Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz

1. Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz www.staff.uni-mainz.de/curtius/Klimawandel/ Login: Klimawandel Password: CO2 CO2 (ppm)

2. Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität, Vulkane Klimageschichte, Eiszeiten Ozeanzirkulation, abrupter Klimawandel Emissions-Szenarien Rückkopplungen Zuordnung der Gründe für Klimawandel Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimaschutz

3. Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels [IPCC 2001]

4. Emissions-Szenarien des IPCC • (Special Report on Emission Scenarios SRES): • Abschätzung der zukünftigen Entwicklung... • (sehr unsicher!) insbesondere im Hinblick auf: • Bevölkerungswachstum • sozio-ökonomische Entwicklung • Technologischen Fortschritt 40 alternative Szenarien in 4 Familien entwickelt: • keine Katastrophen oder Überraschungen berücksichtigt • keines der Szenarien besser/wahrscheinlicher als die anderen • großer Bereich der Möglichkeiten wird abgedeckt • keine ausdrücklichen UN-Klimainitiativen (zB Kyoto) berücksichtigt • Annahmen über anthropogene Emissionen/Einflüsse für CO2, CH4,N2O, CO, NOx, FCKWs, SO2, Aerosole, veränderte Bodennutzung, etc. • 4 illustrative "Marker-Szenarien" + 2 illustrative A1-Szenarien

5. Die Klimaszenarien: "Storylines" • A1: schnelles ökonomisches Wachstum, Maximum der WeltbevölkerungMitte des 21. Jhts., schnelle Einführung von neuen Technologien, Konvergenz der Regionen, Reduktion der Differenzen/Angleichung zB. der pro-Kopf-Einkommen. Gesamt Bevölkerung 2100: ~7 Mrd. Welt-BSP: ~535 Billionen US$/a, (1990: 21 Billionen US$/a) • Drei Sub-Szenarien der technologischen Entwicklung: • A1FI: "fossil intensiv" • A1T: "nicht-fossile Energiequellen" • A1B: "Balance", gleichgewichteter Mix der Energiequellen • A2: sehr heterogene Entwicklung der Nationen, regional sehr unterschiedliche Entwicklungen der Geburtsraten, der pro-Kopf-Einkommen und der technologischen Entwicklung.Weiter stetiges Wachstum der Weltbevölkerung (2100: 15 Mrd.)Welt-BSP 2100: ~243 Billionen US$/a, Langsamere Konvergenz.

6. Die Klimaszenarien: "Storylines" B1: ähnlich A1, aber schnelle Entwicklung zur globalen Dienstleistungs- und Informationsgesellschaft. Reduktion des Ressourcen-Verbrauchs, schnelle Einführung umweltfreundlicher Technologie, globale Lösungen, zunehmende Gleichheit. Weltbevölkerung 2100: ~7 Mrd. Welt-BSP: ~328 Billionen US$/a. B2: Wieder lokale/regionale Entwicklungen bestimmend, in den Szenarien wird großer Wert auf Umweltschutz und soziale Gerechtigkeit gelegt, aber nur auf lokaler Ebene. Mittlere ökonomische Entwicklung, langsameres aber stetiges Wachstum der Weltbevölkerung.Weltbevölkerung 2100: ~10.4 Mrd. Welt-BSP: ~235 Billionen US$/a.

7. Schematische Darstellung der Szenario-Familien A1T A1B A1FI

8. Schematische Darstellung der Szenario-Familien

9. Überblick über die wichtigsten Kennzahlen der Szenario-Familien Family A1 A2 B1 B2 A1FI A1B A1T Scenario group 1990 1990 [SRES 2000]

10. Entwicklung der Weltbevölkerung nach den Szenario-Familien [SRES 2000]

11. Überblick über die wichtigsten Kennzahlen der Szenario-Familien Family A1 A2 B1 B2 A1FI A1B A1T Scenario group 1990 [SRES 2000]

12. Überblick über die wichtigsten Kennzahlen der Szenario-Familien [SRES 2000] Family A1 A2 B1 B2 A1FI A1B A1T Scenario group 1990

13. Globale CO2-Emissionen Energie und Industrie, 1990 = 1 [SRES 2000]

14. Globale CO2-Emissionen durch "land-use change", 1990 = 1 [SRES 2000]

15. CO2-Emissionen nach Szenario-Familien [SRES 2000]

16. kumulative CO2-Emissionen: 770 bis 2540 GtC von 1990 -2100 [SRES 2000]

17. Erwartete Entwicklung der SO2-Emissionen [SRES 2000]

18. Rückkopplungen im Klimasystem

19. Rückkopplungen im Klimasystem: nicht-lineare, selbstverstärkende oder dämpfende Effekte, die Klimaentwicklung beeinflussen. Rückkopplungen sind der Hauptgrund für die Unsicherheiten/Bandbreite der prognostizierten Klimasensitivität  ("F = T"). Wichtigstes Beispiel für Rückkopplung: Wasserdampf Treibhaus- gas CO2 + Temperatur Treibhaus- gas erhöhte Evaporation + + + H2O(g) Verstärkung des Effekts von CO2 alleine um ungefähr einen Faktor 2.

20. Änderung des Wasserdampfs in der oberen Troposphäre bei einer Verdoppelung von CO2 [Del Genio, Science, 2002] • Probleme: • Auflösung in den Klima-Modellen (zB. Konvektion...) • insbes. Rolle der Wolken: Hauptgrund für den großen Bereich der Klimasensitivität bei Verdoppelung CO2 von 1.5 bis 4.5 °C.

21. Rolle der Wolken bei CO2-Verdopplung nach verschiedenen Klimamodellen [IPCC 2001]  große Unsicherheit und möglicherweise "right for the wrong reasons"

22. Rolle der Wolken bei CO2-Verdopplung nach verschiedenen Klimamodellen [IPCC 2001]

23. Rückkopplungsmechanismen: Eis-Albedo-Effekt

24. Rückkopplungsmechanismen: Eis-Albedo-Effekt: Packeis CO2 [IPCC 2001]

25. Rückkopplungsmechanismen erschweren Modellierung... [IPCC 2001]

26. Rückkopplungen: Einfluss von Landeis auf die Atlantische THC CO2 [IPCC 2001]

27. Die wichtigste Rückkopplungen im Überblick: • Wasserdampf • Wolken und Niederschlag • Eis-Albedo-Effekt • Temp  Permafrostgebiete  Methanemissionen • Einfluss von Methan auf OH  atmos. Aufenthaltszeit Methan • Süßwasserzufluss  THC  Temperatur/Niederschlag • Temp  Schichtung der Meeresoberflächen  ozean. CO2-Aufnahme • Änderung von pH-Wert und chemischem Gleichgewicht der Ozeane  veränderte CO2-Aufnahme • Atmosphärische Zirkulation? • viele dieser Rückkopplungen nur unzureichend verstanden • quantitative Aussagen sind schwierig

28. Zuordnung der Gründe für Klimawandel

29. Zuordnung der Gründe für Klimawandel Gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Modelle sind heute in der Lage das Klima mit den wesentlichen Antriebsfaktoren realistisch zu simulieren. Der Temperaturverlauf im 20. Jahrhundert kann nur reproduziert werden, wenn anthropogene Einflüsse berücksichtigt werden. Daher ist der anthropogene Einfluss auf das Klima nicht nur physikalisch plausibel, sondern der Einfluss des Menschen kann inzwischen von natürlicher Variabilität und natürlich bedingten Trends unterschieden werden.

30. Zuordnung der Gründe für Klimawandel [IPCC 2001] Die beobachtete Klimaentwicklung wird am besten vom AOGCM reproduziert, wenn sowohl natürliche als auch anthropogene Strahlungsantriebe berücksichtigt werden. Wesentlicher Einfluss der letzten 25 Jahre: Anthropogen 0 = 1880 bis 1920

31. Erwarteter zukünftiger Klimawandel

32. Änderung der mittleren Oberflächentemperatur 1990-2100 nach IPCC 2001: [IPCC 2001]

33. Erwartete mittlere multi-Modell Temperaturänderung 2071-2100 im Vergleich zu 1961-1990 für SRES A2. [IPCC 2001] °C blaue Linien: "mean range", grüne Linien: mittlere Änderung durch Standardabweichung

34. Erwartete mittlere multi-Modell Niederschlagsänderung 2071-2100 im Vergleich zu 1961-1990 für SRES A2. % [IPCC 2001] rote Linien: "range", grüne Linien: mittlere Änderung durch Standardabweichung

35. Auswirkungen der Klimawandels: Korallenriffe sterben Klimazonen verschieben sich Artensterben, Rückgang der biologischen Vielfalt Krankheiten wie Malaria nehmen zu Trinkwasserknappheit Landwirtschaft Zunahme der Extreme