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Energie und Klimawandel WS 2007/08 Dr. rer. nat. Gerhard Luther Forschungsstelle Zukunftsenergie (FZE ) c/o Technische Physik, Universität des Saarlandes.

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2 Energie und Klimawandel WS 2007/08 Dr. rer. nat. Gerhard Luther Forschungsstelle Zukunftsenergie (FZE ) c/o Technische Physik, Universität des Saarlandes Bau E26, Zimmer 2.03 Telephon: ; (auch größere Dateien) homepage mit Link zur Vorlesung : Vorlesung: Mittwoch, Uhr, Bau E26, 2.OG., Seminarraum 2.09 Internetseite Internetseite vorführen !

3 1. Voll im Trend : Energie – Bevölkerung – Wohlstand 2. Weltweite Beobachtungen: CO2, Temperatur, Zuordnung 3. KlimaModelle und Prognosen 4. Was bedeutet das für den Menschen 5. Was tun

4 1. Voll im Trend Energie – Bevölkerung - Wohlstand

5 __500 [EJ/a] __400 [EJ/a] Evolution from 1971 to 2004 of World Total Primary Energy Supply by Fuel (Mtoe) *Excludes electricity trade. **Other includes geothermal, solar, wind, heat, etc. Quelle: IEA 2006, IEA2006_Key-World-EnergyStatistics_82p.pdfhttp://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2006/key2006.pdf a Ungebrochenes Wachstum

6 __500 [EJ/a] __750 [EJ/a] ( BAU) Quelle: IEA Vortrag Mandil, Folie 2http://www.iea.org/Textbase/speech/2006/mandil/Monterrey.pdf

7 BQuelle: Bundesinstitut für Bevölkerungsforschung (BiB) : Bevölkerung -FAKTEN – TRENDS – URSACHEN – ERWARTUNGEN (2004), Abb.33, p.74 UN 2002: Weltbevölkerung wächst noch auf ca. 11 G Menschen 2050: 9 Milliarden 2000: 6 Milliarden

8 BQuelle:M. Rothenberg:Traditionsbranche glänzend im Geschäft, VDI-N Nr.42 /2005: , p.21 Stahlerzeugung: Die Welt - Industrialisierung hat gerade erst begonnen

9 2. Weltweite Beobachtungen CO2, Temperatur, Zuordnung

10 sio-mlo.htm Berichtsstand:Mitte 2005 update vom 2006_

11 Aktualisierte ( ) Links: hp of Mauna loa Observatory: Aktuelle CO2 Daten:

12 Jahre vor heute CO 2 -Konzentration (ppm) '000200'000300'000400'000500'000600'000 Dome Concordia ice core data: Siegenthaler U et al. (2005) Science 310:1313 Vostoc ice core data: Petit JR et al. (1999) Nature 399: Heute 380 ppm Photosyntheserate CO 2 -Konzentration (ppm) CO 2 - Sättigung BQuelle: C.Körner :Wälder als Kohlenstoffspeicher..

13 Quelle: IPCC_2001_TAR_TSFig.10a-d, p.40 Atmospheric CO2 on different time-scales Recent atmospheric masurements (Mauna Loa) are shown forcomparison.. (a) Direct measurements of atmospheric CO2. (b) CO2 concentration in Antarctic ice cores for the past millenium...Variations in atmospheric CO2 concentration on different time-scales.. (c) CO2 concentration in the Taylor Dome Antarctic ice core. (e) Geochemically inferred CO2 concentrations. (d) CO2 concentration in the Vostok Antarctic ice core. Different colours represent results from different studies.

14 beobachtete Klimafolgen

15 Zusammenfassung der wichtigsten Erfahrungen (2007) Global average Air temperature Updated 100-year linear trend of 0.74 [0.56 to 0.92] o C for Larger than corresponding trend of 0.6 [0.4 to 0.8] o C for ( TAR) Average Ocean temperature increased to depths of at least 3000 m – ocean has absorbed 80% of heat added > seawater expansion and SLR At continental, regional, and ocean basin scales, numerous long-term changes in climate have been observed: –Changes in Arctic temperatures and ice, –Widespread changes in precipitation amounts, ocean salinity, wind patterns –and aspects of extreme weather including droughts, heavy precipitation, heat waves and the intensity of tropical cyclones Quelle: IPCC- AR4-wg1, Vortrag Pachauri in Nairobi, SLR= sea level rise

16 Global mean temperatures are rising faster with time Warmest 12 years: 1998,2005,2003,2002,2004,2006, 2001,1997,1995,1999,1990,2000 Period Rate Years /decade Quelle: IPCC-AR4-wg1, Vortrag Pachauri in Nairobi,

17 Klimaänderungen: Langfristperspektive Jahr (rel. zu ) Unsicherheit BQuelle: C.D.Schönwiese (2207):Der neue wissenschaftliche Sachstandsbereicht des IPCC; AKE2007F-Vortrag, Folie 15 AKE2007F-Vortrag

18 Ein Blick in die Stratosphäre Datenquelle: Angell, 2004 Global gemittelte Temperatur der Stratosphäre ( km) Anomalien (relativ zu ) und einige explosive Vulkanausbrüche Trend: - 1,9 °C BQuelle: DPG2005_SyKE1.4Schoenwiese_CC-imIndustriezeitalter.ppt

19 Besonders beeindruckend: Rückgang der Gletscher und der arktischen Eisbedeckung 1.35

20 1900 und Aufnahme der Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m ) Gesellschaft für ökologische Forschung, Wolfgang Zängl, Gletscher-Schwund in den Alpen BQuelle:DLR_Schumann200_Klimawandel.ppt

21 Quelle: The Big Thaw, National Geographic (2004), Heft 9, p.21; 1979: An image based on satellite data shows perennial ice cover in 1979, when the ice extended over the Arctic Ocean from edge to edge. Since then the area of coverage has decreased by 9% per decade 2003: A similiar image from 2003 shows dramatically reduced perennial ice cover. Large areas of open ocean have appeared near Russia, Alaska and Canada. Some climate models project, that the ice will be gone in summer by the end of the century.

22 Eindeutiger Trend: Seit Beginn der Satellitenbeobachtung hat die Ausdehnung des Meereises drastisch abgenommen. ©National Snow and Ice Data Center BQuelle: SpectrumDirekt SD vom , Bild 2 ; UrQuelle: National Snow and Ice Data Center Abschmelzen des arktischen Meereises zwischen 1979 und Arktisches Eis

23 Vom Abschmelzen erfasstes Gebiet in Grönland, Vergleich 1992 (rosa) und 2005 (rot) Steffen und Huff, 2005 Der Grönland-Eisschild könnte statt in Jahrtausenden bereits in Jahrhunder- ten abschmelzen. Die Folge wäre ein Meeresspiegelanstieg um m.

24 BQuelle: IPCC_AR4wg1_TechnicalSummary: Fig. TS.18, p.49, [Fig 5.13 ] Annual averages of the global mean sea level since 1870 r econstructed sea level fields since 1870 (red), tide gauge measurements since 1950 (blue) and satellite altimetry since 1992 (black). a mm relative to the average for 1961 to 1990 Error bars are 90% confidence intervals..313 Meereshöhe

25 Ursache und Zuordnung

26 Radiative forcing [ W/m 2 ] is the change in the balance between radiation coming into the atmosphere and radiation going out. Der Strahlungsantrieb : radiative forcing A positive radiative forcing tends on average to warm the surface of the Earth, and negative forcing tends on average to cool the surface. A process that alters the energy balance of the Earth - atmosphere system is known as a radiative forcing mechanism (1. IPCC-Report (1990), p )

27 Aktueller Stand AR4, (2007):

28 BQuelle: VGB-Beising (2006): Klimawandel und Energiewirtschaft-Literaturrecherche, p.115, Abb A Die Klimaantriebe in ihrer zeitlichen Entwicklung __solar all GHG __ _Aerosol Aerosol in Stratosphere)__

29 Aufgrund der vorliegenden (physikalischen) Klimamodell- rechnungen ist die globale Erwärmung sehr wahrscheinlich* anthropogen. Für die letzten ca. 50 Jahre ist es sogar extrem unwahrscheinlich**, dass sie natürlich zustande gekommen ist. (IPCC, 2007) * p > 90% **p < 5 % Alle Antriebe Vulkanismus und Sonnenaktivität Jahr Global gemittelte Temperaturanomalien Ursachenzuordnung IPCC, 2007; Graphiken nach Pachauri, WGI-Präs

30 Understanding and Attributing Climate Change Continental warming likely shows a significant anthropogenic contribution over the past 50 years Quelle: IPCC-AR4-wg1, Vortrag Pachauri in Nairobi,

31 Fazit: 1. Der Temperaturanstieg der letzten 50 Jahre kann global und regional auf den anthropogenen Einfluss zurückgeführt werden. (heute viel deutlicher als noch beim TAR (2001)) 2. Menschlicher Einfluss wird heute (AR4) auch erkennbar in anderen Klimabereichen, u.a.: Erwärmung des Ozeans Temperatur - Extrema Windsystemen Quelle: IPCC-AR4-wg1, Vortrag Pachauri in Nairobi,

32 3. KlimaModelle und Prognosen

33 McGuffie and Hendersson-Sellers, 1997 BezugsQuelle: Claussen: Earth System Models of Intermediate Complexity,IMPRS, ;

34 Geographic resolution characteristic of climate Models Quelle: IPCC-AR4-wg1 (2007), Figure Modelle

35 Governing Equations for AGCMs momentum eq. thermodynamic eq. conservation of water vapor conservation of mass hydrostatic eq. Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage:

36 Governing Equations for AGCMs These terms involve processes that occur on scales unresolved by the model. Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage:

37 Parameterization Parameterization: The representation of subgrid-scale phenomena as functions of the variables that are represented on the model grid. Goal is to make parameterizations physical, scale-independent, and nonempirical, but this goal is difficult to achieve. Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage:

38 What Processes Are Parameterized? Atmospheric radiative transfer (solar and longwave radiation) Moist convective processes. Stable precipitation. Planetary boundary layer. Cloud formation and radiative interactions. Mechanical dissipation of kinetic energy. Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage:

39 IPCC2001_TAR1_TS-Box

40 Quelle:IPCC-AR4-wg1_TS, p.69, Fig.TS Higher Temperatures Understanding Near Term CC

41 Uncertainties as the relative probabilities of estimated global average warming from several different AOGCM and EMIC studies for the same periods. Corresponding uncertainties to the Projected Temperature Changes Quelle:IPCC-AR4-wg1_TS, p.72, Fig. TS28 (nun vollständig)

42 4. Was bedeutet das für den Menschen

43 Quelle: Stern Report, UK-Government: Aus dem Stern Report der UK-Regierung:

44 5. Was tun

45 Ansatzpunkte zur Wende 1. CO2-freie Energiequellen Erneuerbare Energien ( RE =Renewable Energies) Wasserkraft, Wind, Biomasse, Sonne (themisch, Strom) Kernenergie, Generation IV ; Kernfusion Geothermie (Oberflächennah, Tiefe Geothermie) 2. CO2 Sequester und GeoEngineering CCS, Storage: in geologischen Schichten, im Meer Eisendüngung zum Algenwachstum, Aufforsten Sulfat in die Stratoposhäre 3. Rationelle Energieverwendung Gleiche Energiedienstleistung mit geringerem Energieeinsatz Höhere Wirkungsgrade bei Kraftwerken, Motoren etc. 4. Verhaltensänderung Leben mit weniger Energiedienstleistungen, aus Knappheit oder Bescheidenheit Ernährung: Weniger Fleisch

46 Spruch von JWG vom bescheidenen aber endlichen Beitrag eines Wasserträgers Pflicht für jeden Immer strebe zum Ganzen, und kannst Du selber kein Ganzes Werden, als dienendes Glied schließ an ein Ganzes Dich an Quelle: J.W. Goethe: Gedichte, Herausgeber ErichTrunz, Verlag C.H. Beck. p.226 ; Urquelle:JWG: Distichon im Zusammenhang der Xenien entstanden, aber außerhalb des Xenien Zyklus veröffentlicht


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