The work presented here is part of the socioeconomic analysis that is carried out within the RADOST project. It has been the starting point of developing a dynamic regionalized Input-Output (IO) model that is used to assess the effects of climate change and adaptation strategies on the regional economy. In a first step the model has been set up for the tourist sector in Mecklenburg-Western Pomerania. The possible developments of the tourism demand – influenced by climate change and other factors – were represented in three scenarios, which in turn were used as input data for the IO model.
Der Bericht "Grundwasserbewirtschaftung und Klimawandel - Handlungsansätze für Planungsträger und Genehmigungsbehörden" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.2e. In diesem Handlungsleitfaden werden den kommunalen Planungsträgern und Genehmigungsbehörden einige Ansätze zur Beurteilung der langfristigen Genehmigungsfähigkeit grundwasserwirtschaftlicher Vorhaben unter Berücksichtigung der prognostizierten Effekte des Klimawandels sowie Strategien und Maßnahmen vorgeschlagen, die für den Bereich der Grundwasserbewirtschaftung einen Beitrag zur Anpassung an die sich verändernden Dargebote leisten können.
Der Bericht "Auswirkungen des Klimawandels auf die Emission aus Kanalnetzen - Strategien zur Verringerung der Frachtspitzen" repräsentiert das REGKLAM-Produkt 3.2.4c. Im Betrieb von Kanalisation und Kläranlagen sind sowohl das häufigere Auftreten von Starkniederschlägen als auch die Tendenz zu längeren Trockenperioden von großer Bedeutung. Bei langen Trockenperioden ist grundsätzlich von einer höheren Stoffakkumulation an der Oberfläche und verstärkter Bildung von Kanalsedimenten auszugehen. Dieser Bericht widmet sich den Schmutzfrachtprozessen im urbanen Entwässerungssystem. Es werden kritische Belastungen identifiziert und mit den verursachenden meteorologischen Einflussfaktoren korreliert.
Abstract
Water management and environmental protection is vulnerable to extreme low flows during streamflow droughts. During the last decades, in most rivers of Central Europe summer runoff and low flows have decreased. Discharge projections agree that future decrease in runoff is likely for catchments in Brandenburg, Germany. Depending on the first-order controls on low flows, different adaption measures are expected to be appropriate. Small catchments were analyzed because they are expected to be more vulnerable to a changing climate than larger rivers. They are mainly headwater catchments with smaller ground water storage. Local characteristics are more important at this scale and can increase vulnerability.
This thesis mutually evaluates potential adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg, Germany, and similarities of these catchments regarding low flows. The following guiding questions are addressed: (i) Which first-order controls on low flows and related time scales exist? (ii) Which are the differences between small catchments regarding low flow vulnerability? (iii) Which adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg are appropriate considering regional low flow patterns?
Potential adaption measures to sustain minimum runoff during periods of low flows can be classified into three categories: (i) increase of groundwater recharge and subsequent baseflow by land use change, land management and artificial ground water recharge, (ii) increase of water storage with regulated outflow by reservoirs, lakes and wetland water management and (iii) regional low flow patterns have to be considered during planning of measures with multiple purposes (urban water management, waste water recycling and inter-basin water transfer). The question remained whether water management of areas with shallow groundwater tables can efficiently sustain minimum runoff. Exemplary, water management scenarios of a ditch irrigated area were evaluated using the model Hydrus-2D. Increasing antecedent water levels and stopping ditch irrigation during periods of low flows increased fluxes from the pasture to the stream, but storage was depleted faster during the summer months due to higher evapotranspiration. Fluxes from this approx. 1 km long pasture with an area of approx. 13 ha ranged from 0.3 to 0.7 ls-1 depending on scenario. This demonstrates that numerous of such small decentralized measures are necessary to sustain minimum runoff in meso-scale catchments.
Differences in the low flow risk of catchments and meteorological low flow predictors were analyzed. A principal component analysis was applied on daily discharge of 37 catchments between 1991 and 2006. Flows decreased more in Southeast Brandenburg according to meteorological forcing. Low flow risk was highest in a region east of Berlin because of intersection of a more continental climate and the specific geohydrology. In these catchments, flows decreased faster during summer and the low flow period was prolonged. A non-linear support vector machine regression was applied to iteratively select meteorological predictors for annual 30-day minimum runoff in 16 catchments between 1965 and 2006. The potential evapotranspiration sum of the previous 48 months was the most important predictor (r2 = 0.28). The potential evapotranspiration of the previous 3 months and the precipitation of the previous 3 months and last year increased model performance (r2 = 0.49, including all four predictors). Model performance was higher for catchments with low yield and more damped runoff. In catchments with high low flow risk, explanatory power of long term potential evapotranspiration was high.
Catchments with a high low flow risk as well as catchments with a considerable decrease in flows in southeast Brandenburg have the highest demand for adaption. Measures increasing groundwater recharge are to be preferred. Catchments with high low flow risk showed relatively deep and decreasing groundwater heads allowing increased groundwater recharge at recharge areas with higher altitude away from the streams. Low flows are expected to stay low or decrease even further because long term potential evapotranspiration was the most important low flow predictor and is projected to increase during climate change. Differences in low flow risk and runoff dynamics between catchments have to be considered for management and planning of measures which do not only have the task to sustain minimum runoff.
Das für die Feldberegnung in Nordost-Niedersachsen verfügbare Wasser ist begrenzt, im Klimawandel wird der Wasserbedarf steigen. Daher sind Konzepte zur Schließung regionaler Wasserkreisläufe und zur Erhöhung der verfügbaren Grundwassermenge wichtig, um die Beregnung auch künftig zu sichern und Nutzungskonflikten mit anderen Wassernutzern vorzubeugen. Zur Erhöhung der regional verfügbaren Wassermenge wurden im Rahmen von KLIMZUG-NORD zwei Pilotprojekte umgesetzt.
Die globalen Klimaänderungen wirken sich regional auf Hamburg aus. Bis Mitte des 21. Jahrhunderts muss sich die Metropole auf steigende Temperaturen einstellen, das bedeutet ca. 1 K bis 3 K höhere Temperaturen im Winter und ca. 1 K bis 1,5 K im Sommer. Der Temperaturanstieg hängt bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts nur geringfügig davon ab, wie hoch die Menge an Treibhausgasen ist, die global ausgestoßen wird. Ab Mitte des 21. Jahrhunderts wird ein deutlicher Unterschied zwischen den Szenarien mit vergleichsweise hohen Treibhausgasemissionen (A1B und A2) und dem Szenario mit vergleichsweise niedrigen Treibhausgasemissionen (B1) erkennbar. Je mehr Treibhausgase ausgestoßen werden, desto höher ist der zu erwartende Temperaturanstieg. Dementsprechend steigt die Anzahl von Sommer- und Hitzetagen künftig an. Dies wird sehr wahrscheinlich tagsüber zu einer erhöhten Hitzebelastung für die Hamburger Bevölkerung führen. Auch die Anzahl der Tropennächte wird steigen, bleibt aber absolut betrachtet mit ein bis vier Tagen pro Jahr auch in Zukunft gering. Des Weiteren muss sich Hamburg in Zukunft auf zunehmende Niederschlagsmengen einstellen. Einzige Ausnahme ist der Sommer, für den zeigen gegen Ende des 21. Jahrhunderts die meisten Simulationen eine Abnahme der Niederschlagsmengen. Einher geht dies mit einer Zunahme der Häufigkeit von Starkniederschlagen. In allen anderen Jahreszeiten nimmt sowohl die Niederschlagsmenge als auch die Häufigkeit von Starkniederschlagen zu. Beim Niederschlag ist – im Gegensatz zur Temperatur – der Einfluss der global ausgestoßenen Treibhausgasmenge deutlich geringer, der Einfluss der natürlichen Variabilität des Klimas jedoch deutlich höher.
Eine mögliche Anpassung an den Klimawandel erfordert Wissen über potenzielle technische, soziale, ökonomische und ökologische Rahmenbedingungen in der Zukunft. Das Wechselspiel all dieser Bedingungen, deren Evolution und deren Verhältnis zur Gegenwart erschweren es häufig, heute Entscheidungen vorzubereiten oder zu treffen, die zukünftig wünschenswerte Resultate hervorbringen. Dynamische Modellierung ist eine Vorgehensweise, die einzelne Sachverhalte komplexer Systeme miteinander in Beziehung setzt, deren potenzielle Entwicklungen aufzeigt und damit eine Basis für die Analyse von Systeminterventionen bietet. In der Regel werden die Dynamiken einzelner Teilsysteme in mathematischer Form im Rahmen eines Computermodells dargestellt und miteinander in Verbindung gesetzt. In ‚nordwest2050‘ wurde die dynamische Modellierung für die Frage eingesetzt, wie sich der Energiesektor (Strom-, Fern- und Nahwärmeversorgung) und die Nahrungsmittelwirtschaft (Landwirtschaft und Tierzucht) unter alternativen Klimabedingungen entwickeln und wie sich diese Entwicklungen gegenseitig beeinflussen.
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.
Für das Modellgebiet der Lüneburger Heide werden zur Mitte des 21. Jahrhunderts für alle Jahreszeiten höhere Mitteltemperaturen projiziert. Zum Ende des 21. Jahrhunderts sind noch größere Temperaturzunahmen zu erwarten. Im Winter steigen die Temperaturen jeweils am stärksten, im Frühjahr am geringsten. Dabei nehmen im Winter die niedrigen Tagesmitteltemperaturen stärker zu als die höheren und Eis- und Frosttage treten deutlich seltener auf. Im Sommer können Tage mit extremen Temperaturen wie Hitzetage und Tropentage bzw. -nächte deutlich häufiger auftreten. Im Jahr nimmt die Anzahl der Tage mit Temperaturen höher als 5° C deutlich zu, was eine wichtige physiologische Schwelle für das Wachstum von Pflanzen ist. Im Verlauf des Jahrhunderts unterscheiden sich die für das B1 Szenario simulierten Temperaturen immer deutlicher von den Ergebnissen für die A1B und A2 Szenarien. Das bedeutet, wenn es gelingt, die Treibhausgasemissionen zu vermindern, deutlich geringere Klimaänderungen zu erwarten sind. Die projizierten Niederschläge nehmen 2036-2065 in allen Jahreszeiten für alle Szenarien leicht zu, mit Ausnahme abnehmender Niederschläge für das A1B Szenario im Sommer. Insgesamt sind die Veränderungen im Sommer sehr gering und zeigen keinen klaren Trend. Zum Ende des 21. Jahrhunderts dagegen zeigen die meisten Simulationen im Sommer eine Niederschlagsabnahme mit den stärksten Änderungen im A1B Szenario. In Winter und Herbst verstärkt sich die Niederschlagszunahme, sodass eine Umverteilung der Niederschläge im Jahresverlauf stattfindet mit insgesamt im Jahresmittel leicht steigenden Werten. Zudem zeigt sich im Sommer trotz abnehmender Niederschläge eine Zunahme der Intensität von starken Niederschlägen.
Vorstellung von Projektergebnissen aus KLIMZUG-NORD bezüglich jährliche und saisonale Temperatur- und Niederschlagsänderungen zur Mitte und Ende des 21. Jahrhunderts, sowie Ergebnisse aus dem Projekt Hamburg 2K. In Hamburg 2K wird analysiert, was eine Begrenzung auf eine Temperaturänderung von 2K für Hamburg bedeutet. Ausgewertet wurden Temperatur- und Niederschlagsänderungen sowie ausgewählte Indices.