HOKLIM
Hochaufgelöste Klimaindikatoren bei
einer Erderwärmung von 1.5 Grad
Projektergebnisse für Deutschland
Die zentralen Projektergebnisse zur Entwicklung von agrarischen und hydrologischen Dürren sowie Hochwasser unter Klimawandel sind für Deutschland und die Bundesländer in einer Broschüre Download HOKLIM Broschüre (12.8 MB) aufbereitet wurden. Kurz zusammengefasst sind dies:
- Mit zunehmender globaler Erwärmung verschärfen sich sowohl sommerliche Niedrigwassersituationen als auch landwirtschaftliche Dürren.
- Eine Erwärmung von 3 Grad im Vergleich zum Zeitraum 1971-2000 würde für Teile Süddeutschlands eine Verdopplung der Dürredauer bedeuten.
- Im Gegensatz hierzu ergeben sich nur geringe Änderungen für Hochwasser unter allen untersuchten Erwärmungsgraden von 1.5, 2 und 3 Grad.
- Insgesamt nehmen die negativen Veränderungen zwischen 2 und 3 Grad signifikant zu, so dass auch für Deutschland und die betrachteten Extremereignisse eine Begrenzung der Erderwärmung auf 2 Grad vorteilhaft wäre.
- Unterschiede aller untersuchten Indizes zwischen einer globalen Erwärmung von 1.5 und 2 Grad sind in Deutschland relativ klein und lassen nur Aussagen mit geringer Sicherheit zu.
Der Anhang zur Broschüre findet sich hier: Download HOKLIM Anhang (2.8 MB)
Projektergebnisse für Europa
Die zentralen Projektergebnisse für Euroa sind in drei englischsprachigen Publikationen veröffentlicht:
- L. Samaniego*, S. Thober*, R. Kumar, N. Wanders, O. Rakovec, M. Pan, M. Zink, J. Sheffield, E. F. Wood & A. Marx: Anthropogenic warming exacerbates European soil moisture droughts, Nature Climate Change, Volume 8, Pages 421–426 (2018), *: gleicher Beitrag, Link zur UFZ-Pressemitteilung
- A. Marx, R. Kumar, S. Thober, O. Rakovec, N. Wanders, M. Zink, E. F. Wood, M. Pan, J. Sheffield, and L. Samaniego: Climate change alters low flows in Europe under global warming of 1.5, 2, and 3 °C, Hydrol. Earth Syst. Sci., 22, 1017-1032, 2018
- S. Thober, R. Kumar, N. Wanders, A. Marx, M. Pan, O. Rakovec, L. Samaniego, J. Sheffield, E. F. Wood, and M. Zink: Multi-model ensemble projections of European river floods and high flows at 1.5, 2, and 3 degree global warming. 2018 Environ. Res. Lett. 13 014003
Kurzbeschreibung des Projektes
Das Ziel des HOKLIM Projektes ist es die biophysikalischen Auswirkungen einer 1,5°C, 2°C und 3°C Globalerwärmung auf den Wasserkreislauf in Europa genauer zu untersuchen. Dazu werden für die gesamte Fläche der EU hydrologische Simulationen auf einer räumlichen Auflösung von 5 km durchgeführt. Wir nutzen für unsere Auswertung verschiedene hydrologische Modelle, Klimamodelle und Emissionsszenarien. Innerhalb unserer Auswertung liegt ein besonderer Schwerpunkt auf Hochwasser, hydrologische und agrarische Dürren (Abb. 1).
Eine Erderwärmung von 2 Grad im Vergleich zu vorindustriellen Bedingungen wurde auf dem Weltklimagipfel COP21 in Paris als ein Hauptziel vorgegeben. Da die Forschung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Gesellschaft und Umwelt hat sich in den letzten Jahren vor allem auf Klimaprojektionen konzentrierte, welche von einer Erwärmung von 2°C bis 3°C und darüber hinaus ausgehen, leisten unsere Ergebnisse einen Beitrag zu einer verbesserten wissenschaftlichen Informationsbasis in Bezug auf das 2 Grad Ziel.
Projektübersicht
Der IPCC hat beschlossen einen Sonderbericht zu den Auswirkungen einer globalen Erwärmung von 1,5°C im Vergleich zu vorindustriellen Bedingungen zu veröffentlichen (SR1.5). Die umfassende wissenschaftliche Bewertung der Folgen einer Erderwärmung von 1,5°C steht noch aus. Auch eine Abschätzung der möglichen positiven Effekte im Vergleich zu einer globalen Erwärmung von 2°C oder 3°C ist für den Wassersektor Europas und Deutschlands nicht verfügbar. Das Projekt HOKLIM setzt hier an. Unser Projekt greift auf bereits erstellte hochaufgelöste Modellsimulationen für Europa unter Verwendung verschiedener Klimamodelle und hydrologischer Modelle zurück. Die Modellsimulationen beziehen verschiedene Projektionen (RCP2.6, RCP6.0 und RCP8.5) mit ein und erlauben somit eine Bewertung differentieller Klimafolgen bei verschiedenen Erwärmungsgraden (1,5°C, 2°C und 3°C) unter Berücksichtigung der Modellunsicherheiten. Dazu werden sektorenspezifische Indizes und Indikatoren zu Hoch- und Niedrigwasser in Flüssen sowie zu Bodenfeuchtedürren genutzt, welche in dem laufenden EDgE-Projekt gemeinsam mit Stakeholdern erarbeitet wurden. Sie berücksichtigen somit den konkreten Informationsbedarf von z.B. Wasser- und Energieversorgern, der Landwirtschaft und Schifffahrt. Ein weiteres Hauptziel von HOKLIM ist die Bereitstellung von Diskussions- und Entscheidungsgrundlagen für den auf SR1.5 folgenden politischen Prozess und für die Öffentlichkeit. Dazu werden indikatorenbasierte Broschüren erstellt. Die Daten und Indikatoren sind geeignet, sowohl deutsche als auch europäische Datensätze zu Klimaindikatoren zu unterstützen als auch Klimafolgestudien (z.B. agrarische Ertragsabschätzung) zu ermöglichen.
Klimamodelle und Emissionsszenarien
Wir nutzen innerhalb des HOKLIM Projektes fünf CMIP5 Klimamodelle: GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC-ESM-CHEM, und NorESM1-M. Diese wurden innerhalb des ISIMIP und EDgE Projektes bereitgestellt. Wir nutzen drei Emissionsszenarien zur Abbildung von verschiedenen Erwärmungsgraden. Diese sind die RCPs 2.5, 6.0 und 8.5. Innerhalb des EDgE Projektes wurde eine Modellkette entwickelt, um diese Klimamodelldaten auf eine räumliche Auflösung von 5 km für die Gesamtfläche der EU herunterzuskalieren. Wir nutzen diese innerhalb des HOKLIM Projektes um Antriebsdaten für die drei hydrologischen Modelle für den Zeitraum von 1970 bis 2099 zu erhalten (Referenzzeitraum: 1971-2000).
Hydrologische Modelle
Wir nutzen drei hydrologische Modelle für die Simulation des Abflusses und der Bodenfeuchte auf der gesamten Fläche der EU. Diese sind:
- das mesoskalige Hydrologische Modell (mHM)
- das Landoberflächen Modell Noah-MP
- das hydrologische Modell PCR-GLOBWB
Berechnung von sektorenspezifischen Klimaindikatoren
Innerhalb der Auswertung der Simulationsergebnisse verwenden wir sektorenspezifische Klimaindikatoren (SSKIs) zu Hoch- und Niedrigwasser und Bodenfeuchtedürren, welche im EDgE Projekt gemeinsam mit Stakeholdern erarbeitet wurden. Diese beziehen somit den konkreten Informationsbedarf der Wasserwirtschaft mit ein.
Gesellschaftliche Verwertung der Projektergebnisse
Die gesellschaftliche Verwertung steht im Mittelpunkt von HOKLIM. Die hier zum Teil vorhandene und im Projekt zusätzlich geschaffene hochaufgelöste Datenbasis wird Beiträge zum globalen IPCC Sonderbericht SR1.5, zur Unterstützung politischer Diskussionen zum 1,5 Grad Ziel in Deutschland und zu vorhandenen und in Entwicklung befindlichen Indikatorensystemen leisten.
Wissenstransfer - Verwertung der Ergebnisse für den IPCC SR1.5
Zur Unterstützung der Informationsgrundlage für den IPCC SR1.5 ist es unser Ziel die Ergebnisse in wissenschaftlichen Artikeln zu publizieren. Die Publikationen werden die Ergebnisse für die drei Bereiche Hochwasser, Niedrigwasser und Bodenfeuchte separat behandeln.
Wirtschaftliche Verwertung und Unterstützung der politischen Debatte
Zur Unterstützung der politischen Debatte nach der Veröffentlichung des SR1.5 im Herbst 2018 werden wir eine indikatorenbasierte Broschüre erstellen, welche wir online verfügbar machen. Dabei werden die europaweit vorliegenden Ergebnisse für Deutschland aufbereitet und regionale Hotspots identifiziert. Die Broschüren werden in deutscher Sprache verfasst.
Wissenschaftlich-technische Verwertung und Anschlussfähigkeit
Die im Projekt generierten Daten sollen öffentlich verfügbar gemacht werden. Die den Indikatoren zugrunde liegenden hydrologischen Daten werden im UFZ Datenmanagementsystem (Web-Portal) zur Verfügung gestellt. Damit ist die wissenschaftliche Anschlussfähigkeit gewährleistet, z.B. für weiterführende Impactstudien zu landwirtschaftlichem Ertrag. Des Weiteren unterstützen die Daten unterschiedliche Indikatorensysteme, z.B. der Deutschen Anpassungsstrategie und dem zugehörigen Monitoringbericht oder die bestehenden und in Entwicklung befindlichen Indikatorensystem der Bundesländer.