Klimaprojektionen

Klimamodelle

Während das Klima der Vergangenheit und Gegenwart durch meteorologische Daten und Beobachtungen gut beschrieben werden kann, müssen für Aussagen zu möglichen zukünftigen Klimaentwicklungen physikalische Rechenmodelle herangezogen werden. Die Ergebnisse dieser Simulationen werden als Klimaprojektionen bezeichnet. Globale Klimamodelle beschreiben die Prozesse im Klimasystem, wie z.B. Strömungsvorgänge und Veränderungen der Temperatur und Feuchte, über physikalische Grundgleichungen (z.B. Massen-, Impuls, und Energieerhaltungsgesetzte sowie Thermodynamische Hauptsätze). Die Klimamodelle bestehen aus mehreren Teilmodellen, wie beispielsweise Atmosphären- und Ozeanmodellen. Darüber hinaus gehen in die Modelle sogenannte Klimaszenarien ein. Die Klimaszenarien spiegeln Grundannahmen zu möglichen zukünftigen Entwicklungen (bspw. Technischer Fortschritt, Globalisierung, Bevölkerungswachstum etc.) wider, die sich auf das Klimasystem auswirken. Um aus den weltweit hergeleiteten Ergebnissen der globalen Klimamodelle höher aufgelöste Ergebnisse für kleinere Regionen, wie z.B. Nordrhein-Westfalen, zu bekommen, werden mit Hilfe von regionalen Klimamodellen weitere Simulationen vorgenommen.

 

Zur Datengrundlage

Zu den Klimaszenarien

Zur Ergebnisdarstellung/ den Perzentilen

 

Klimakarten

Der Kartenteil enthält zahlreiche Karten zum Klima der vergangenen Jahrzehnte sowie seiner zukünftigen Entwicklung in Nordrhein-Westfalen.

Zu den Klimakarten

Beobachtungsdaten

Der Deutsche Wetterdienst misst die Lufttemperatur, den Niederschlag, die Sonnenscheindauer und weitere Parameter an einer Vielzahl Stationen in NRW. Die Messdaten bilden die Grundlage für die Auswertungen zum Klima. 

Zu den Beobachtungsdaten

Weitere Klimaangebote

Neben dem Klimaatlas bietet das LANUV weitere Informationen und Anwendungen zu den Bereichen Klimafolgen, Klimaanpassung und Klimaschutz an.

Zu den Klimaangeboten


Datengrundlage

Für die Darstellung der möglichen zukünftigen Entwicklung (Klimaprojektion) verschiedener Parameter in Nordrhein-Westfalen wurde in Kooperation mit dem Deutschen Wetterdienst ein sogenanntes Ensemble aus verschiedenen Klimamodellen ausgewertet. Zum Stand Juli 2016 lagen Daten für die Szenarien SRES-A1B, RCP4.5 und RCP8.5 für NRW vor. Für die Auswertung des SRES-A1B-Szenarios stand ein Modellensemble aus 19 Modellen zur Verfügung, wofür das Projekt ENSEMBLES die Grundlage lieferte. Die Ergebnisse liegen in etwa in einem 22 km-Raster vor. Für die Auswertung des RCP4.5- sowie des RCP8.5-Szenarios bestand das Modellensemble aus 13 Modellen. Die Daten stammen aus dem EURO-CORDEX-Projekt und liegen in einer Auflösung von 0,11 (~ 12, 5 km) Grad vor.

Die Ergebnisdarstellung  erfolgt als Änderungsdarstellung (delta-change-Methode) im Mittel 30-jähriger Zeiträume: der nahen (2021-2050) und fernen (2071-2100) Zukunft bezogen auf den Referenzzeitraum 1971-2000.


Klimaszenarien

 

SRES-Szenarien

Bis zum vierten Sachstandsbericht des Weltklimarats wurden die sogenannten SRES-Szenarien als Klimaszenarien verwendet. Die Bezeichnung SRES geht auf einen Sonderbericht des Weltklimarats aus dem Jahr 2000, dem „Special Report on Emission Scenarios“, zurück, der die Szenarien detailliert beschreibt (IPCC 2000).

Basierend auf möglichen gesellschaftlichen Entwicklungen hinsichtlich des Bevölkerungswachstums, des Umgangs mit fossilen und erneuerbaren Energien und wirtschaftlichen Faktoren, beschreiben die Klimaszenarien die zukünftige Entwicklung der Treibhausgasemissionen und –konzentrationen. Durch das Formulieren verschiedener Szenarien mit unterschiedlichen Schwerpunkten, kann eine gewisse Spannbreite des anthropogenen Einflusses auf die zukünftige Klimaentwicklung abgeschätzt werden. Die Einführung zusätzlicher Klimaschutzmaßnahmen wird jedoch nicht betrachtet.

Die SRES-Szenarien werden in vier Szenarien-Familien unterschieden (A1, A2, B1 und B2), die jeweils eine andere Historie (Modellgeschichte) haben (Deutsche IPCC Koordinierungsstelle 2008). So wird bei den A1-Szenarien von einem raschen Wirtschaftswachstum, einer bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts anwachsenden und danach rückläufigen Weltbevölkerung sowie der schnellen Einführung neuer und effizienter Technologien ausgegangen.

Die A1-Szenarienfamillie kann in drei Mitglieder (A1Fl, A1T, A1B) unterteilt werden, die nach den Nutzungsanteilen von fossilen und nicht-fossilen Energieträgern unterschieden werden. Hervorgehoben werden soll hier das Szenario A1B, das eine ausgewogene Nutzung fossiler und nicht-fossiler Energieträger aufweist. Dieses Szenario diente für viele Untersuchungen als Grundlage und wurde auch für viele Parameter, die hier im Klimaatlas NRW vorgestellt werden, als Grundlage verwendet.

 

 

 

Die Szenarien-Familie A2 entspricht einer sehr heterogenen Welt, die auf dem Erhalt lokaler und regionaler Strukturen und Autarkien basiert. Sie wird durch ein hohes Bevölkerungswachstum charakterisiert. Darüber hinaus verlaufen die wirtschaftliche Entwicklung und der Technologiewandel langsamer als in den anderen Szenarien-Familien.

In der Szenarien-Familie B1 wird von einer sich einander annähernden (konvergenten) Welt ausgegangen. Der Verlauf der Bevölkerungsentwicklung entspricht der Szenarien-Familie A1. Die wirtschaftliche Entwicklung hingegen verläuft schnell in Richtung Dienstleitungs- und Informationswirtschaft mit Steigerung der technischen Effizienz und Fokus auf sozialer, wirtschaftlicher und umwelttechnischer Nachhaltigkeit, die durch globale Zusammenarbeit erreicht wird.

Die Szenarien-Familie B2 hingegen beschreibt wieder eine heterogene Welt mit starken lokalen Strukturen. Darüber hinaus steigt die Weltbevölkerung kontinuierlich an, wenn auch langsamer als in Szenario A2 angenommen. Die wirtschaftliche Entwicklung befindet sich im Vergleich mit den anderen Szenarien auf einem mittleren Niveau, technischer Fortschritt zeichnet sich durch Diversität aus. Vergleichbar dem Szenario B1 liegt der Fokus auf sozialer, wirtschaftlicher und umwelttechnischer Nachhaltigkeit, die jedoch auf lokaler und regionaler Ebene angestrebt wird.


RCP-Szenarien

Die RCP-Szenarien kamen im fünften Sachstandbericht des IPCC (2013/2014) zum Einsatz. Die Bezeichnung RCP steht für Repräsentative Konzentrationspfade (englisch: Representative Concentration Pathways). Diese neuen Konzentrationsszenarien unterscheiden sich von den bisherigen Emissionsszenarien dadurch, dass sie von bestimmten Strahlungsantriebswerten (vgl. Infobox "Strahlungsantrieb") im Jahr 2100 ausgehen und - quasi rückwärts - auf mögliche Treibhausgaskonzentrationen rückschließen. Dementsprechend werden sie auch nach den Strahlungsantriebswerten, die sie im Jahr 2100 erreichen, bezeichnet. Dabei werden vier RCP-Szenarien unterschieden: RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 und RCP8.5.

Das RCP-Szenario 2.6 stellt dabei einen Sonderfall dar, da es den maximalen Wert des Strahlungsantriebs bereits vor 2100 erreicht und danach rückläufige Werte aufweist. Es ist das ambitionierteste Szenario unter den RCP-Klimaszenarien. Es ist nur durch die Implementierung von globalen Klimaschutzmaßnahmen und Techniken zur CO2-Speicherung zu verwirklichen. Der Verlauf des RCP2.6 spiegelt in etwa die Einhaltung des sogenannten „2-Grad-Ziels“ wider und wird auch als „Klimaschutz-Szenario“ bezeichnet. Das Szenario RCP8.5 ist hingegen als „weiter-wie-bisher“-Szenario zu sehen. Es könnte bei einem steigendem Verbrauch fossiler Energieträger und daraus resultierenden weiterhin steigenden Treibhausgasemissionen eintreten.

Der Vorteil der RCP-Szenarien gegenüber der alten SRES-Szenarien besteht in erster Linie darin, dass die Klimamodelle direkt mit dem Strahlungsantrieb als Eingangsgröße rechnen können und andererseits unterschiedliche Zusammensetzungen und Anteile von Bevölkerungswachstum, wirtschaftlicher Entwicklung, Klimaschutzmaßnahmen etc. für die entsprechenden Treibhausgaskonzentrationspfade berücksichtigt werden können.



Info "Strahlungsantrieb": Der Strahlungsantrieb stellt ein Maß für die Klimawirkung verschiedener Einflussfaktoren auf den Energie- und Strahlungshaushalt der Erde dar. Er bezieht sich dabei auf die Energiebilanz der Erde am oberen Rand der Atmosphäre. Diese sollte ungestört im Gleichgeweicht sein, d. h. die einfallende Strahlung entspricht der Summe aus reflektierter Strahlung und langwelliger Ausstrahlung. Der Strahlungsantrieb gibt somit Veränderungen dieses Gleichgewichts an. Der Strahlungsantrieb kann positiv, d. h. den Klimawandel verstärkend, oder negativ sein, wobei er eine kühlende Wirkung auf das Klima ausübt. Sowohl natürliche Prozesse (z. B. ein negativer Klimaeffekt durch Sulfataerosole nach einem Vulkanausbruch) als auch anthropogene Einflussfaktoren (z. B. erhöhte Treibhausgaskonzentration durch industrielle Prozesse, die einen positiven Klimaeffekt bedingen) können als Strahlungsantrieb in Watt pro Quadratmeter abgebildet werden (Bezugsgröße ist die Nettostrahlungsflussdichte an der Obergrenze der Atmosphäre).

Ergebnisdarstellung (= Perzentile)

Für die Auswertung der Ergebnisse der Klimaprojektionen wurde die sogenannte delta-change-Methode verwendet. Dabei werden die Ergebnisse als Differenz zwischen den Simulationen des gegenwärtigen/vergangenen Klimas und den Simulationen für die Zukunft dargestellt. Die Ergebnisse werden jeweils als Mittelwerte 30-jähriger Bezugszeiträume berechnet. Als Referenzzeitraum, auf den sich die projizierten Klimaveränderungen der Zukunft beziehen, wurde der Zeitraum 1971 bis 2000 zu Grunde gelegt. Die Ergebnisse der Klimamodellierung wurden für zwei 30-jährige Zeiträume in der Zukunft berechnet: Die „nahe Zukunft“ (2021-2050) und die „ferne Zukunft“ (2071-2100).

Die verschiedenen Klimamodelle liefern unterschiedliche Ergebnisse, die alle grundsätzlich als gleich wahrscheinlich anzusehen sind. Um einen Korridor aufzuzeigen, in dem die zu erwartenden Klimaveränderungen in Nordrhein-Westfalen unter Annahme der verschiedenen Szenarien wahrscheinlich eintreten werden, wird jeweils das 15., das 50. und das 85. Perzentil der Klimaprojektionen dargestellt (vgl. DWD 2015).

 

Perzentile

Perzentile geben die Lage bestimmter Werte in einer statistischen Verteilung wieder. Sie sind somit den Quantilen gleichzusetzen, werden der Anschaulichkeit halber aber auf eine Grundgesamtheit von 100 Prozent bezogen. Um Perzentile oder Quantile bestimmen zu können, werden die Werte der Verteilung der Größe nach geordnet (s. Abbildung rechts: Mitte) . Das 25 %-Perzentil beschreibt dann den Wert der Verteilung, bei welchem 25 Prozent der Werte kleiner sowie 75 Prozent der Werte größer sind. Das bekannteste Perzentil stellt das 50 %-Perzentil dar, das auch Median genannt wird. Das 50 %-Perzentil teilt die Werte so, dass 50 Prozent der Werte in der Verteilung größer sind sowie 50 Prozent der Werte kleiner sind als das 50 %-Perzentil (s. Abbildung rechts: unten).

Auf die Auswertung und Darstellung der Klimaprojektionen übertragen bedeutet dies, dass zunächst die Ergebnisse aller Modelle für den jeweiligen Parameter der Größe nach geordnet werden. Für die Darstellung werden das 15%-Perzentil (15. Perzentil), das 50%-Perzentil (50. Perzentil) sowie das 85%-Perzentil (85. Perzentil) betrachtet. Beim 15. Perzentil zeigen somit 15 Prozent der Modelle geringere Ergebnisse bzw. Veränderungen als sie in der entsprechenden Karte dargestellt werden. Beim 85. Perzentil zeigen hingegen 15 Prozent der Modelle größere Ergebnisse bzw. Veränderungen. Das 50. Perzentil hingegen teilt die Modellergebnisse, so dass 50 Prozent der Modelle geringere und 50 Prozent größere Ergebnisse bzw. Veränderungen zeigen. Durch die Auswertung der Ergebnisse für die ausgewählten Perzentile kann somit eine gewisse Spanne der möglichen klimatischen Entwicklung angegeben werden. Bei den dargestellten Perzentilen werden somit 70 Prozent der Modellergebnisse abgedeckt, wohingegen mögliche Extremwerte nicht dargestellt werden. Eine anschauliche Erläuterung findet sich auch auf den Internetseiten des Deutschen Wetterdienstes (DWD 2015) oder in diesem Video.

 

Zur Lufttemperatur                                                    Zum Niederschlag   

Zu den Temperaturkenntagen                                  Zu den Niederschlagskenntagen