Was für Rückwirkungen haben Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel in der Metropolregion Hamburg, wie z.B. Bewässerung oder eine geänderte Landnutzung? Welche Veränderungen sind in den oberflächennahen Parametern wie der Temperatur und Verdunstung zu sehen? Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden mit dem regionalen Klimamodell REMO Studien zur Bewässerung in die südöstlichen Landkreise der MRH und der aktuellen Landnutzung in der gesamten MRH durchgeführt. Die Auswirkungen, die diese Veränderungen im simulierten regionalen und lokalen Klima haben, wurden analysiert und diskutiert. Dabei steht der europäische Hitzesommer 2003 im Vordergrund der Untersuchungen, da Klimamodelle projizieren, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts etwa jeder zweite Sommer ebenso heiß und trocken werden kann.
Regional climate change projections show a changing climate in the metropolitan region of Hamburg for the end of the century: The temperature could increase and the precipitation in summer could decrease. To cope with the probably longer lasting and hotter summer conditions in Europe there are different possible adaptation measures in land management practice, e.g. forest conversion. That means the conversion of mostly coniferous forest monocultures to deciduous and mixed forests. Mixed forests are generally more adaptable in comparison to conifer forests. They ensure an increased groundwater recharge because of less canopy interception and reduced transpiration outside the growing season. An interesting question is how forest conversion would feedback to the regional climate under different climate conditions. To explore climate feedbacks, REMO (regional climate model at the Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg) is applied. To get a more realistic representation of the land surface, a current dataset from a digital basis landscape model of the Federal Agency for Cartography and Geodesy is used instead of the standard representation of the land surface in REMO. In some areas of the metropolitan region of Hamburg the updated land surface increases the forest fraction. Additionally, all coniferous forest types are converted into broadleaf forest types to study the maximum impact on the simulated near surface climate. This set-up is used for a climate simulation with REMO, forced by ERA-INTERIM reanalysis data for the period of 1990-2008. Selected climate variables are analyzed and the associated processes are investigated: The different forest distributions affect particularly the evapotranspiration and thus the water- and energy cycle of the soil and the lower atmosphere. Especially, the effects in the very hot and dry year 2003 and in the wet year 2002 are analyzed. To study the impacts of the forest distributions under different climate conditions, a second climate simulation is set up with REMO, forced by ECHAM5-MPIOM for the historical period 1970-2000 and for the future time periods 2035-2065 and 2070-2100 under A1B emissions. This allows analyzing the impact of a changed forest cover under different climate conditions. It gives a first estimation of climate sensitivity.
Die Ergebnisse der Experimente Feldberegnung und Waldumbau zeigen Rückwirkungen von möglichen Anpassungsmaßnahmen in der Landbewirtschaftung auf das Klima: Beregnung und Waldumbau bewirken in warmen und trockenen Sommern eine leichte Kühlung der Umgebung. Waldumbau kann zudem einer erhöhten Speicherung von Bodenwasser im Frühjahr und damit zu mehr Bodenwasserverfügbarkeit im Sommer an geeigneten Standorten beitragen. Unter bestimmten Bedingungen in Boden und Atmosphäre können die Rückwirkungen durch Anpassungsmaßnahmen die durch veränderte Treibhausgasemissionen bewirkte Klimaänderungen bis zu einem bestimmten Maß lokal verstärken oder abschwächen. Diese Wechselwirkungen zwischen Klima und Landnutzungsänderungen sind bei der Erarbeitung von Anpassungsstrategien in Land- und Forstwirtschaft zu berücksichtigen.
Die Ergebnisse der Experimente Waldumbau und Beregnung zeigen Rückwirkungen von möglichen Anpassungsmaßnahmen in der Landbewirtschaftung auf das Klima, welche unter bestimmten Bedingungen in Boden und Atmosphäre die durch veränderte Treibhausgasemissionen bewirkte Klimaänderungen bis zu einem bestimmten Maß lokal verstärken oder abschwächen können. Diese Wechselwirkungen zwischen Klima- und Landnutzungsänderungen sind bei der Erarbeitung von Anpassungsstrategien in Land- und Forstwirtschaft zu berücksichtigen und sollten zudem sowohl empirisch als auch in der Theorie mithilfe von Klimamodellen weiter erforscht werden, damit deren Quantifizierung in die Bewertung der Anpassungsmaßnahmen einfließen kann. Bei der Entwicklung von Waldbaustrategien sind weitere Aspekte zu berücksichtigen, wie z. B. die Ausbreitung von Schädlingen und die Anfälligkeit der Baumarten unter zukünftigen Klimabedingungen.
Im ersten Teil wird zunächst ein Überblick über die zeitlichen Verläufe der projizierten Temperatur- und Niederschlagsänderungen in der Metropolregion Hamburg insgesamt gegeben. Die Legende zeigt jeweils alle regionalen Klimasimulationen, die die Datenbasis für dieses Informationspapier sind. Es handelt sich dabei um 3 Realisierungen der Kontrollsimulation und je 3 Realisierungen der Szenarien A1B, B1 und A2 mit REMO in 0.088° Horizontalauflösung (UBA, KLIWAS, KLIMZUG) sowie 2 Realisierungen der Kontrollsimulation und je 2 Realisierungen der Szenarien A1B und B1 mit CLM in 0.165° Horizontalauflösung (Konsortialrechnungen). Zudem werden für die Temperatur- und Niederschlagsänderungen 2036-2065 und 2071-2100 gegenüber 1971-2000 das Mittel sowie Minimum und Maximum aller 13 Klimasimulationen dargestellt. Im zweiten Teil werden dann die projizierten Temperatur- und Niederschlagsänderungen 2036-2065 und 2071-2100 gegenüber 1971-2000 für alle Landkreise der Metropolregion Hamburg dargestellt. Auch hier werden jeweils das Mittel sowie Minimum und Maximum aller Simulationen vorgestellt.
Bei der Erforschung von Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel spielen Informationen und Daten über die möglichen Veränderungen der verschiedenen Klimaparameter und deren Folgen für den regionalen Wasser- und Energiehaushalt eine wesentliche Rolle. Das Max-Planck-Institut für Meteorologie stellt über die Querschnittsaufgabe Klimawandel für sämtliche Teilprojekte in KLIMZUG-NORD Informationen zu Klimaänderungen für Norddeutschland bereit und berät zum Umgang mit regionalen Klimadaten und ihren Unsicherheiten. Im intensiven Dialog mit den Projektpartnern wird eine sinnvolle und konsistente Verwendung von Klimawissen abgestimmt. Es wird umfassend über die Möglichkeiten und Grenzen der regionalen Klimamodellierung informiert.
Die Projektionen der Klimaänderung für Europa und Deutschland bis zum Ende des 21. Jahrhunderts zeigen eine große Bandbreite der simulierten Temperatur- und Niederschlagtrends, verursacht durch 1. Unsicherheiten globaler und regionaler Klimamodellierung, 2. interne Variabilität des Klimas und 3. unterschiedliche Annahmen über die zukünftige Entwicklung von Treibhausgasemissionen. Diese Bandbreite wird im ersten Arbeitspaket von Teilprojekt T3.1 untersucht, um Unsicherheiten von Klimasimulationen auch in der Klimafolgenforschung sowie der Erforschung von Anpassungsmöglichkeiten zu berücksichtigen.
Die Phänologie beschreibt die im Jahresverlauf periodisch wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen von Pflanzen und Tieren. In dieser Studie wird die Phänologie von Pflanzen betrachtet. Der jährliche Vegetationszyklus wird durch den Jahresgang mas bestimmt. Die engen Wechselbeziehungen machen die Pflanzenphänologie zu einem Indikator für Klimaänderungen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Analyse phänologischer Zeitreihen für die Metropolregion Hamburg, die der Deutsche Wetterdienst (DWD) für phänologische Stationen in der Region für den Zeitraum seit 1951 archiviert und bereitstellt. Es soll untersucht werden, ob und in welcher Größenordnung eine Verschiebung der phänologischen Jahreszeiten als Indikator für die Erwärmung in den letzten Jahrzehnten stattfindet. Die Ergebnisse basieren im Wesentlichen auf der Praktikumsarbeit von M. Dröse, die im Sommer 2013 am Climate Service Center in Hamburg und im Rahmen des KLIMZUG-NORD Projekts durchgeführt wurde. In dieser Zusammenfassung sollen schwerpunktmäßig die Ergebnisse der Stationen Boizenburg im Osten sowie Büchen und Uelzen im Südosten der Metropolregion Hamburg vorgestellt werden.
Die durchschnittliche Jahresmitteltemperatur nimmt zur Mitte des Jahrhunderts um 0,9 K bis 2 K zu (und zum Ende des Jahrhunderts um 1,9 K bis 3,3 K), jeweils mit stärkstem Anstieg im Winter (eine Änderung von 1 K entspricht einer Änderung um 1 °C). Tage mit sehr hohen Temperaturen treten deutlich häufiger auf und führen zur größeren Hitzebelastung im Sommer. Der durchschnittliche Jahresniederschlag nimmt im Verlauf des 21. Jahrhunderts zu, dabei treten die stärksten Zunahmen im Herbst und im Winter auf.· Im Sommer dagegen zeigen zur Mitte des 21. Jahrhunderts die Simulationen für das A1B Szenario abnehmende Niederschläge, zum Ende des Jahrhunderts fast alle Simulationen. Zudem zeigt sich im Sommer trotz im Mittel abnehmender Niederschlagsmengen eine Zunahme der Intensität von starken Niederschlägen. Eine Verminderung der globalen Treibhausgasemissionen führt zu deutlich geringeren Klimaänderungen.
Seit Beginn der Industrialisierung nimmt die Konzentration langlebiger Treibhausgase in der Erdatmosphäre beständig zu. Dadurch wird eine langfristig zunehmende Erwärmung der Erdoberfläche und der bodennahen Atmosphäre angestoßen, was die Zirkulation der Luftmassen in der Atmosphäre und den Wasserkreislauf der Erde verändert. Diese globalen Veränderungen wirken sich regional unterschiedlich aus. An den meteorologischen Messstationen der Metropolregion Hamburg wird für das vergangene Jahrhundert eine Erwärmung der bodennahen Atmosphäre beobachtet, die über dem globalen Durchschnitt liegt. Die im Rahmen von KLIMZUG-NORD verwendeten Klimaprojektionen bilden einen weiteren Anstieg der bodennahen Lufttemperatur im 21. Jahrhundert ab, der sich je nach zugrunde liegendem Emissionsszenario mehr oder weniger stark beschleunigt. Es werden veränderte Niederschlagsmengen mit Zunahmen besonders in den Herbst- und Wintermonaten projiziert, während sich für die Sommermonate in den meisten Simulationen eine abnehmende Tendenz zeigt. In diesem Bericht werden Methoden und Ergebnisse regionaler Klimaprojektionen für die Metropolregion Hamburg vorgestellt.