Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe

2050. Die Zukunft des Klimas

Prognose I

Dass sich das Klima ändert, ist eine Binsenweisheit. Das tut es immer. Wir kennen zum Beispiel den Wechsel zwischen Warm- und Eiszeiten oder auch zwischen feuchten und trockenen Perioden. Die Frage ist also nicht, ob sich das Klima ändert, sondern wie schnell und wie intensiv es sich ändert. Warum? Weil es eine Hypothese gibt, die besagt, dass schnelle Klimaänderungen häufig mit einem vermehrten Auftreten von extremen Ereignissen verbunden sind (Flohn, 1985). Mehr Extreme sind aber gleichbedeutend mit einer erhöhten Gefährdung der Gesellschaft, die vom einzelnen Menschen bis hin zu ganzen Volkswirtschaften reicht.

1 Mittlere Verteilung der Klimatypen für den Zeitraum 1901/1994

1 Mittlere Verteilung der Klimatypen für den Zeitraum 1901/1994

2 Klimatypen und deren Änderungen 1995 / 2009 zu 1901 / 1994

2 Klimatypen und deren Änderungen 1995 / 2009 zu 1901 / 1994

Daraus ergibt sich zwangsläufig eine weitere Frage: Haben wir aktuell eigentlich eine signifikante Klimaänderung? In den letzten 100 Jahren ist die globale Mitteltemperatur um etwa 0.8 Grad im Jahresmittel angestiegen, in Deutschland je nach Region um ein bis zwei Grad. Nur die bloße Kenntnis dieses Temperaturanstiegs reicht allerdings nicht aus, um eine Klimaänderung nachzuweisen. Grund dafür ist die Tatsache, dass das Klima eine Größe ist, die den komplexen statistischen Zusammenhang relevanter Klimaparameter bezogen auf einen Ort und/oder eine definierte Region im Rahmen einer festgelegten Zeitskala beschreibt.

So eine komplexe Betrachtungsweise ist möglich, wenn man zum Beispiel Klimatypen anhand von mehreren Parametern wie Monatsmittel der Lufttemperatur, Monatssummen des Niederschlags und Vegetationsindizes definiert. In einer Arbeit von Gerstengarbe und Werner (2008, 2009) wurde exakt diese Vorgehensweise gewählt und mit Hilfe statistischer Verfahren eine mittlere globale Klimatypverteilung für den Zeitraum 1901 bis 1994 berechnet (s. Abb. 1). In einem zweiten Rechenschritt wurden dann die flächenmäßigen Änderungen der Klimatypen zwischen 1901 / 1994 und 1995 / 2009 bestimmt. Die schwarzen Flächen in Abbildung 2 zeigen die Verschiebungen der Klimatypen an. Diese Änderungen wiederum lassen sich in Flächenanteile umrechnen. Tabelle 1 (s. Abb. 4) gibt einen Überblick über die Änderungen der Eis- und Tundrenklimate sowie der Wüste. Man erkennt, dass die Eis- und Tundrenklimate im Zeitraum 1995 / 2009 im Vergleich zum Zeitraum 1901 / 1994 um 1.895.000 Quadratkilometer abgenommen haben. Das entspricht einem Flächenverlust von rund 346 Quadratkilometer pro Tag! Ähnlich dramatisch stellt sich die Entwicklung der Wüsten dar, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen. Hier ist eine Zunahme von insgesamt 822.000 Quadratkilometer zu verzeichnen, was rund 150 Quadratkilometer pro Tag entspricht.

3 Anzahl der aufgetretenen Extremereignisse zwischen 1980 und 2010 (global) Quelle: Źródło: 2011 Münchener Rückversicherungs- Gesellschaft, Geo Risks Research, NatCatSERVICE, January 2011

3 Anzahl der aufgetretenen Extremereignisse zwischen 1980 und 2010 (global) Quelle: Źródło: 2011 Münchener Rückversicherungs- Gesellschaft, Geo Risks Research, NatCatSERVICE, January 2011

Wir haben es also offensichtlich mit einer Klimaänderung zu tun, die extrem schnell verläuft. Frage: Nehmen in diesem Zusammenhang auch die extremen Ereignisse zu, und wenn ja, welche? Um diese Frage eindeutig zu beantworten, kann man auf die Statistik der weltweit aufgetretenen Extremereignisse der Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft zurückgreifen. Diese Statistik, die wohl vollständigste ihrer Art, ist (s. Abb. 3) für den Zeitraum 1980 bis 2010 dargestellt. Man erkennt sofort, dass die geophysikalischen Extremereignisse in ihrer Häufigkeit nahezu konstant geblieben sind. Angestiegen sind allerdings die meteorologischen, hydrologischen und klimatologischen Ereignisse. Hier hat sich die Anzahl von etwa 430 auf ungefähr 790 fast verdoppelt. Dies muss als Bestätigung der von Flohn aufgestellten Hypothese, dass schnelle Klimaänderungen mit dem vermehrten Auftreten von extremen Ereignissen verbunden sind, gewertet werden.

4 Änderung des Flächenanteils ausgewählter Klimatypen, global, 1995 / 2009 − 1901 / 1994

4 Änderung des Flächenanteils ausgewählter Klimatypen, global, 1995 / 2009 − 1901 / 1994

5 Beobachtete und entsprechend dem RCP8.5-Szenarium vorgegebene globale CO2-Emissionen pro Jahr für den Zeitraum 2001 bis 2010 (im Vergleich dazu das schwächere Szenarium RCP4.5)

5 Beobachtete und entsprechend dem RCP8.5-Szenarium vorgegebene globale CO2-Emissionen pro Jahr für den Zeitraum 2001 bis 2010 (im Vergleich dazu das schwächere Szenarium RCP4.5)

Dass die nachgewiesenen Klimaänderungen während der letzten rund 100 Jahre im Wesentlichen auf den menschlichen Einfluss zurückzuführen sind, ist Konsens unter den mit dieser Problematik befassten Wissenschaftlern. Dabei spielt der CO2-Eintrag in die Atmosphäre die entscheidende Rolle. Um die zukünftige Entwicklung abschätzen zu können, bedient man sich der Szenarientechnik. Ein Szenarium ist keine Vorhersage im üblichen Sinn (wie zum Beispiel beim Wetter). Szenarien beruhen immer auf definierten Annahmen: Wenn ein bestimmter CO2-Anstieg angenommen wird – was passiert dann? Solche Szenarien werden von den Klimatologen aufgestellt, um möglichst plausible Aussagen zur zukünftigen Entwicklung des Klimas treffen zu können. In Abbildung 5 sind die Verläufe des CO2-Eintrags in die Atmosphäre der Szenarien RCP8.5 und RCP4.5 für den Zeitraum 2006 bis 2010 dargestellt. RCP ist die Abkürzung für „Representative Concentration Pathway“ und 8.5 bzw. 4.5 gibt den zusätzlichen Energieeintrag in W / m² am Ende dieses Jahrhunderts an (Meinshausen et al., 2009).

6 Anomalien der globalen Mitteltemperatur von 1880 bis 2011, Bezugsperiode Mittelwert 1951 bis 1980 (Datenquelle: NOAA-GISS 2012)

6 Anomalien der globalen Mitteltemperatur von 1880 bis 2011, Bezugsperiode Mittelwert 1951 bis 1980 (Datenquelle: NOAA-GISS 2012)

7 Ausdehnung des arktischen See-Eises (in Anlehnung an U.S. National Snow and Ice Data Center, Boulder CO)

7 Ausdehnung des arktischen See-Eises (in Anlehnung an U.S. National Snow and Ice Data Center, Boulder CO)

Bemerkenswert ist dabei, dass die realen CO2-Emissionen (geschätzt) bereits aktuell über den für die Szenarien angenommenen liegen. Dass sich dieser Trend bereits in der aktuellen Entwicklung widerspiegelt, soll an zwei Beispielen kurz verdeutlicht werden. Zum einen zeigen die Messungen der Temperatur, dass global 2010 das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen 1880 war (s. Abb. 6). Ein dramatischer Rückgang des arktischen See-Eises war im Jahr 2012 zu verzeichnen (s. Abb. 7). Am 25. September lag das Jahresminimum 18 Prozent unter dem von 2007 und 49 Prozent unter dem Mittel der Jahre 1979 bis 2000. Aufgrund dieser Erscheinungen macht es also Sinn, die Entwicklung des realistischsten Szenariums (RCP8.5) über die nächsten Jahrzehnte genauer zu betrachten, um mögliche extreme Entwicklungen besser abschätzen zu können. Dazu verwendet man ein Klimamodell. In einem Modell werden bestimmte Eigenschaften eines realen Systems in einem anderen vereinfachten System abgebildet. Es stellt also eine Teilmenge der Eigenschaften des Originalsystems dar. Da Modelle Vereinfachungen tatsächlicher Zusammenhänge sind, besitzen sie keine eigenständige Beweiskraft. Um ein Modell trotzdem anwenden zu können, muss man in einem ersten Arbeitsschritt testen, ob das Modell in der Lage ist, einen bekannten Abschnitt aus der Vergangenheit zuverlässig erklären und abbilden zu können. Ist dies der Fall, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass auch die Zukunft plausibel abgebildet werden kann. Das heißt aber nicht, dass die Zukunft nur so und nicht anders eintreten wird. Die Betonung liegt auf plausibel. Ändern sich die Annahmen für das Szenarium, wird eine andere Zukunft modelliert.

8 Verteilung der Temperaturdifferenzen 1991 / 2010 − 2031 / 2050 (Jahresmittelwerte)

8 Verteilung der Temperaturdifferenzen 1991 / 2010 − 2031 / 2050 (Jahresmittelwerte)

9 Verteilung der Differenzen der Niederschlagssummen 1991 / 2010 − 2031 / 2050 (Jahressummen)

9 Verteilung der Differenzen der Niederschlagssummen 1991 / 2010 − 2031 / 2050 (Jahressummen)

Mit einem regionalen Klimamodell wurde am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung das bereits erwähnte RCP8.5-Szenarium für Deutschland durchgerechnet. Wie sich die Lufttemperatur in diesem Szenarium bis 2031 / 50 im Vergleich zu unserer aktuellen Situation (1991 / 2010) entwickeln wird, kann der Abbildung 8 entnommen werden. Man erkennt, dass die Temperaturzunahme im Jahresmittel je nach Region sehr unterschiedlich ist und zwischen 0.5 und mehr als 1.5 Grad schwankt. Der Niederschlag dagegen nimmt in großen Teilen Deutschlands leicht ab (s. Abb. 9). Letzteres wäre eigentlich keine bemerkenswerte Entwicklung, wenn die Abnahme gleichmäßig über das ganze Jahr verteilt wäre. Das ist sie aber nicht, wie Abbildung 10 zeigt. Danach nehmen die Niederschläge im Winter (Dezember, Januar) zu, im Sommer (Juli, August) dagegen deutlich ab. Besonders die Abnahme im Sommer, verbunden mit einer höheren Verdunstung durch die höheren Temperaturen ist ein Faktor, der zum Beispiel für die Landwirtschaft und die Energiewirtschaft von Bedeutung ist. (Weiterführende Informationen findet man in Gerstengarbe und Welzer, 2013).

10 Verteilung der Differenzen der Monatssummen des Niederschlags 1991 / 2010 − 2031 / 2050

10 Verteilung der Differenzen der Monatssummen des Niederschlags 1991 / 2010 − 2031 / 2050

Zunahme extremer Ereignisse
Eingangs wurde gezeigt, dass sich die Anzahl der Extremereignisse in den letzten drei Jahrzehnten global fast verdoppelt hat. Die Frage, die sich damit automatisch stellt: Ist auch in Deutschland in den nächsten Jahrzehnten mit einer Zunahme bestimmter Extreme zu rechnen? Ein natürliches Interesse, hier zu belastbaren Aussagen zu kommen, haben Versicherungen. In einer Studie, die im Auftrag des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft durchgeführt wurde, und an der das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung beteiligt war, sind erste Untersuchungen zu dieser Frage durchgeführt worden (GDV, 2011).

Von besonderem Interesse war dabei die Untersuchung der Entwicklung von Sturm-/Hagelereignissen – nehmen sie zu, ja oder nein? Für diese Untersuchung wurde ein mittleres Szenarium (A1B) gewählt (A1B = balanced, ausgewogene Nutzung fossiler und nichtfossiler Energiequellen). Es wurden zwei 30-jährige Zeiträume 2011 / 40 und 2041 / 70 ausgewählt und mit Hilfe eines statistischen Schadenmodells die Änderungen der Schadensätze jeweils für das Winter- und das Sommerhalbjahr berechnet. Unter einem Schadensatz versteht die Versicherungsbranche dabei die Summe aus den bezahlten Versicherungsleistungen, der Veränderung der Schadensrückstellung, der Veränderung der Deckungsrückstellung und der Veränderung der übrigen versicherungstechnischen Rückstellungen im Verhältnis zu den verdienten Nettoprämien (Wagner, 2011). Das heißt, steigt der Schadensatz, steigen die finanziellen Belastungen der Versicherungen. Abbildung 11 und Abbildung 12 illustrieren das Ergebnis: Im Winterhalbjahr, in dem vorwiegend Stürme auftreten, ist der Anstieg der Schadensätze um zwei Prozent für den ersten 30-jährigen Zeitraum zu vernachlässigen. Er liegt sicher im Bereich der Rechenungenauigkeiten. Für den zweiten Zeitraum 2041 / 70 kann man das nicht mehr sagen. 17 Prozent Anstieg sind sicher eine nicht zu vernachlässigende Größe. Noch deutlicher wird die tendenzielle Entwicklung im Sommerhalbjahr. Hier ist im Wesentlichen von Hagelereignissen auszugehen. Schon in den nächsten 30 Jahren ist bei diesem Szenarium mit einem Anstieg von 15 Prozent zu rechnen, und für den zweiten Zeitraum sogar von 47 Prozent. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich bei diesen Zahlen nur um mögliche, wenn auch plausible Tendenzen handelt. Wichtig ist allein die Aussage, dass das eingesetzte Modell die bereits eingangs definierte Hypothese von der Zunahme extremer Ereignisse bei sich rasch änderndem Klima, bestätigt.

11 Räumliche Verteilung der Schadensätze und deren Änderungen im A1B-Szenarium gegenüber 1984/2008; Mittelwerte des 30-jährigen Zeitraums

11 Räumliche Verteilung der Schadensätze und deren Änderungen im A1B-Szenarium gegenüber 1984/2008; Mittelwerte des 30-jährigen Zeitraums

12 Räumliche Verteilung der Schadensätze und deren Änderungen im A1B-Szenarium gegenüber 1984/2008; Mittelwerte des 30-jährigen Zeitraums

12 Räumliche Verteilung der Schadensätze und deren Änderungen im A1B-Szenarium gegenüber 1984/2008; Mittelwerte des 30-jährigen Zeitraums

Zusammenfassend kann man feststellen, dass es bereits Klimaänderungen gibt, die durch ein erhöhtes Auftreten extremer Ereignisse gekennzeichnet sind. Dabei wird sich diese Tendenz in den nächsten Jahrzehnten auch unter moderaten Annahmen verstärkt fortsetzen.

Prof. Dr. Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe, (*1948), schloss sein Meteorologiestudium 1973 an der HU Berlin mit dem Diplom ab. Nach Mitarbeit in der Abteilung Forschung des Meteorologischen Dienstes der DDR und im Hauptamt für Klimatologie folgte 1984 die Promotion. Er arbeitete für den Deutschen Wetterdienst und seit 1992 in der Abteilung Klimasystem des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung. Nach der Habilitation an der Freien Universität Berlin mit einer Arbeit über das Thema „Definition und Beschreibung klimatologischer Extreme“ war er zunächst Dozent an der FU Berlin, seit 2004 ist Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe Professor am Geographischen Institut der Humboldt-Universität zu Berlin.

Literatur
H. Flohn: Das Problem der Klimaänderungen in Vergangenheit und Zukunft. Erträge der Forschung. Bd. 220, Wiss. Buchges., Darmstadt 1985
GDV: Herausforderung Klimawandel – Antworten und Forderungen der deutschen Versicherer, Broschüre, 2011; hier zum download
F.-W. Gerstengarbe, P. C. Werner: Climate development in the last century – Global and regional. International Journal of Medical Microbiology, 298, S1, 5–11, 2008
F.-W. Gerstengarbe, P. C. Werner: A short update on Koeppen climate shifts in Europe between 1901 and 2003. Climatic Change, 92, 1, 99–107, 2009
F.-W. Gerstengarbe, H. Welzer (Hrsg.): Zwei Grad mehr in Deutschland: Wie der Klimawandel unseren Alltag verändern wird. Forum für Verantwortung, Kindle Edition, S. Fischer Verlage 2013
M. Meinshausen, N. Meinshausen, W. Hare,  S. C. B. Raper, K. Frieler, R. Knutti, D. J. Frame, M. R. Allen: Greenhouse-gas emission targets for limiting global warming to 2C. Nature 458 (7242): 1158, 2009
F. Wagner (Hrsg): Gabler Versicherungslexikon, Springer-Gabler, 750 S., 2011

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