Szenarien & Projektionen

Szenarien

Das Ausmaß des Klimawandels hängt wesentlich von der weiteren Entwicklung der Treibhausgasemissionen und deren Konzentration in der Atmosphäre ab.

 

Da alle Treibhausgase sich in der Atmosphäre homogen verteilen, ist für die Szenarien-Entwicklung der Emissionen und Konzentrationen eine globale Betrachtung nötig, die seit dem Dritten Zustandsbericht des IPCC (2001) durch verschiedene so genannte SRES-Szenarien erfolgt. Dabei werden mögliche Entwicklungspfade für die Weltbevölkerung, den Technologiestand, die gesamtwirtschaftliche Entwicklung, Regionalisierung/Globalisierung des Welthandels aber auch politische Faktoren wie internationales Konfliktmanagement (Möglichkeiten zur Konsensfindung etwa im Rahmen der UNFCCC), kulturelle oder soziale Faktoren (Homogenisierung versus lokale Identität) berücksichtigt. All diese variablen Faktoren und viele andere mehr beeinflussen letztlich das Emissionsverhalten in den verschiedenen Weltregionen.

 

Trotz vielerlei Kritik an den SRES-Szenarien sind diese weiterhin wesentlich, da ihr „Output“ in Form der Treibhausgaskonzentrationen die großen globalen Zirkulationsmodelle (GCM) antreibt. Allen wissenschaftlichen Darstellungen des Klimawandels liegen Szenarien aus einer der folgenden vier Szenarien-Familien zugrunde:

  • A1: starkes Wirtschaftswachstum vor allem der Schwellenländer und somit Angleichung der pro-Kopf-Einkommen, schneller technologischer Fortschritt, Globalisierung, Bevölkerungswachstum bis 2050. Je nach technologischer Hauptstoßrichtung unterscheiden sich die A1-Szenarien etwa in A1FI (Nutzung aller zugänglichen fossilen Reserven), A1T (Fokus auf Entwicklung regenerativer Energieträger oder A1B (gemischte Nutzung aller zur Verfügung stehenden Energieträger. Für den Antrieb der Klimamodelle wird aus dieser Familie meistens nur das A1B-Szenario verwendet.
  • A2: weniger starkes Wirtschaftswachstum, weiterhin starke lokale Identität und somit auch Fertilitätsmuster in Entwicklungs- und Schwellenländern, was zu einer stetig steigenden Weltbevölkerung auch nach 2050 führt, langsamerer technologischer Fortschritt, nur sehr langsamer Angleich der pro-Kopf-Einkommen. Das A2-Szenario liegt bzgl. der Treibhausgaskonzentrationen etwa zwischen A1B und A1F.

Während die beiden A-Szenarien-Familien stärker wirtschaftorientiert sind, sind die beiden B-Familien umweltorientiert und somit auch weniger emissionsintensiv.

  • B1: „Welt als globales Dorf“ mit Übergang zur weltweit vernetzten Dienstleistungsgesellschaft, Entwicklung der Weltbevölkerung wie in A1, jedoch stark rückläufiger Ressourcenverbrauch bei gleichzeitiger Einführung von sauberen und effizienten Technologien, relativ leichte politische Einigungen auf globaler Ebene allerdings keine zusätzlichen Klimainitiativen
  • B2: Schwerpunkt im Gegensatz zu B1 auf lokalen Lösungen und der nicht so raschen, dafür lokal angepassten Einführung von sauberen und effizienten Technologien, langsamer jedoch stetiger Bevölkerungsanstieg, mittleres Wirtschaftswachstum, im Vergleich zu B1 jedoch stark reduzierter internationaler Kooperation

Erwähnt sei, dass es insgesamt über 40 SRES-Szenarien gibt, die jedoch alle jeweils zu einer der skizzierten Szenarien-Familien gehören. Die globalen Klimamodelle werden meistens mit A1B, A2 und B1 gerechnet.

Repräsentative Konzentrationspfade lösen SRES-Szenarien ab

 

Für den aktuellen 5. IPCC-Bericht wurden repräsentative Konzentrationspfade (Representative Concentration Pathways, RCPs) entwickelt, die die früheren SRES-Szenarien (Emissionsszenarien) ersetzen sollen. Der wichtigste Unterschied zwischen den SRES-Szenarien und den RCP-Szenarien liegt darin, dass die RCPs klimapolitische Ziele einbinden. Der Schwerpunkt der neuen Szenarien liegt auf der Konzentration der Treibhausgase und den Strahlungsantrieb (zusätzlicher Energiegehalt der Atmosphäre bzw. W/m², die am Erdboden ankommen). Die RCP-Szenarien definieren zunächst einen Konzentrationsverlauf bis 2100, mit Erweiterungen bis 2300. Um diesen Verlauf einzuhalten, gibt es verschiedene Pfade durch unterschiedliche Klimaschutzmaßnahmen (z.B. Steigerung der Energieeffizienz, Reduktion der fossilen Energieerzeugung, Verlangsamung der Entwaldung). Diese können zu unterschiedlichen Anteilen zur Einhaltung der RCP-Pfade beitragen. Die RCP-Szenarien stellen „wenn-dann“ Optionen der künftigen Entwicklung dar.

Abbildung: RCP-Emissionspfade im Vergleich zu den SRES-Emissionspfaden bis 2050 Darstellung nach: Peters, G.P., et al. (2012): Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:SRES_RCP_Szenarien.jpg#filelinks

Das RCP8.5-Szenario entspricht einer Welt, in der keinerlei Maßnahmen zum Klimaschutz unternommen werden und das Wirtschaftswachstum wie bisher auf der Verbrennung fossiler Energieträger beruht. Die beiden Szenarien RCP6 und RCP4.5 gehen von moderaten Entwicklungen aus, sind ressourcenschonender orientiert und weisen Erfolge in der Klimapolitik aus, sodass die Erwärmung im Mittel liegt. Das Szenario RCP3-PD oder das ähnliche RCP2.6 zeichnen im Gegensatz dazu ein sehr optimistisches Bild. Ein solcher Emissionspfad wäre nur durch den sofortigen Stopp aller Treibhausgasemissionen zu erreichen.

 

Es lässt sich nicht vorhersagen, welches der Szenarien am wahrscheinlichsten eintritt. Ihr Eintreten hängt vom zukünftigen Verhalten der Menschheit ab, per Definition sind alle (RCP)-Szenarien gleich wahrscheinlich. Bei verstärkten globalen Klimaschutzanstrengungen kann im optimistischsten Fall das Szenario RCP2.6 eintreten, die Chancen darauf schwinden jedoch rapide. Selbst für eine Umsetzung des RCP6.0, das eine mittlere globale Erwärmung von ca. 3,2 °C über dem vorindustriellen Niveau erwarten lässt, sind noch bedeutend mehr Anstrengungen notwendig. Die aktuellen Entwicklungen der globalen THG-Emissionen und Konzentrationen deuten derzeit jedoch eher auf ein Hochemissionsszenario wie RCP8.5 hin.

Klimaprojektionen

Klimaprojektion für
Österreich auf Basis
ECHAM5 REMO,
SRES-Szenario A1B

Klimaprojektionen werden von Klimamodellen gerechnet. Grundlage dafür sind die oben beschriebenen SRES-Szenarien und neuerdings die RCP-Szenarien, die die Klimamodelle hinsichtlich der Konzentration von Treibhausgasen antreiben. Ferner müssen die Klimamodelle in der Lage sein, möglichst viele der unter „Klimasystem“ beschriebenen Kompartimente und deren Wechselwirkungen zu beschreiben und die entsprechenden thermodynamischen Prozesse und wesentliche Stoffkreisläufe (v.a. Kohlenstoff- und Stickstoff-Kreislauf) zu simulieren. Ein immer noch großes Problem ist die Simulation von Wolkenbildungsprozessen, da v.a. die Verteilung und Wirkung der (ebenfalls z.T. anthropogenen) Kondensationskeime, an denen sich durch Tröpfchenanlagerung letztlich Wolken bilden können, immer noch extrem schwierig zu modellieren ist. An der Wolkenbildung hängt jedoch der für alle Klimaprojektionen wesentliche Wasserkreislauf und ebenso die Strahlungsbilanz.

 

Somit sind natürlich alle Projektionen durch Klimamodelle immer mit anderen Klimamodellergebnissen zu vergleichen. Besonders die weltweit nur von einer begrenzten Zahl von Institutionen gerechneten globalen Zirkulationsmodelle müssen jeweils „zusammengeschaltet“ werden in so genannten Ensemble-Läufen. Erst dadurch mitteln sich die jedem Modell innewohnenden Fehler heraus und man kommt zu tragfähigen Aussagen.

 

Für die Rechenläufe der globalen Zirkulationsmodelle sind enorme Rechnerkapazitäten und eine entsprechende Computer-Infrastruktur notwendig. Die globalen Modellläufe liefern Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag u.a.) in einer Auflösung von meist mehreren 100 km. Um zu lokal/regional verwertbaren Aussagen zu kommen, müssen diese groben Rasterdatensätze weiter regionalisiert werden. Dies wird im Wesentlichen durch zwei unterschiedliche Verfahren erreicht: Zum einen dem dynamischen Downscaling, bei dem mit Hilfe eines oder mehrerer regionaler Klimamodelle mit (rechenintensiven) physikalischen Algorithmen Auflösungen von unter 10 km erreicht werden. Zum anderen dem statistischen Downscaling, bei dem mit Hilfe statistischer Methoden Auflösungen von bis zu 1 km erreicht werden. Auch Kombinationen beider Verfahren sind möglich.

 

Für Österreich sind momentan landesweit transiente (sprich zeitlich durchgehende) Klimamodellierungsdaten im Maßstab von 10 km verfügbar, die auf dem ECHAM5-Modell des Max-Planck-Institutes für Meteorologie in Hamburg aufsetzen und vom deutschen Umweltbundesamt beauftragt wurden. Diese Daten haben wir für Österreich visualisiert. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass bis zum Ende dieses Jahrhunderts mit dem A1B -Szenario als Antrieb eine Temperaturerhöhung zwischen 3,5°C und 5°C in Österreich zu erwarten ist.

 

Schwieriger sind konsistente Aussagen zur Niederschlagsentwicklung (vgl. die skizzierten Probleme bei der Modellierung von Wolkenbildungen oben) zu treffen. Grob gesagt ist davon auszugehen, dass im Südalpenraum gerade im Sommer und Herbst mit einem signifikanten Niederschlagsrückgang zu rechnen ist, während im Luv der Alpen (Nord- und Westalpen) eher mit höheren Niederschlägen zu rechnen ist. Generell kann temperaturbedingt von einem starken Rückgang der Schneebedeckung ausgegangen werden. Aussagen zum Niederschlag in Österreich sind vor allem deswegen unsicher, da sie sehr stark abhängig sind von der Anströmrichtung feuchter Luftmassen in Richtung Ostalpen, die extrem schwer zu modellieren ist.

 

Noch schwerer darstellbar ist in den Modellen das Auftreten von extremen Wetterereignissen (Sturm, Gewitter/Hagelschlag, Hitzewellen). Hier besteht in den nächsten Jahren noch dringender Forschungsbedarf, um zu sichereren Aussagen zu kommen.