Potsdam Institut für Klimafolgenforschung Städtische Agglomerationen: Verursacher und Betroffene des anthropogenen Klimawandels Matthias Lüdeke Potsdam Institut für Klimafolgenforschung luedeke@pik-potsdam.de 14. Herbstschule System Erde 2015 „Zukunftsstadt“

Struktur des Problemfeldes Städte als Emittenten von CO2 (und anderen Treibhausgasen …) Beeinträchtigung städtischer Funktionen durch Klimawandel Reduktion der städtischen CO2-Emissionen (Mitigation) Anpassung an den zu erwartenden Klimawandel (Adaptation) Wechselwirkungen zwischen Klimawandel, Mitigation und Adaptation Matthias Lüdeke/PIK

2. Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele Adaptation: Unsicherheiten in den Klimaprojektionen Exploration der urbanen Klimasensitivitäten Quantifizierung der Klimawirkung auf städtische Funktionen Generalisierung bestimmter Wirkungspfade/Wirkungspfadkombinationen Strategien zur Anpassung unter Unsicherheit Mitigation: Sind Städte schuld? Mitigation im urbanen Verkehrssektor Adaptation - Mitigation: Der Verbrennungsmotor-Nexus Matthias Lüdeke/PIK

Struktur des Problemfeldes Städte als Emittenten von CO2 (und anderen Treibhausgasen …) Direkte Emissionen: alle im Stadtgebiet entstehenden Emissionen Gebäudeheizung/Kühlung Verkehrsemissionen …. Indirekte Emissionen: durch den Konsum im Stadtgebiet verursachte Emissionen Elektrizitätserzeugung außerhalb der Stadt Kosumgüterherstellung außerhalb der Stadt Matthias Lüdeke/PIK

Struktur des Problemfeldes Beeinträchtigung städtischer Funktionen durch Klimawandel Wie wirkt sich der zu erwartende anthropogene Klimawandel (= Änderung der Statistik des Wetters) auf die städtische Funktion aus: Ver- und Entsorgung Wasser Energie … Verkehr: Verkehrswege Betrieb Matthias Lüdeke/PIK

Struktur des Problemfeldes Reduktion der städtischen CO2-Emissionen (Mitigation) Systemischer Charakter: Trittbrettfahrerproblematik - ausschließlich die globale Gesamtemission die Klimawandel-Schäden Allerdings - in naher Zukunft wahrscheinlich Regularien, die Emissionsreduktionen erzwingen/motivieren Gefahr deutlicher Nachteile im Wettbewerb der Städte Maßnahmen: Umbau des Verkehrssystems Verringerung des Heizenergiebedarfs … Matthias Lüdeke/PIK

Struktur des Problemfeldes Anpassung an den zu erwartenden Klimawandel (Adaptation) Systemischer Charakter: Wirkung - Lokale Anpassungsmaßnahmen vermeiden zukünftige klimawandelbedingte lokale Schäden Fehlanpassungen möglich: Klimawandel tritt nicht so ein, wie projiziert Maßnahmen: Anpassung der Stadtentwässerung an zukünftige Niederschlagsstatistik Optimierung von Kaltluftentstehungsgebieten … Matthias Lüdeke/PIK

Struktur des Problemfeldes Wechselwirkungen zwischen Klimawandel, Mitigation und Adaptation Klimawandel wirkt emissionsreduzierend: wärmere Winter -> geringere Heizemissionen Maßnahmen zur Mitigation dienen auch der Adaptation: bessere Wärmeisolation senkt den Heizenergiebedarf (Mitigation), verbessert aber auch das Innenraumklima an Hitzetagen) Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: zukünftige globale CO2-Emissionen Quelle: IPCC, AR5 SRES und RCP – Konzentrationsszenarien (hier ausgedrückt als Strahlungsantrieb) Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellunsicherheiten/Downscaling Quelle:http://www.wmo.int/pages/themes/climate/climate_models.php Durch das dynamische Downscaling wird die Unsicherheitsbetrachtung auf den Bereich erweitert, der durch die Resultate aller GCM-RCM-Kombinationen aufgespannt wird Siehe „CORDEX-Europe“ Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellensemble-Interpretation „Hasardeur“ „Apokalyptiker“ „Risiko-Vermeider“ „Modell- Demokrat“ „Spieler“ Ferne Zukunft ≈2085 (2071-2100) ~2/3 83. Perzentile Quelle: eigene Rechnung Modellensemble-Verteilung, Änderung Jahresmitteltempertur, Region Berlin/Potsdam, Datengrundlage CORDEX Europe Matthias Lüdeke/PIK

Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellensemble-Interpretation Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellensemble-Interpretation   Änderung in 1981-2010 (*) (MIN-MAX 6 WS) Änderung bis 2031-2060 (*) (MIN-MAX 9 GZ) Änderung bis 2071-2100 (*) (MIN-MAX 9 GZ) Qualitativer Trend Jahresmittel Tmax +0,02 bis +0,04°C/a +1,2 bis +1,9°C +2,9 bis + 3,7°C Wärmer Sommermittel Tmax +1,0 bis +1,7°C +2,3 bis +3,5°C Wintermittel Tmax +1,1 bis +2,5°C +3,5 bis +4,4°C Hitzetage (Tmax>=30°C) +0,05 bis +0,14 d/a +56 bis +115 % +155 bis +274 % Deutlich mehr Eistag (Tmax<=0°C -0,06 bis -0,22 d/a -33 bis -62 % -76 bis -89 % Deutlich weniger Schnee (Niederschlag bei <1°C) -1,17 bis +0,19 mm/a -34 bis -45 % -62 bis -76 % 0°C–Durchgänge (Tmin<0>Tmax) -0.11 bis +0.38 d/a -28 bis -49 % -63 bis -79 % *Bereich der mittleren 2/3 der Modelle. Räumliche Varianz gering Trends in gemessener Vergangenheit und projizierter Zukunft kohärent Kälteereignisse nehmen stark ab, treten aber weiterhin auf Matthias Lüdeke/PIK Quelle: eigene Rechnung, Bsp. Berlin/Potsdam

Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellensemble-Interpretation Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Unsicherheiten in den Klimaprojektionen: Modellensemble-Interpretation   Änderung in 1981-2010 (*) (MIN-MAX 6 WS) Änderung bis 2031-2060 (*) (MIN-MAX 9 GZ) Änderung bis 2071-2100 (*) (MIN-MAX 9 GZ) Qual. Trend Jahressumme Niederschlag -0,13 bis +1,34 mm/a +2 bis +10% + 6 bis +19 % Leichte Zunahme Frühlingssumme Niederschlag -0,21 bis +0,13 mm/a +9 bis +19 % +15 bis +26 % Zunahme Sommersumme Niederschlag -0,31 bis +0,99 mm/a -7 bis +10 % -9 bis +9 % Indifferent Herbstsumme Niederschlag -0,04 bis +0,51 mm/a -5 bis +12 % +6 bis +20 % Wintersumme Niederschlag +0,17 bis 0,62 mm/a +1 bis +18 % +13 bis +30 % Starkregentag -0,04 bis +0,09 d/a +6 bis +42 % +13 bis +85 % Starkregentage Sommer** -0,003 bis +0,048 d/a -40 bis +81 % -28 bis +105 % *Bereich der mittleren 2/3 der Modelle **Mögliche Abschätzung für Gewitter, Hagel, Blitz Räumliche Varianz gering; Starkregentage mit höherer räumlicher Varianz Trends in gemessener Vergangenheit und projizierter Zukunft schwach kohärent Matthias Lüdeke/PIK Quelle: eigene Rechnung, Bsp. Berlin/Potsdam

Exploration der urbanen Klimasensitivitäten: betrachtete Sektoren Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Exploration der urbanen Klimasensitivitäten: betrachtete Sektoren Bildung & Öffentlichkeit Energie- & Abfallwirtschaft Gebäude, Stadtentwicklung & Grün- und Freiflächen Industrie, Gewerbe & Finanzwirtschaft Menschliche Gesundheit & Bevölkerungsschutz Tourismus, Kultur & Sport Umwelt & Natur Verkehr & Verkehrsinfrastruktur Wasserhaushalt & Wasserwirtschaft Bsp: (AFOK, 2015) Matthias Lüdeke/PIK

Exploration der urbanen Klimasensitivitäten Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Exploration der urbanen Klimasensitivitäten Quelle: AFOK - Projekt Stakeholderbasiertes qualitatives Pfaddiagramm. Bsp: Wasserhaushalt & Wasserwirtschaft (AFOK, 2015) Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Quantifizierung der Klimawirkung auf städtische Funktionen: Attributierung Beispiel: W – täglicher Wasserverbrauch in Potsdam 1995-2013 Bestes Modell: x1=(Tmax-15°C).q(Tmax-15°C); x2=rH R2=0.87 (0.31 für die nicht wetterbezogenen Treiber) Polynom in t für Nicht wetterbezogene „langsame “ Treiber xi: (Funktionen der) Wettervariablen Gemessener (braun) und berechneter (blau) Wasserverbrauch 1995-2013 Quelle: eigene Rechnung Resultierende Sensitivitäten : b1 = +200m³/°C; b2 = -150m³/%rH => moderater klimabedingter Anstieg des Wasserverbrauchs von etwa 10% (RCP8.5, 2100 verglichen mit 2000) Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Generalisierung bestimmter Wirkungspfade/Wirkungspfadkombinationen Quelle: Sterzel/Lüdeke et al., 2015 Clusterbasierte Typisierung schnell wachsender Küstenregionen bezüglich ihrer Anfälligkeit gegenüber Klimawandel (Meeresspiegelanstieg, fluviale Überflutungen) unter Berücksichtigung der sozio-ökonomischen Bedingungen Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Generalisierung bestimmter Wirkungspfade/Wirkungspfadkombinationen Quelle: Sterzel/Lüdeke et al., 2015 Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION Strategien zur Anpassung unter Unsicherheit: indifferente Klimamodellergebnisse „No-Regret“-Optionen effizient auch ohne Klimawandel Reversible Optionen rückgängig zu machen, falls (Klima-)Entwicklung anders als erwartet Erhöhung von ohnehin existierenden Sicherheitsmargen mit denen traditionell Unsicherheiten berücksichtigt werden „Soft Strategies“ institutionelle oder organisatorische Maßnahmen Verkürzung des Entscheidungshorizonts kürzere Lebensdauern -> schnellere Möglichkeit der Revision (nach Hallegatte, GEC 19, 2009) Matthias Lüdeke/PIK

Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele MITIGATION Sind Städte „schuld“? – CO2-Gesamtemissionen/Kopf in Großbritannien Minx et al., Environ. Res. Lett. 8 (2013) Die Gesamtemissionen (direkt + indirekt) pro Kopf werden am besten mit sozio-ökonomischen Variablen erklärt. Die Zuordnung zu einer städtischen oder ländlichen Region hat weitaus geringere Erklärungskraft => der Unterschied zwischen städtischer oder ländlicher Infrastruktur spielt also (in GB) nur eine untergeordnete Rolle. Matthias Lüdeke/PIK

Der Verbrennungsmotor-Nexus: Hauptaufgaben/Probleme und Lösungsansätze/Beispiele ADAPTATION - MITIGATION Der Verbrennungsmotor-Nexus: Quelle: eigene Rechnung Anteile an den NOx-Emissionen Potsdams, 2010. (LRP 2012) R2 = 0.74; p = 0.0015 Reproduktion (braune Linie) der Tage mit Ozon-Richtwertüberschreitung (schwarze Linie) aus der Anzahl der Tage mit Tmax > 30 °C und dem Jahresmittel der NO2-Konzentration für Potsdam (Zentrum), 2002-2013 => bei gleichbleibender NO2-Konzentration zu erwartender Anstieg der Überschreitungstage um 80% bis 2050. Austieg aus dem verbrennungsmotorisierten Verkehr: sowohl Adaptations- als auch Mitigationsmaßnahme Klimaschutzteilkonzept Anpassung an den Klimawandel in der Landeshauptstadt Potsdam (2015). http://www.potsdam.de/sites/default/files/documents/klimaanpassung_lhp_160615.pdf Matthias Lüdeke/PIK

Herzlichen Dank für Ihr Interesse Matthias Lüdeke/PIK

Anhang, Ergänzungen bei Nachfrage Matthias Lüdeke/PIK

3. Klima-Sensitivitäten kommunaler Funktionen/Sektoren: statistische Modelle Zunahme der Fahrradunfälle/Tag mit der Tageshöchsttemperatur (Berlin, 2013) Zunahme der Kfz-Unfälle an Tagen mit Niederschlägen > 4mm verglichen mit trockenen Tagen (Berlin, 2013): Sachschaden: +14% Leichtverletzte: +24% Schwerverletzte: +8% Matthias Lüdeke/PIK

Auswertung der CORDEX EUROPE – Resultate für den Raum Berlin: Ferne Zukunft ≈2085 (2071-2100) Nahe Zukunft ≈2045 (2031-2060) Zeitreihen der Regionalen Klimamodelle