine Aufheizung der Gebäude im Sommer verhindern.

Für die Landwirtschaft werden Klimaszenarien-Rechnungen mit dem Modellsystem AMBER des DWD verknüpft. AMBER enthält Programme zum Bestands- und Bodenklima sowie zur landwirtschaftlichen Arbeitssteuerung. Da geht es um Düngung und Beregnung, die Behandlung von Pflanzenkrankheiten und -schädlingen.

Ein drittes Beispiel ist das Modell SNOW des DWD. Es berechnet neben dem Oberflächenabfluss die Entwicklung der Schneedecke und ihres Wasseräquivalentes aufgrund von Niederschlag und Schneeschmelze. So können Stärke und Häufigkeit künftiger Hochwasserlagen besser eingeschätzt werden.

Das Ziel ist immer, die Auswirkungen des Klimawandels auf den Menschen und seine Umgebung noch genauer beurteilen zu können.

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Klimawandel aktiv begleiten

Wir können zusammenfassen: Der Klimawandel macht sich nicht an einer einzigen Zahl fest. Es handelt sich stattdessen um sehr differenzierte Änderungen unterschiedlicher meteorologischer Elemente. Hinzu kommt: diese variieren auch noch räumlich und zeitlich stark. Es braucht

  • eine breite Datenbasis,
  • große Rechnersysteme
  • und sehr viel Fachwissen,

um möglichst frühzeitig und möglichst genau zu ermitteln, welche Klimaänderungen bereits eingetreten und welche zukünftig zu erwarten sind. Nur auf Grundlage dieser Informationen - zu denen der Deutsche Wetterdienst wesentlich beiträgt - kann unsere Gesellschaft unerwünschten Klimatrends entgegensteuern und erfolgreich Anpassungsmaßnahmen entwickeln und umsetzen.

Der globale, auch von Menschen gesteuerte Klimazug rollt. Er ist nicht mehr aufzuhalten. Aber immerhin: Wir sind in der Lage, die Fahrt genau zu beobachten, daraus unsere Schlüsse zu ziehen und uns zu beraten. Wenn alle Verantwortlichen ihre Anstrengungen vereinen, können wir die Reisegeschwindigkeit beeinflussen und vielleicht einen sicheren Bahnhof erreichen. Nutzen wir diese Chance.

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