Hans von Storch und Nico Stehr GKSS Forschungszentrum, Geesthacht "Anpassung und Vermeidung - wie gehen wir mit der Erwartung einer anthropogenen Klimaänderung um?" Vortrag Deutsche Physikalische Gesellschaft DPG, 27. März 2002, Hannover   "Anpassung und Vermeidung - wie gehen wir mit der Erwartung einer anthropogenen Klimaänderung um?" Hans von Storch1 und Nico Stehr2 1 GKSS Forschungszentrum, Geesthacht 2 Universität Wien Im Rahmen der „Globale Environment und Society“ Modells werden zunächst die beiden Optionen „Anpassung an und Vermeidung von“ anthropogenen Klimaänderungen erörtert, und deren naturwissenschaftliche Zugänge diskutiert. Danach wird versucht, diese Überlegungen in einen sozio-kulturellen Kontext zu stellen. Beide Zugänge unterschieden sich signifikant in Bezug auf räumliche und zeitliche Skalen. Vermeidungsstrategien heben auf globale Emissionen ab und wirken auf der Zeitskala von Jahrzehnten; Anpassungsstrategien dagegen sind regionaler oder lokaler Natur und können meist innerhalb weniger Jahre realisiert werden. Die Vermeidungsoption verlangt von der Wissenschaft Angaben über „Leitplanken“ für die Emission anthropogener Substanzen in die Atmosphäre, innerhalb dessen keine katastrophalen Klimaänderungen erwartet werden, wie z.B. eine signifikante Modifikation des Golfstroms oder das Abbrechen von antarktischen Eismassen. Sie verlangt auch Abschätzungen, wie sich die Emissionen entwickeln würden, sofern keine politischen Vorgaben beschlossen werden. Dies hebt ab letztlich auf die langfristige Entwicklung der global aggregierten Emission. Die Frage an die Anpassungsforschung dagegen ist, welche konkreten Beeinträchtigungen, Schäden und Möglichkeiten sich zukünftig ergeben könnten im Hinblick auf Ökosysteme, und sozio-ökonomische Randbedingungen, und welche Reaktionsmöglichkeiten im planerischen und technologischen Bereich bestehen. In der gesellschaftlichen Diskussion über den Umgang mit anthropogenem Klimawandel steht derzeit die Vermeidung, insbesondere die im Kyoto-Protokoll vorgesehenen Massnahmen, im Vordergrund. Diese Dominanz ist insofern erstaunlich, als das die im Kyoto-Protokoll vorgesehenen Maßnahmen schwachen Maßnahmen kaum zu einer signifikanten Verminderung der Emissionen und damit der erwarteten Klimaänderungen führen werden. Daher sollten Fragen nach den zu erwartenden regionalen und lokalen Veränderungen und deren ökologischen und sozio-ökonomischen Implikationen viel mehr Aufmerksamkeit zukommen. Besonders erschwerend bei so einer Bewertung ist die Tatsache, dass neben dem Klimawandel auch ein signifikanter Wandel der Ökonomie, der Umweltnutzung und der kulturellen Präferenzen vonstatten geht, so dass die Wirkung und Bewertung eines veränderten Klimas einem nur schwer vorherzusagendem Wandel unterliegt. Hans von Storch und Nico Stehr GKSS Forschungszentrum, Geesthacht Vortrag Deutsche Physikalische Gesellschaft DPG, 27. März 2002, Hannover

Prof. Dr. Hans von Storch Leitauthor des 3. Sachstandberichts des IPCC Direktor des Institut für Küstenforschung GKSS Forschungszentrum, Geesthacht Professor am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg

Cost-Benefit Analyse Hasselmann, 1990

Cost-Benefit Analyse Klimapolitikkosten = t (V(E,t) + A(T,t))rt mit V(t) = Vermeidungskosten A(t) = Anpassungskosten rt = Diskontierung E = Emissionen T = Klimavariable Optimale Politik minimiert Klimapolitikkosten. Probleme: Definition von V(t), A(t) Zeitabhängigkeit von V(t), A(t) Wer zahlt V(t), wer A(t)?

Anpassung vs. Vermeidung räumliche Skalen zeitliche Skalen Wissenschaftliche Herausforderungen?

Vermeidung Emissionen von Treibhausgasen wirken global, unabhängig davon, wo sie geschehen. Emissionen verursachen Klimaveränderungen überall, wobei deren Umfang und Charakter im Detail weitgehend unbekannt sind. Globale Desaster wie eine signifikante Abschwächung des Golfstroms oder ein Abbrechen des Schelfeises werden als unwahrscheinlich angesehen. Jede Klimapolitik sollte die Möglichkeit derartiger Ereignisse ausschließen. Die Zeitkonstante der Klimawirkung von emittierten Gasen ist in der Größenordnung von Jahrzehnten bis Jahrhunderten. Anpassung Die Schäden bzw. Anpassungsbedarfe an Klimarisiken treten lokal und regional auf. Sie sind auch regionalspezifisch. Häufig treten sie kurzfristig in Zusammenhang mit meteorologischen Extremen auf. Die Schäden bzw. Anpassungsbedarfe stellen Verstärkungen gegenwärtiger Risiken dar (aus 100 Jahres Flut wird 20 Jahres Flut etc.), so daß Anpassungsmaßnahmen auch greifen, falls Klimaänderungen nicht wie erwartet eintreten sollten.

Vermeidung Die Vermeidungsoption verlangt von der Wissenschaft Angaben über „Leitplanken“ für die Emission anthropogener Substanzen in die Atmosphäre, innerhalb dessen keine katastrophalen Klimaänderungen erwartet werden, wie z.B. eine signifikante Modifikation des Golfstroms oder das Abbrechen von antarktischen Eismassen. Sie verlangt auch Abschätzungen, wie sich die Emissionen entwickeln würden, sofern keine politischen Vorgaben beschlossen werden. Dies hebt ab letztlich auf die langfristige Entwicklung der global aggregierten Emission. Anpassung Die Frage an die Anpassungsforschung ist, welche konkreten Beeinträchtigungen, Schäden und Möglichkeiten sich zukünftig ergeben könnten im Hinblick auf Ökosysteme, und sozio-ökonomische Randbedingungen, und welche Reaktionsmöglichkeiten im planerischen und technologischen Bereich bestehen. Die Begriffe Risiko und Vulnerabilität sind zentral.

Klimawissenschaftliche Grundlagen für Vermeidungsstrategien Emissionsszenarien Klimaänderungsszenarien Irrtum?

Institut für Küstenforschung I f K Die Abschätzungen zukünftiger Klimaänderungen beruhen auf Simulationen von Klimamodellen, die mit angenommenen Emissionsentwicklungen angetrieben werden. Diese Emissionsentwicklungen hängen ab von einer Reihe kaum vorhersagbarer gesellschaftlich und technischer Entwicklungen ab. Insofern sind die Szenarien keine Vorhersagen sondern plausible, nicht notwendigerweise wahrscheinliche zukünftige Entwicklungen. Als weitere Unsicherheit treten Modellunzulänglichkeiten hinzu.

“SRES” Scenarios SRES = IPCC Special Report on Emissions Scenarios Institut für Küstenforschung I f K A world of rapid economic growth and rapid introduction of new and more efficient technology. A very heterogeneous world with an emphasis on family values and local traditions. A world of “dematerialization” and introduction of clean technologies. A world with an emphasis on local solutions to economic and environmental sustainability. “ business as usual ” scenario (1992). A1 A2 B1 B2 IS92a IPCC, 2001

Institut für Küstenforschung I f K Scenario A2 Annual temperature changes [°C] (2071–2100) –(1961–1990) Danmarks Meteorologiske Institut, 2000 Scenario B2

TAR (2001) „regional development“ scenarios A2 and B2. Institut für Küstenforschung I f K TAR (2001) „regional development“ scenarios A2 and B2. temperature Giorgi et al., 2001 Agreement among 7 out of a total of 9 simulations

Ein für die Impaktforschung wichtiges Manko der Modelle ist die Skalenabhängigkeit ihrer Güte - während globale und subkontinentale Skalen recht gut dargestellt werden, gibt es Probleme bei regionalen und lokalen Skalen, also Größenordnungen von 200 und weniger Kilometern. Dies Problem kann teilweise durch Methoden des empirischen oder dynamischen Downscaling überwunden werden. Bisher jedoch hat sich zwischen den verschiedenen globalen Modellen keine Konsistenz im Hinblick auf regionale und lokale Details der erwarteten anthropogenen Klimaänderungen ergeben.

Inconsistency of model results on „sub-regional“ scale Institut für Küstenforschung I f K temperature (oC) Rossby Center model forced with ECHAM global scenario forced with HadCM global scenario precipitation (%) Bergström et al., 2001

Irrtumsmöglichkeit?

Unsicherheiten Es gibt verschiedene Unsicherheiten. „Inhärente“ Unsicherheiten: natürliche Klimavariabilität und Entwickung anthropogener Faktoren. Unsicherheiten in unserem dynamischen Wissen: Prozesse, Interaktionen, Skalen – kann durch weitere Forschung vermindert werden. Unsicherheit über die Wirkung von Klimaänderungen im Vergleich zur Wirkung anderer Veränderungen (gesellschaftlich, technologisch). Wissen über Unsicherheit muß konsolidiert werden.

Bei der Bestandsaufnahme von Wissen über gegenwärtige und zukünftige Klimaveränderungen auf Zeitskalen von Jahrzehnten von Jahren hat man zu unterscheiden zwischen der Analyse der Beobachtungen der letzten Jahrzehnte und der Bewertung von mit Klimamodellen erzeugten Klimaänderungsszenarien.

Die Beobachtungen der vergangenen Jahrzehnte zeigen, dass sich das Klima beständig verändert - eine Aussage, die auch von historischem und indirekten geowissenschaftlichen Befunden gestützt wird - aber der Nachweis, dass einige der Veränderungen auf die fortgesetzte Erhöhung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre zurückzuführen ist, ist bisher für impaktrelevante regionale oder lokale Indikatoren kaum erbracht worden. Für globale Größen, insbesondere die global gemittelte Lufttemperatur, ist die "detection and attribution" gelungen. Für die Impaktforschung bedeutet dies, dass die Identifikation von Änderungen aufgrund anthropogener Klimaänderungen derzeit kaum möglich ist.

Institut für Küstenforschung I f K

Häufigkeit von Vb Wetterlagen mit schweren Niederschlägen, 1897-2000 Brázdil, 2000

In der gesellschaftlichen Diskussion über den Umgang mit anthropogenem Klimawandel steht derzeit die Vermeidung im Vordergrund, insbesondere die im Kyoto-Protokoll vorgesehenen Massnahmen. Diese Dominanz ist insofern erstaunlich, als das die im Kyoto-Protokoll vorgesehenen schwachen Maßnahmen kaum zu einer signifikanten Verminderung der Emissionen und damit der erwarteten Klimaänderungen führen werden. Daher sollten Fragen nach den zu erwartenden regionalen und lokalen Veränderungen und deren ökologischen und sozio-ökonomischen Implikationen viel mehr Aufmerksamkeit zukommen. Besonders erschwerend bei so einer Bewertung ist die Tatsache, dass neben dem Klimawandel auch ein signifikanter Wandel der Ökonomie, der Umweltnutzung und der kulturellen Präferenzen vonstatten geht, so dass die Wirkung und Bewertung eines veränderten Klimas einem nur schwer vorherzusagendem Wandel unterliegt.

Klimawissenschaftliche Grundlagen für Anpassungsstrategien Bandbreite natürlicher Klimaschwankungen. Gegenwärtige und zukünftige Risiken in regionalem Detail. Sozialwissenschaftliche Grundlagen für Anpassungsstrategien Gleichzeitiger Wandel im Hinblick auf Gesellschaft Wirtschaft und Technologie Wandel in der Wahrnehmung und Bewertung von Risiken

Rekonstruktion historischer Wetterabläufe … unter Ausnutzung von indirekten und dokumentarischen Indikatoren sowie des Einsatzes von datengetriebnen Simulationen. Besonderes Gewicht sollte auf Extremereignisse gelegt werden, wie etwa Fluten und Dürren, Windstürme, Sturmfluten. Gleichzeitig sollte analysiert werden, wie solche Extremereignisee und Klimawandel im Allgemenen seinerzeit wahrgenommen wurden; inwieweit diese Wahrnehmungen unser kulturelles Konstrukt, und damit unsere heutige Wahrnehmung, von Klima und Klimawandel beeinflussen.

The Late Maunder Minimum (LMM) is the coldest phase of the so-called ‘Little Ice Age’ with marked climatic variability over wide parts of Europe. Temperature conditions in Switzerland according to Pfister‘s classification. From Luterbacher, 2001

differences relative to the 1550-1800 average (25-year running means) Information provided by Fidel González-Rouco and Simon Tett ECHO-G HadCM3 differences relative to the 1550-1800 average (25-year running means)

Late Maunder Minimum 1675-1710 vs. 1550-1800 Reconstruction from historical evidence, from Luterbacher et al. Late Maunder Minimum Model-based reconstruction 1675-1710 vs. 1550-1800

Bestimmung von meteorologischen, hydrologischen und hydrographischen Risiken … in räumlichem Detail, durch regionale Reanalayse und Modelierung. Beschreibung der Vulnerabilität von Ökosystemen und sozialen Institutionen, und Optionen, diese Vulnerabilität zu reduzieren. Dabei sind jene möglichen Verbesserungen besonders zu berücksichtigen, die sich wegen der andauernden Innovationen und Modernisierungen der Gesellschaft ergeben.

Extreme wind speeds 20-year return values of wind speed, based on daily 1992-97 data Feser, pers. comm.

Trends in storminess Fit of trends 1 + 1t for t   C(t) = 2 + 2t for t   With a continuity condition: 1 + 1 = 2 + 2

C/year Storms 1958-2001 t   t   Linearer Trend Stuerme in Anzahl/Jahr ermittelt fuer den Zeitraum 1958-2001.  alle Stuerme >= Bft 8 (17.2m/s)   Relativer Trend, d.h. Aenderungen relativ zum langjaehrigen Mittelwert. beachte, dass der bei schweren Stuermen oft nur 1-3 betraegt. Signifikanz wurde mit Hilfe Mann-Kendall Test getestet. Da wo die Nullhypothese "kein Trend" mit 5% Irrtumswahrsch. verworfen werden muss wurde das 95% Konfidenzintervall "D" fuer den Trend "x" geplottet (x-D <= x <= x+ D) Weisse , pers. comm.

Trends in storminess Alexandersson, SMHI, 2003

Entwicklung von Starkwind- und Starkwellenereignissen in der zentralen Nordsee Erwarteter Klimaänderung 2070-2100: 20 cm/sec Wind Wellen Ekofisk Weisse und Feser, 2003

1955-93 Trends in cm/100 Jahre Erwartete Klimaänderung für den sturmbedingten Wasserstand in 2070-2100: ca 10 cm + Anstieg des mittleren Wasserstandes 1955-93 Trends der sturmbedingten Wasserstandsschwankungen längs der Nordseeküste (Langenberg et al., 1999)

Wirkung auf Ökosysteme und Gesellschaft?

Map of „mental energy“ conditioned by climatic conditions Distribution of civilisations in 1916, according to expert opinion.

Example: scientists may have non-scientific motives mingling with their professional activity „Human-induced climate change is a moral, ethical and religious issue. God created the Earth, and continues to sustain it. Made in God’s image, human beings are to care for people and all creation as God cares for them. The call to "love the Lord your God and love your neighbour" (Matthew 22:37–39) takes on new implications in the face of present and projected climate change. God has demonstrated his commitment to creation in the incarnation and resurrection of Jesus Christ. Christ who "reconciles all things" (Colossians 1:20) calls his followers to the "ministry of reconciliation" (2 Corinthians 5:18,19). Human induced climate change poses a great threat to the common good, especially to the poor, the vulnerable and future generations. By reducing the Earth’s biological diversity, human induced climate change diminishes God’s creation. Human induced climate change, therefore, is a matter of urgent and profound concern.“ Sir John Houghton, former Co-chairman of Scientific Assessment Working Group, IPCC; Chairman of The John Ray Initiative, UK Dr Robert Watson, Director Environment, World Bank, Washington DC, USA, and former Chairman of IPCC

Aufgabe der Klimaforschung ist es auch, die öffentliche Wahrnehmung von Klima und Klimawandel in Einklang zu bringen mit dem aktuellen naturwissenschaftlichen Kenntnisstand. Dies bedeutet auch, der Öffentlichkeit besser die Risiken und Möglichkeiten zu erklären (“truth speaks to power”) in dem beschränkten Umfang wie dies überhaupt möglich ist. Es betrifft aber wesentlich auch die Analyse, in welchem Umfang vorhandene soziale Konstruktionen über Klima und Klimawandel sowie interessengeleitete Kräfte die wissenschaftliche Agenda und den wissenschaftliche Prozeß im Allgemeinen beeinflussen.

Zusammenfassung Klimawissenschaft steht einem öffentlichen Bedarf für praktisches Wissen gegenüber, das Entscheidungen im Zusammenhang mit der Perspektive des anthropogenen Klimawandels erlaubt. Das heißt nicht “Reduktion von Unsicherheit”, da der Umfang sowohl von Sicherheit als auch von Unsicherheit durch Forschung zunimmt, sondern das Vermögen, mit Unsicherheit adäquat umzugehen. Insbesondere ist die Statistik und die Sensitivität des Klimasystems auf jenen räumliche und zeitlichen Skalen zu bestimmen, auf denen Gesellschaft und Ökosysteme verletzlich sind – also lokale und regionale Skalen (sowie seltene Ereignisse). Der Beratungsprozess der Gesellschaft durch die Wissenschaft erfordert einen kritischen selbstreflexiven Diskurs, inwieweit die Wissenschaftler kulturell vorbelastet sind, und wie wissenschaftliche Ergebnisse vermischt werden mit kulturell und sozial vorgegebenen mentalen Konzepten. ABER: Um eine wirksame wissens-erzeugende Maschinerie zu bleiben, muß die Klimawissenschaft ein deutliches Element von Grundlagenforschung betreiben.