Wissen

Klimawandel und Wasserversorgung: Folgen, Risiken und Anpassungsbedarf

animaflora - Fotolia.com

Die Folgen des Klimawandels beeinflussen den Wasserkreislauf in vielfältiger Weise. Von Seiten der Wasserversorger besteht deshalb ein besonderes Interesse an Klimainformationen, z. B. zur zukünftigen regionalen und lokalen Häufigkeit, Intensität und Dauer von Extremereignissen, um daraus Handlungsweisen und Planungsprozesse abzuleiten.

Seit Ende 2017 steht durch das BMBF-Projekt ReKlies-De eine deutliche erweiterte Datenbasis hochaufgelöster regionaler Klimainformationen zur Verfügung. Bei ihrer Verwendung sollten für Fragestellungen, die die künftige Entwicklung des Niederschlags betreffen, die Besonderheiten der Simulationen von dynamischen und statistischen Regionalmodellen gegeneinander abgewogen werden.

von: Steffen Bender & Katharina Bülow, Climate Service Center Germany (GERICS), Hamburg

Seit fast sechs Jahrzehnten wird eine stetig wachsende Zunahme der globalen CO2-Konzentration in der Atmosphäre verzeichnet. Am 9. Mai 2013 überschritt diese, repräsentativ gemessen am Mauna Loa Observatorium auf Hawaii, erstmals die 400-ppm-Grenze [1]. Dieser steigende Trend wird von ebenfalls steigenden globalen Durchschnittstemperaturen begleitet.

Messungen belegen, dass die Zeitspanne von 1983 bis 2012 in der nördlichen Hemisphäre wahrscheinlich die wärmste Periode der letzten 1.400 Jahre war [2]. Aus globaler Sicht liegen die zehn wärmsten je gemessenen Jahre zwischen 1998 und 2017 [3]. Diese Veränderungen sind auch in Deutschland messbar. So ist die Mitteltemperatur für Deutschland von 1881 bis 2017 um +1,4 °C angestiegen [4]. Im gleichen Zeitraum stiegen auch die jährlichen Niederschlagsmengen an – jedoch mit saisonalen Unterschieden. Der mittlere Anstieg kann überwiegend auf die stark angestiegenen Winterniederschläge zurückgeführt werden. Aber nicht nur die Niederschlagsmengen verändern sich, auch bei den Niederschlagsmustern treten Veränderungen auf. So haben sich beispielsweise in vielen Regionen Deutschlands die winterlichen Starkniederschläge verstärkt [5].

Da die Folgen des Klimawandels den Wasserkreislauf in vielfältiger Weise beeinflussen [6], besteht von Seiten der Praxis ein besonderes Interesse daran, wie sich vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels zukünftig regional und lokal die Häufigkeit, Intensität und Dauer von Extremereignissen verändern werden. Als Grundlage für wasserwirtschaftliche Planungsprozesse und Managementstrategien werden daher Klimaprojektionen benötigt, die diese Informationen liefern. Wichtig ist jedoch, diese Projektionen sachgerecht zu interpretieren und anzuwenden [7].

Regionale Klimaprojektionen – RCP-Szenarien

Für den 5. Assessment Report des IPCC [2] wurde ein neues Konzept zur Erstellung globaler Emissionsszenarien entwickelt [8]. Dieses beruht abweichend von der bisherigen Praxis auf der Nutzung sogenannter repräsentativer Konzentrationspfade [9]. Hierbei wird der Strahlungsantrieb der Klimamodelle – das Maß für die Veränderung der Energiebilanz der Erde durch externe Faktoren – zum Ende des 21. Jahrhunderts definiert. Somit repräsentieren die Szenarien verschiedene mögliche gesellschaftliche Entwicklungspfade sowie die dazugehörigen Treibhausgaskonzentrationen und Emissionen.

Der Konzentrationspfad des Szenarios RCP8.5 führt beispielsweise zu einem Strahlungsantrieb zum Ende des 21. Jahrhunderts von etwa 8,5 W/m2 und spiegelt einen kontinuierlichen Anstieg der Treibhausgasemissionen wider (Weiter-wie-bisher-Szenario). Welche sozioökonomischen Entwicklungen für diesen Verlauf verantwortlich sind, spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle. Im Gegensatz dazu beinhaltet das Klimaschutz-Szenario RCP2.6 sehr ambitionierte Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen [5].

Die Regionalisierung globaler Klimaprojektionen ermöglicht es nun, die lokalen Folgen des globalen Klimawandels für ausgesuchte Regionen zu untersuchen. Hierzu setzt man sowohl dynamische als auch statistische Methoden ein. Im Rahmen der internationalen Initiative EURO-CORDEX werden koordiniert und kontinuierlich regionale Klimasimulationen mit einer horizontalen Auflösung von 12 km für Europa, basierend auf unterschiedlichen Klimaszenarien (RCPs) durchgeführt [10]. Um die wissenschaftliche Basis zur Erforschung der Folgen des Klimawandels für Deutschland zu verbessern sowie eine optimierte Ausgangslage zur Entwicklung neuer Anpassungsstrategien zu erzeugen, wurde im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts ReKliEs-De (Regionale Klimaprojektionen Ensemble für Deutschland) der bestehende Datensatz des EURO-CORDEX-Ensembles mit statistischen und dynamischen Regionalisierungsverfahren nochmals deutlich erweitert [11]. Das Szenario RCP2.6 wurde dabei um sechs Simulationen, das Szenario RCP8.5 um 21 Simulationen ergänzt.

Neue Erkenntnisse für die Praxis

Für den Nutzer von Klimainformationen stellt sich zunächst die Frage, ob die Ergebnisse der neuen RCP-Szenarien von den bisher vom IPCC genutzten sogenannten SRES-Szenarien [12] abweichen. Ein direkter Vergleich der Ergebnisse ist jedoch wenig zielführend, da sich (a) das Berechnungskonzept geändert hat, (b) zwischen der Erstellung der jeweiligen Simulationen mehrere Jahre liegen, in denen sich die Klimamodelle weiterentwickelt haben, und (c) nicht alle Klimamodelle in den SRES- und RCP-Ensembles gleichermaßen enthalten sind [11]. Ungeachtet dessen zeigt sich, dass die RCP-Ensemble-Simulationen eine größere Ergebnisbandbreite aufweisen, da sie aus einer größeren Anzahl von Klimaprojektionen bestehen.

Alle regionalen Klimaprojektionen für Deutschland aus ReKlies-De zeigen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts eine Fortsetzung des Temperaturanstiegs. Im Vergleich zur Referenzperiode von 1971 bis 2000 wird sich demnach die bodennahe Lufttemperatur zwischen 0,8 und 1,8 °C (RCP2.6) bzw. zwischen 3,1 und 4,9 °C (RCP8.5) erhöhen. Bei der Entwicklung der mittleren Jahresniederschlagsmengen zeigen sich in beiden Szenarien demgegenüber uneinheitliche Signale. Die simulierten Änderungen im Szenario RCP2.6 betragen ±10 %, im Szenario RCP8.5 teilweise mehr als ±20 % [11].
 


Von besonderem Interesse für Wasserversorger ist ein Vergleich der Ergebnisse dynamischer und statistischer Regionalmodelle. Hier zeigen vor allem bei den Sommerniederschlägen (Abb. 1, links) die statistischen Regionalmodelle deutlich geringere Niederschlagsmengen als die dynamischen Modelle. Vorsicht ist geboten, wenn eine Bewertung von Anpassungsmaßnahmen oder Berechnung von Projektionen zukünftiger Grundwasserneubildungen nur auf Grundlage statistischer Regionalisierungsverfahren erfolgt. In diesem Fall würde das mögliche Wasserdargebot bzw. lokale Grundwasserstände deutlich unterschätzt. Damit würde lediglich eine Worst-case-Betrachtung erfolgen, womit der Einfluss des Klimawandels mit hoher Wahrscheinlichkeit überbewertet wird. Daher sollte stets ein gesamtes Ensemble von Simulationen verwendet werden, die sowohl mit dynamischen als auch statistischen Verfahren erstellt wurden. Auf dieser Basis können abgestufte Maßnahmen zur Wasserbewirtschaftung entwickelt werden.

Vergleicht man die Änderungen einzelner Klimavariablen des Klimaschutz-Szenarios (RCP2.6) mit denen des Weiter-wie-bisher-Szenarios (RCP8.5) für die Perioden 2071 bis 2100 und 1971 bis 2000, wird der Nutzen von Klimaschutzbemühungen und deren Einfluss auf zu planende Anpassungsmaßnahmen ganz deutlich. Denn Temperatur- und Niederschlagskennzahlen, wie die Anzahl der Sommertage bzw. der Hitzetage oder Niederschlagsmengen im Sommer oder Winter, fallen im RCP2.6-Szenario um den Faktor zwei- bis fünfmal geringer aus, als im RCP8.5-Szenario. Eine Investition in Klimaschutzmaßnahmen führt demnach indirekt auch zu einer Verringerung der Kosten, die später für regionale und lokale Anpassungsmaßnahmen aufgebracht werden müssen. Deshalb sollen Klimaschutz- und Anpassungsbemühungen immer zusammenhängend betrachtet werden.

Literatur und Quellen

[1] Showstack, R. (2013): „Carbon dioxide tops 400 ppm at Mauna Loa, Hawaii”. Eos, Vol. 94, No. 21.
[2] IPCC (2014): „Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change“ [Eds.: R.K. Pachauri, R.K. and Meyer, L.A.], IPCC,151 pp.
[3] National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Global Analysis – Annual 2017
[4] DWD (2018): „Zahlen und Fakten zum Klimawandel in Deutschland“. - Klima-Pressekonferenz des Deutschen Wetterdienstes, 06.03.18, 34 S.
[5] Brasseur, G.P., u.a. [Hrsg.] (2017): „Klimawandel in Deutschland – Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven“, Springer, 368 S.
[6] Bender, S., u.a. (2017): „Der Einfluss des Klimawandels auf die terrestrischen Wassersysteme in Deutschland. Eine Analyse ausgesuchter Studien der Jahre 2009 bis 2013“. Climate Service Center Germany. Report 29.
[7] Bender, S. und Jacob, D. (2016): „Die Aussagekraft von Klimaprojektionen für zukünftige Herausforderungen der Trinkwasserversorgung in Deutschland“. gwf-Wasser/Abwasser 04/2016, S. 362-368.
[8] Meinshausen, M., u. a. (2011): „The RCP greenhouse gas concentrations and their extensions from 1765‑2300”. Climatic Change 109: 213–241
[9] Moss, R.H., u. a. (2010): „The next generation of scenarios for climate change research and assessment”. Nature 463: 747–756
[10] Jacob, D. u.a.: (2014): „EURO-CORDEX: new high-resolution climate change projections for European impact research”. Regional Environmental Change, Vol. 14, No. 2 (2014), p. 563-578.
[11] ReKliEs-De (2017): ReKliEs-De Ergebnisbericht, 56 S.
[12] IPCC (2007): „Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change” [Solomon, S., u.a. (eds.)]., Cambridge University Press, 996 pp.

Über die Autoren:

Apl.-Prof. Dr. Steffen Bender leitet die Abteilung Klimafolgen und Ökonomie am Climate Service Center Germany (GERICS) des Helmholtz-Zentrums Geesthacht. Er befasst sich vor allem mit den Auswirkungen des Klimawandels auf den urbanen Raum und zugehöriger kritischer Infrastrukturen und der Analyse von Klimawandelfolgen für landgebundene Wassersysteme.

Dr. Katharina Bülow arbeitet als wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Klimasystem am Climate Service Center Germany in verschiedenen nationalen und internationalen Projekten. Der Hauptfokus ihrer Arbeit liegt auf der Planungsverbesserung von Anpassungsmaßnahmen sowie der Entwicklung neuer Climate Service Produkte.

Kontakt:
Apl.-Prof. Dr. Steffen Bender
Climate Service Center Germany
Fischertwiete 1
20095 Hamburg

Tel.: 040 226338-432

steffen.benderhzgde
www.climate-service-center.de

Linkedin
Twitter