Klima, Klimaschutz, Klimawandel(anpassung) - Gunter Sperka 8.10. 2020 - Uni Salzburg

Klima, Klimaschutz,
Klimawandel(anpassung)
                   Gunter Sperka
                   8.10. 2020

Klimawandel…

Wovon ist in diesem Teil
der Vorlesung die Rede?

   Das Klimasystem der Erde
   Klimamodelle – Szenarien
   Klimawandelfolgen
   Klimaschutz – wer, warum, wie, wann
   Klimawandelanpassung
   Was tut Salzburg

Das Klimasystem der Erde
und seine Einflussfaktoren

Wetter

Als Wetter (v. althochdeutsch wetar = Wind,
Wehen) bezeichnet man den Zustand der
Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu
einer bestimmten Zeit z.B. hier und jetzt. Das
Wetter ist in Raum und Zeit höchst variabel.
Davon zu unterscheiden ist Witterung:
Zustand der Atmosphäre über einem
bestimmten Ort charakteristisch für ein
kürzeres Zeitintervall von z.B. einigen Tagen
bis zu einer Jahreszeit

Klima

Unter "Klima" versteht man das
durchschnittliche Wetter einschließlich seiner
Extremwerte über einen längeren Zeitraum an
einem bestimmten Ort

Das Klima der Erde historisch

                                                                                                            M e n s c h h e i t

                                       Massiver CO2-Anstieg (Vulkane)   Kaltzeiten („Eiszeiten“) des Quartärs
                                       – Pole eisfrei, weite Wüsten     - Im Schnitt 4-5° C kälter als heute:
                                                                        Eispanzer über der Stadt Salzburg

                             Meteoriteneinschlag                                                                   Neolithische Revolution

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:All_palaeotemps.png
                                                                                                                                   Industrielle Revolution

Das Klima der Erde
historisch

Quelle: ZAMG

Das Klima der Erde
historisch

 Abb. Quelle: PIK2013/Abb: Bittermann

Temperaturanomalien Österreich
1768-2018

Langfristige Einflüsse

   Strahlungsintensität der Sonne
   Plattentektonik
   Gebirgsbildung/Verwitterungsprozesse
   Vulkane
   Astronomische Zyklen
   Eisbedeckung/Albedorückkopplungen
   Leben/Bewuchs
   Klimagase
  …

Treibhauseffekt und
Treibhausgase

                      Quelle: Wikipedia

Treiber des Klimasystems

     Quelle: bine.info

Treibhauseffekt und
Treibhausgase
  Treibhausgase sind strahlungsbeeinflussende Gase in der
   Atmosphäre.
   – die einfallende (kurzwellige) Sonnenstrahlung wird als (langwellige)
     Wärmestrahlung von der Erdoberfläche wieder abgegeben
   – Treibhausgase absorbieren einen Teil dieser Strahlung – dadurch ist die
     Atmosphärentemperatur höher als ohne Treibhausgase
  Der Treibhauseffekt ist daher die Wirkung von Treibhausgasen in der
   Atmosphäre auf die Temperatur in der Atmosphäre. Dadurch stellen
   sich höhere Temperaturen ein, als sich ohne Treibhauseffekt
   einstellen würden.
  Der natürliche Treibhauseffekt macht etwa 33 K aus und ermöglicht
   eine globale Mitteltemperatur von ca 15°C
  Der anthropogene Treibhauseffekt bezeichnet jenen zusätzlichen
   Effekt, der durch menschliche Aktivitäten verursacht wird

Die wichtigsten
Treibhausgase

H20 (Wasserdampf) ist das wichtigste
 (natürliche) Treibhausgas
CO2 (Kohlendioxid)
CH4 (Methan)
O3 (Ozon) (wird nicht direkt emittiert)
N2O (Lachgas)
(H)FCKW
SF6

Entwicklung der
Treibhauskonzentrationen

                           nach IPCC (2013)

Natürlich oder
menschgemacht?

                               GDWV:
                               Grad des
                               wissenschaftlichen
                               Verständnisses

                 Quelle IPCC

Ein Blick in die
(Klima)zukunft?

Klimamodelle

Globale Klimamodelle sind komplexe
 physikalische Modelle, die das Klimasystem in
 vereinfachter Form abbilden.
Heute sind Klimamodelle gekoppelte Atmosphäre-
 Ozean-Modelle (AOGCM, atmosphere-ocean
 general circulation/global climate models)
Klimamodelle bestehen aus mehreren
 unabhängigen Modulen, welche die verschiedenen
 Einzelteile des Klimasystems repräsentieren

Klimamodelle II

 Atmosphäre
 Ein meteorologisches Modell simuliert ein- und ausgehende Strahlung, Lufttemperatur,
 Niederschlag, Luftdruck, Wind, relative Feuchte und Geopotenzial.

 Ozean
 Das Ozeanmodell enthält Meeresströmungen, ozeanische Sedimente, Meeresorganismen
 und verschiedene Darstellungen von Hochsee und Küstenregionen.

 Chemie
 Mehrere Modelle simulieren chemische Reaktionen in der Atmosphäre und im Ozean.
 Dazu gehören etwa die Kreisläufe von Kohlenstoff und Schwefel.

 Kryosphäre
 Eigene Modelle stellen die Aufbau- und Abschmelzprozesse des Meereseises und der
 Eisschilde in den Polar- und Bergregionen dar.

 Landoberfläche
 Ein Landoberflächenmodell beinhaltet Vegetation, Bodeneigenschaften und
 Grundwasser.

Klimamodelle III

 Klimamodelle bilden heute mit guter Genauigkeit die
  historische Entwicklung ab, die man aus Messungen oder
  „Proxyindikatoren“, wie etwa Sedimenten, Eisbohrungen,
  Baumringen etc kennt.
 Viele Details des Bildes sind aber noch unscharf – zB die
  Eis- und Ozeandynamik, Details der Wolkenbildung und
  des Effektes von Bewölkung, Kurzzeitereignisse
 für eine bessere regionale Auflösung müssen die globalen
  Modelle mit regional parametrisierten Modellen gekoppelt
  werden
 Mit den Österreichischen Klimaszenarien 2015 gibt es eine
  hervorragende aktuelle Grundlage in Österreich

Klimaszenarien

 Um Aussagen über künftige Entwicklungen machen zu
  können, bedarf es Annahmen über die künftige
  Entwicklung der Zusammensetzung der Atmosphäre
  (Treibhausgasemissionen, auch –senken)
 Diese hängen ab zB von Entwicklungen bei
 – Energieträgermix
 – Bevölkerung
 – Wirtschaft/Transportwesen
 – Bewaldung/Entwaldung
 – Landnutzungsänderungen
 Damit werden verschiedene „Weltmodelle“ gespeist,
  deren Ergebnisse wiederum in Klimamodelle eingehen

Klimaszenarien II

Klimaszenarien beschreiben daher mögliche
 Zukünfte und sind keine Prognosen
Je nach getroffenen Annahmen ergeben sich
 unterschiedliche Temperaturverläufe in den
 einzelnen Klimamodellen
Die aktuellsten Klimaszenarien sind jede des 5.
 Sachstandsberichtes des IPCC, die auf
 „repäsentativen Emissionsverläufen“ (RCP)
 aufbauen.

Die IPCC-Szenarien

Quelle: IPCC, AAR5

Temperaturentwicklung bei
 verschiedenen Szenarien
 (Quelle: IPCC, AR5, 2014)

25

Am Beispiel Salzburg

                                            Lebenszeit 2018

                   Lebenszeit 1985                        ~Süditalien heute

 Lebenszeit 1950

                                                              ~Gardasee heute

                                     2050

Zwischenfazit

 Das Klima der Erdatmosphäre wird durch
  verschiedene natürliche Einflüsse langfristig
  verändert
 kurz- und mittelfristig ist der Gehalt an
  Treibhausgasen und die dadurch geänderte
  Strahlungsbilanz ausschlaggebend
 für die seit Beginn der Industrialisierung
  beobachteten Klimaveränderungen ist
  überwiegend der menschliche Einfluss
  verantwortlich.

Auswirkungen des
   Klimawandels

Rückgang des arktischen
Eises

Eisausdehnung in der Arktis im Sommerminimum 2016. Zum Vergleich die mittlere Eisgrenze im Sommerminimum der Jahre 1981-
2010 (goldene Linie). Grafik: NASA.

Rückgang der Eismasse
Grönlands

Anstieg des
  Meeresspiegels

Quelle: University of Colorado.

Kipppunkte im
Klimasystem

Das Klimasystem reagiert bei bestimmten
 Größenordnungen des Temperaturanstiegs - den
 Kipp-Punkten - mit starken Veränderungen im
 System. Zu diesen Veränderungen gehören:
 –abrupte Klimaänderungen
 –unumkehrbare (irreversible) Prozesse
 –langfristige, starke Klimaänderungen

Kipppunkte II

Graphik: Misereor nach WWF und Umweltbundesamt

2°-Ziel – keine
absolute Schranke

                    IPCC WG2

Was beobachten wir in
Österreich?

  Zunahme der Temperatur
  Zunahme der Variabilitäten
  Änderung der Niederschlagsmuster
  Abnahme der Tage mit Schneebedeckung
  Veränderung des Grund- und
   Oberflächenwasserdargebotes
  Änderung der Vegetation und der Tierwelt
  derzeit ist ein großer Teil der beobachteten
 Veränderungen noch innerhalb der natürlichen Variabilität

Klimawandel in Salzburg

  Bedeutende Schadenereignisse in Österreich 1980 – 2018
  Die 10 teuersten Ereignisse für die Gesamtwirtschaft
                                                                                          Gesamtschäden     Versicherte Schäden
                                                                                           in Mio. EUR          in Mio. EUR
 Datum              Ereignis             Region                                             Originalwerte       Originalwerte            Todesopfer

                                         Mühlviertel, Waldviertel, Krems, Salzburg, St.
 12.-20.8.2002      Überschwemmung                                                             2.500                410                        9
                                         Pölten, Schwertberg, Hallein, Mariapfarr
                                         Oberösterreich, Niederösterreich, Melk,
 30.5.-5.6.2013     Überschwemmung                                                              870                 235                        5
                                         Emmersdorf, Salzburg, Vorarlberg, Tirol
                                         Mühlviertel, Waldviertel, Schwertberg,
 8.-10.8.2002       Überschwemmung                                                              610
                                         Grafenwörth, Jettsdorf, Zöbing
                                         Tirol, Innsbruck, Wörgl, Reutte, St. Anton,
 21.-24.8.2005      Überschwemmung                                                              512                 105                        4
                                         Landeck, Weiz, Graz, Vorarlberg, Gasen

 April - Okt 2018   Dürre                Oberösterreich                                         500                 230

                                         Niederösterreich, Gmünd, Salzburg, Flachau,
 7.-16.2.2006       Winterschaden                                                               460                 300                        1
                                         Tirol

 July - Aug 2013    Dürre                Burgenland, Niederösterreich, Salzburg                 400

 1.-2.3.2008        Wintersturm Emma     Tirol, Kitzbühel, Salzburg, St. Pölten                 350                 190                        4

                                         Salzburg; Niederösterreich, Linz, Flachgau,
 23.-24.7.2009      Unwetter, Hagel                                                             350                 220
                                         Wien

 18.-19.1.2007      Wintersturm Kyrill   Salzburg, Ober- und Niederösterreich                   310                 200

                                                                                                                       Quelle: Munich Re, NatCatSERVICE, 2019

Was erwarten wir in den
nächsten Jahrzehnten in Ö

  weiterer Temperaturanstieg
  tendenziell trockenere und wärmere Sommer (Zunahme
   an Hitzeperioden und Dürren; Sommer 2003 wird
   sozusagen zum Normalsommer)
  Zunahme der Wetterkapriolen
  Änderungen des Abflussgeschehens
  Zunahme von Extremereignissen
  Weiteres, beschleunigtes Abschmelzen der Gletscher
  Probleme im Wintertourismus
  regionale Probleme in der Trinkwasserversorgung und der
   Landwirtschaft

Österreichische
Klimaszenarien 2015

  2021-2050 | RCP8.5         2071-2100 | RCP8.5
  Ø +1,4°C für das gesamte   Ø +4,1°C für das gesamte
  Bundesland                 Bundesland

Klimaschutz – was ist zu tun
               und warum?

Was ist eigentlich das
Ziel?

 Die Erde soll vor einer „gefährlichen anthropogen
  verursachten“ Änderung des Klimasystems
  geschützt werden
 Das 2°-Ziel
 Verpflichtungen aus dem Paris-Abkommen
 Konsequenzen daraus

Das 2°-Ziel

Das 2°-Ziel ist eine politische Festlegung der
 maximal tolerablen mittleren Erderwärmung
Es wird angenommen, dass bei Einhaltung dieses
 Zieles die Schäden durch den Klimawandel
 beherrschbar bleiben und es zu keinen
 unkontrollierten Änderungen des Klimasystemes
 kommt
Bei 2°C kommt es aber schon zu massiven
 Auswirkungen, zB auf niedrigliegende Inselstaaten
 ( diese fordern max. 1.5 °)

Verursacher weltweit

Verursachergruppen
weltweit

                     Quelle IPCC AR5

Treibhausgase
Salzburg

Was muss geschehen?

die globalen Emissionen müssen beginnen,
 zwischen 2015 und 2021 zu sinken
bis 2050 müssen die globalen Emissionen um
 mindestens 90 % im Vergleich zu 2005 reduziert
 werden, soll das Zwei-Grad-Ziel nicht
 überschritten werden
Ö: -36% (ausg. Emissionshandel) bis 2030 (Entwurf
 effort sharing decision) (Basis 2005)
Ö: langfristig (bis 2050) weitestgehende
 Decarbonisierung des Energie/Transportsystemes

CO2-Budget         (Einhaltung 2°C Ziel
mit ca 66% Wahrscheinlichkeit)

 Umgerechnet auf die Reserven bedeutet dies, dass im globalen Kontext etwa ein
 Drittel der Ölreserven, die Hälfte der Erdgasreserven und mehr als 80 % der
 Kohlereserven nicht verbrannt werden dürfen!!!

Klimawandelanpassung
Möglichkeiten und Grenzen

Das Unbeherrschbare vermeiden –
das Unvermeidbare beherrschen
H. J. Schellnhuber, PIK

Klimawandelanpassung –
Bereiche auf regionaler Ebene

 Schutz vor Naturgefahren
 Gesundheits- und Sozialwesen
 Land- und Forstwirtschaft
 Trinkwasserversorgung
 Städtischer Bereich – „Hitzeinseln“
 Wirtschaft
 Energieversorgung
 Technische Infrastruktur, Transportwege
 Tourismus
…

ABER: technische, wirtschaftliche, soziale Grenzen der Anpassung!

Geoengineering –
diskutierte Ansätze

Beeinflussung der Sonneneinstrahlung (Solar
 Radiation Management (SRM))
 –Einbringen von Aerosolen in die obere Atmosphäre (zB
  SO2, Al…)
 –Sonnensegel, transparente Scheiben im Weltall
Reduzierung der CO2-Konzentration in der
 Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal (CDR))
 –Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre
 –„Düngung“ der Meere
 –CCS (Carbon Capture and Storage)

Geoengineering

                 Quelle: Geoengineering
                 monitor

Die persönliche Ebene…
…am Beispiel Flugreisen

  Arctic sea ice is retreating rapidly, raising prospects of a future ice-free Arctic Ocean
   during summer. Since climate-model simulations of the sea-ice loss differ substantially,
   we here use a robust linear relationship between monthly-mean September sea-ice
   area and cumulative CO2 emissions to infer the future evolution of Arctic summer sea
   ice directly from the observational record. The observed linear relationship
     implies a sustained loss of 3 ± 0.3 m2 of September sea-ice area per
     metric ton of CO2 emission. Based on this sensitivity, Arctic sea-ice will be lost
     throughout September for an additional 1000 Gt of CO2 emissions. Most models show a
     lower sensitivity, which is possibly linked to an underestimation of the modeled
     increase in incoming longwave radiation and of the modeled Transient Climate
     Response.
 
 Dirk Notz1,*,
 Julienne Stroeve2,3
 See all authors and affiliations
 Science 03 Nov 2016:
 

Zwischenfazit

 das 2° Ziel hat sich als brauchbare wissenschaftliche und
  politische Handlungsleitplanke erwiesen
 auch eine Begrenzung des Temperaturanstieges bedingt
  Anpassungsmaßnahmen
 die Anpassungsfähigkeit der Ökosysteme ist bei raschem
  weiteren Temperaturanstieg überfordert  massive
  Degradation der Lebensgrundlagen droht
 (technische) Anpassungsmaßnahmen haben Grenzen
 Geoengineering ist weder ausgereift, noch politisch
  akzeptabel und birgt unwägbare Risken
  es bedarf einer schnellen, massive Reduktion der
  Emissionen und gleichzeitigen Anpassungsmaßnahmen

Klima- und Energiestrategie
SALZBURG 2050
Masterplan Klima + Energie 2030

Klima- und Energiestrategie
SALZBURG 2050

  Klima- und Energiestrategie SALZBURG 2050:

            Masterplan Klima + Energie 2030

Zielpfad 2030

Gesamtemissionen

Herzlichen Dank für Ihre
        Geduld!