Wie wird das Klima in Europa in der Mitte des 21. Jahrhunderts aussehen?

Diese Frage ist eng verknüpft mit der globalen Erwärmung als Folge menschlicher Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Änderungen in der Landnutzung. Dadurch erhöhen sich die Konzentrationen atmosphärischer Treibhausgase wie des Kohlendioxids, aber auch die anderer Spurenstoffe, die in Partikelform (z. B. als Sulfataerosole) einen Teil des Sonnenlichtes reflektieren und damit dem anthropogenen Treibhauseffekt entgegenwirken. Die Folgen für das Klima der Erde können mit Hilfe von Computersimulationen abgeschätzt werden. Dazu werden globale Klimamodelle entwickelt, die die Wechselwirkung zwischen den physikalischen Prozessen in Atmosphäre, Ozean, Meereis und Landoberflächen quantitativ beschreiben. Als Eingabeparameter benötigen die Modelle u.a. die Konzentrationen der wichtigsten Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon, Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und Aerosole.

 

Für den 2007 veröffentlichten vierten Sachstandsbericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2007) wurden Szenarienrechnungen mit insgesamt 23 Klimamodellen durchgeführt. Beteiligt war von deutscher Seite das Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M). Dabei wurden die wichtigsten Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon, Fluorchlorkohlenwasserstoffe) sowie Aerosole berücksichtigt. Für die Vergangenheit (1860 bis 2000) wurden die beobachteten Konzentrationen vorgeschrieben, während für die Zukunft drei Szenarien durchgerechnet wurden (B1, A1B, A2; Nakicenovic et al., 2000), denen unterschiedliche Annahmen über zukünftiges Bevölkerungswachstum, Energieverbrauch etc. zugrunde liegen. Für diese drei Szenarien liefern die Modellrechnungen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts eine Erwärmung von 1.8°C (1.1-2.9) für B1, 2.8°C (1.7-4.4) für A1B und 3.4°C (2.0-5.4) für A2 (IPCC, 2007). Im extremsten Fall (Szenario A1FI) ist sogar mit einer globalen Erwärmung von bis zu 6.4°C zu rechnen. Allerdings wurde diese Abschätzung nur mit Hilfe vereinfachter Klimamodelle gemacht. 

 

Die globale Erwärmung hat eine Zunahme des atmosphärischen Wasserdampfs zur Folge sowie einen verstärkten Wasserdampftransport von den Ozeanen zu den Kontinenten und damit eine Zunahme des Niederschlags über den Landgebieten. Regional sind die Niederschlagsänderungen jedoch sehr verschieden. Dabei fällt generell mehr Niederschlag in hohen Breiten und in Teilen der Tropen, während die regenärmeren Subtropen noch weiter austrocknen. Damit vergrössern sich die Unterschiede zwischen den feuchten und trockenen Klimaten.

 

Um die Auswirkungen globaler Klimaänderungen auf Regionen wie z.B. Europa zu untersuchen, werden hochauflösende regionale Klimamodelle in globale Klimamodelle eingebettet. So ist es möglich, wie mit einer Lupe eine spezielle Region detaillierter zu untersuchen und eine Brücke zwischen globalen Klimaänderungen und möglichen lokalen Konsequenzen zu schlagen. Die Muster der Temperatur- und Niederschlagsänderungen in Europa sollen beispielhaft an Hand der Modellergebnisse eines regionalen Modells dargestellt werden. Hierfür wurde das am MPI-M entwickelte regionale Modell REMO (Jacob, 2001) in das globale Klimamodell ECHAM5/MPI-OM (Jungclaus et al., 2006) integriert, d.h. an den seitlichen Rändern des Untersuchungsgebietes strömen Luftmassen, wie sie im Globalmodell berechnet wurden, in das Berechnungsgebiet des regionalen Modells hinein. Außerdem wird die vom Globalmodell berechnete Temperatur der Meeresoberfläche im Regionalmodell vorgeben. Damit können regionale Klimaänderungen unter Berücksichtigung der globalen Informationen und der lokalen und regionalen Gegebenheiten berechnet werden. Im Mittel über das Berechnungsgebiet unterscheiden sich die regionalen Modellergebnisse nur unwesentlich von denen des Globalmodells. Das Regionalmodell kann jedoch die Erdoberfläche (Berge, Vegetation) wesentlich detaillierter darstellen und damit die Niederschlagsverteilung besser erfassen. Zusätzlich wird eine höhere Genauigkeit bei der Simulation von Extremereignissen erreicht.

 

Klimaprojektionen auf der Basis der Szenarien B1, A1B und A2 wurden sowohl mit dem Globalmodell (Roeckner et al., 2006) als auch mit REMO durchgeführt, wobei die Gitterweite in REMO mit 50 km für Europa deutlich feiner ist als im Globalmodell (200 km). Alle Klimasimulationen - global und regional - wurden am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) durchgeführt. Exemplarisch ist für das A1B Szenario zu erkennen, dass die Klimaerwärmung in Europa nicht gleichmäßig erfolgt sondern regionale und auch saisonale Unterschiede aufweist. Für den Mittelmeerraum wird ein Anstieg der Sommertemperaturen (JJA) von mehr als 2,5°C berechnet, während in weiten Teilen Mitteleuropas weniger als 1,5°C Erwärmung erwartet wird und in Osteuropa weniger als 1°C. In den Wintermonaten (DJF) beträgt der Temperaturanstieg etwa 1,5° bis 2° und erstreckt sich von Skandinavien bis zum Mittelmeer. Nur in Regionen unter direktem Einfluss des Atlantiks (Großbritannien, Portugal, Teile von Spanien) fällt im Winter der Temperaturanstieg geringer aus (Abb. 1).

 

Noch ausgeprägter sind die regionalen und saisonalen Unterschiede bei den Niederschlagsänderungen (Abb. 2). In der Mitte des 21. Jahrhunderts zeigt sich bereits ein deutlicher Trend zur Niederschlagsabnahme von bis zu 50% im Mittelmeerraum in allen Jahreszeiten, während große Teile Europas im Winter und Herbst mit erhöhten Niederschlägen rechnen müssen. Für die Sommermonate wird auch in weiten Teilen Nord- und Mitteleuropas eine Abnahme des Niederschlags erwartet (z. B. in Großbritannien mit mehr als 30 %). Dies ist mit einer Verlagerung des Azorenhochs nach Nordosten verbunden.

 

Welche Unsicherheiten gibt es bei derartigen "Klimaprognosen"?

1) Die Ergebnisse hängen entscheidend ab vom jeweiligen "Szenarium", d.h. von den Annahmen über die zukünftige Entwicklung der Weltbevölkerung, der Industrialisierung, des Verbrauchs fossiler Brennstoffe etc..

2) Ein Teil möglicher anthropogener Einflussfaktoren wurde bisher vernachlässigt, weil entweder zu wenig über deren physikalisch-chemische Grundlagen bekannt ist (dies gilt für einen grossen Teil der Aerosole), oder weil die Komplexität der Prozesse einer Berücksichtigung in Klimamodellen bisher im Wege stand (so fehlt oft die Ozonchemie).

3) Natürliche Einflussfaktoren wurden nicht berücksichtigt, weil sie entweder nicht vorhersagbar (Vulkanismus) oder nur unzureichend bekannt sind (längerfristige Trends der Sonnenstrahlung).

4) Klimamodelle können immer nur eine angenäherte Simulation des sehr komplexen realen Klimasystems liefern. Generell gilt, dass die Aussagekraft der Modelle um so geringer wird, je kleiner das betrachtete Gebiet ist. So können z.B. regionale Details innerhalb Deutschlands weniger genau erfasst werden als Unterschiede zwischen Nord- und Südeuropa. Der Hauptgrund liegt in der noch relativ groben Maschenweite der globalen Klimamodelle von einigen hundert Kilometern, die es nicht erlaubt, Gebirge wie z.B. die Alpen, gut aufzulösen oder auch kleinräumige Prozesse, wie die Wolken- und Niederschlagsbildung, adäquat darzustellen. Hinzu kommt, dass die Modelle derzeit noch unvollständig sind. So bleiben mögliche Änderungen der Vegetation im zukünftigen Klima ebenso unberücksichtigt wie Änderungen in der Masse des Inlandeises. Als Folge der oben skizzierten Klimaänderungen könnte sich die Vegetation ändern und diese Änderung wiederum auf die Temperatur der Landoberfläche zurückwirken (Dümenil Gates und Ließ, 1999). Derartige vegetationsdynamische Rückkopplungen werden vermutlich in der nächsten Generation der Klimamodelle ebenso berücksichtigt werden wie die Wechselwirkung mit chemischen Prozessen in der Atmosphäre.

 

 

Neue Szenarienrechnungen


2010/2011 wurden mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM des MPI-M neue Szenarien für den fünften Sachstandsbericht (AR5 – Assessment Report 5) des IPCC im Rahmen des vergleichenden Modellprojekts CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) gerechnet. Der AR5 wird im September 2013 veröffentlicht.

 

Stand: Dezember 2007/Januar 2013

Ansprechpartner: Opens window for sending emailErich Roeckner und Opens window for sending emailAnnette Kirk

Literatur:

Friedlingstein, P., P. Cox, R. Betts, L. Bopp, W. von Bloh, V. Brovkin, P. Cadule, S. Doney, M. Eby, I. Fung, G. Bala, J. John, C. Jones, F. Joos, T. Kato, M. Kawamiya, W. Knorr, K. Lindsay, H.D. Matthews, T. Raddatz, P. Rayner, C. Reick, E. Roeckner, K.-G. Schnitzler, R. Schnur, K. Strassmann, A.J. Weaver, C. Yoshikawa, and N. Zeng, 2006: Climate-carbon cycle feedback analysis, results from the C4MIP model intercomparison. J. Climate, 19, 3337-3353

IPCC, 2007: Climate Change 2007. The Physical Science Basis. Edited by S. Solomon, D. Qin, M. Manning, M. Marquis, K. Averyt, M. Tignor, H. LeRoy Miller, Jr., and Z. Chen. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 pp.

Jacob, D., 2001: A note to the simulation of the annual and inter-annual variability of the water budget over the Baltic Sea drainage basin, Meteorol Atmos Phys 77, 61-73.

Jungclaus, J.H., N. Keenlyside, M. Botzet, H. Haak, J.-J. Luo, M. Latif, J. Marotzke, U. Mikolajewicz und E. Roeckner, 2006: Ocean circulation and tropical variability in the coupled model ECHAM5/MPI-OM. J. Climate, 19, 3952-3972.

Nakicenovic, N. et al., 2000: ‘IPCC Special Report on Emissions Scenarios’, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Roeckner, E., G.P. Brasseur, M. Giorgetta, D. Jacob, J. Jungclaus, C. Reick und J. Sillmann, 2006: Climate Projections for the 21st century. Max Planck Institute for Meteorologie, Hamburg, Internal Report, 28pp.