kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe konvergenz seit...

35
Kimawirkungen, eine systematische Übersicht Klimadefinitionen und Klassifikationen Matthias Lüdeke

Upload: others

Post on 22-Aug-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Kimawirkungen, einesystematische Übersicht

Klimadefinitionen und Klassifikationen

Matthias Lüdeke

Page 2: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Klima ist die Synthese des Wetters über einen Zeitraum, der lang genug ist, um dessen statistische Eigenschaftenbestimmen zu können

(nach WMO 1979, siehe Hupfer 1996)

Page 3: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Climate in a narrow sense is usually defined as the average weather or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period for averaging these variables is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization. The relevant quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system

IPCC, WG I, 2007

Page 4: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Climate in a narrow sense is usually defined as the average weather or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period for averaging these variables is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization. The relevant quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system

The climate system is the highly complex system consisting of five major components: the atmosphere, the hydrosphere, the cryosphere, the land surface and the biosphere, and the interactions between them. The climate system evolves in time under the influence of its own internal dynamics and because of external forcings such as volcanic eruptions, solar variations and anthropogenic forcings such as the changing composition of the atmosphere and land use change

IPCC, WG I, 2007

Page 5: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Climate in a narrow sense is usually defined as the average weather or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period for averaging these variables is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization. The relevant quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system

Climate change refers to a change in the state of the climate that can be identified (e.g., by using statistical tests) by changes in the mean and/or the variability of its properties, and that persists for an extended period, typically decades or longer.

IPCC, WG I, 2007

Page 6: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Wettervariablen: Messung, Übergang zum Klima: Eigenschaften derVerteilungsfunktionen, Bsp.: Säkularstation Potsdam

Trendbestimmung: Temeratur. Bsp. - Säkularstation Potsdam, “Bootstrapping” zur Signifikanzbestimmung.

Page 7: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

FlächendeckendeGlobale Wetter- und Klimadatensätze:(interpolierteStationsdaten)

Cramer/Leemanns:

Walther-Diagramme im0.5x0.5° Raster(720x360 Gitterpunkte)T, Pr, I: klim. Monatsmittel

Climate Research Unit (Norwich, UK)

T, Pr, I: Monatsmittelüber 100 Jahre

Page 8: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Klimaklassifikationen

(a) Effektive Klimaklassifikationen (Köppen u.a.)

(b) Genetische Klimaklassifikationen (Hendl u.a.)

(c) Statistische Klimaklassifikationen (Kropp u.a.)

Page 9: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

The Köppen climate classification is one of the most widely used climate classification systems. It was developed by Wladimir Köppen, a German climatologist, around 1900 (with several further modifications by Köppenhimself, notably in 1918 and 1936). It is based on the concept that native vegetation is the best expression of climate; thus, climate zone boundaries have been selected with vegetation distribution in mind. It combines average annual and monthly temperatures and precipitation, and the seasonality of precipitation.

http://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6ppen_climate_classification

Page 10: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

* Tropical rain climates (A)

Equatorial (Af) Monsoon(Am) Savanna (Aw,As)

* Arid climates (B)

Desert (Bwh) Semi-Arid (BS..)

Page 11: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

* Temperate rain climates (C) Humid/subtropical (Cfa, Cwa) Oceanic (Cfb, Cwb, Cfc) Mediterranean (Csa, Csb)

* Boreal forest and snow climates (D)Humid continental (Df/w,a/b) · Subarctic (Df/w,c,d)·Mediterranean continental (Dsa/b) . Other cont. (Dsc/d)

* Cold snow climates (E)

alpine (ETH) polar (EF) + ET(undra)

Page 12: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

* Tropical rain climates (A) – where the mean temperature of the coldest monthexceeds +18.0°C.

* Arid climates (B) – are defined as follows on the basis of the average annualprecipitation sum R (cm) and the annual mean temperature T (°C):R < 2T + 28 (where summer rain is dominating)R < 2T +14 (where no pronounced annual cycle is observed)R < 2T (where winter rain is dominating)

* Temperate rain climates (C) – where the mean temperature of the coldest monthis between –3.0°C and +18.0°C.

* Boreal forest and snow climates (D) – are characterized by a mean temperatureof the warmest month exceeding 10.0°C and a mean temperature of the coldestmonth below –3.0°C.

* Cold snow climates (E) – are defined by a mean temperature of the warmestmonth below 10.0°C.

Page 13: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 14: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

* Tropical rain climates (A)

Equatorial (Af) Monsoon(Am) Savanna (Aw,As)

Af: All twelve months have average precipitation of at least 60 mm

Am: driest month less than 60 mm, but more than (100 − [total annual precipitation in mm/25])

Aw: driest month less than 60 mm, but less than (100 − [total annual precipitation in mm/25])

Page 15: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

% Landfläche, die vom ent-sprechenden Köppen-typBedeckt ist (ohne Antarktis& Grönland), Beck et al., 2006

Page 16: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Distribution of Global Climate Classes (36d)Distribution of Global Climate Classes (36d)

Klima-ClusterungKohonen KarteJ. Kropp, 1999

Page 17: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

SOMTOP vs BIOME

Biome model:Tropical dryforestSOMTOP: node17

Green:Green: Biome-ModelYellowYellow:: SOMTOPRed:Red: Coincidence

Kropp (1999)

Page 18: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Kropp & Schellnhuber (2007)

SOMTOP vs BIOME

Page 19: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Genetische Klimaklassifikation nach Hendl, 1963/91

Page 20: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 21: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Vorhersage von Klimawandel-Wirkungen:

Welche Eigenschaften des zukünftigen Klimawandels können mit welcherSicherheit vorhergesagt werden?

Treiber: zukünftige anthropogene Treibhausgasemissionen (CO2, CH4, N2O etc.). - Hängen von politischen/wirtschaftlichen/sozialenEntwicklungen ab. Schwer vorherzusagen (Reflexivität: Vorhersagenüber zukünftige Entwicklungen beeinflussen diese möglicherweise!) -> plausible Szenarien (z.B. die SRES Szenarien)

Globale Strahlungsbilanz-Rechnungen -> ∆Tglobal (hohe Konvergenz seitArrhenius)

AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Page 22: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

SRES, IPCC

Page 23: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Sind Emissionen und CO2-Concentration trivial vermittelt?

Page 24: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 25: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Vorhersage von Klimawandel-Wirkungen:

Welche Eigenschaften des zukünftigen Klimawandels können mit welcherSicherheit vorhergesagt werden?

Treiber: zukünftige anthropogene Treibhausgasemissionen (CO2, CH4, N2O etc.). - Hängen von politischen/wirtschaftlichen/sozialenEntwicklungen ab. Schwer vorherzusagen (Reflexivität: Vorhersagenüber zukünftige Entwicklungen beeinflussen diese möglicherweise!) -> plausible Szenarien (z.B. die SRES Szenarien)

Globale Strahlungsbilanz-Rechnungen -> ∆Tglobal (hohe Konvergenz seitArrhenius)

AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Page 26: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Stefan-Boltzmann:Langwellige Abstrahlung (mit T4), [CO2] modifiziert = Kurzwellige (Sonnen-) Einstrahlung, Albedo-modifiziert

Page 27: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 28: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

AR4, WG1 (2007):

“… the global averagesurface warming following a doubling of carbondioxide concentrations. It is likely to be in the range2°C to 4.5°C with a best estimate of about 3°C, and is very unlikely to be less than 1.5°C. Values substantially higher than 4.5°C cannot be excluded, but agreement of models with observations is not as good for those values

Page 29: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Vorhersage von Klimawandel-Wirkungen:

Welche Eigenschaften des zukünftigen Klimawandels können mit welcherSicherheit vorhergesagt werden?

Treiber: zukünftige anthropogene Treibhausgasemissionen (CO2, CH4, N2O etc.). - Hängen von politischen/wirtschaftlichen/sozialenEntwicklungen ab. Schwer vorherzusagen (Reflexivität: Vorhersagenüber zukünftige Entwicklungen beeinflussen diese möglicherweise!) -> plausible Szenarien (z.B. die SRES Szenarien)

Globale Strahlungsbilanz-Rechnungen -> ∆Tglobal (hohe Konvergenz seitArrhenius)

AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Page 30: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 31: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 32: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 33: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 34: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke

Page 35: Kimawirkungen, eine systematische Übersichtluedeke/v0708m1.pdf · global (hohe Konvergenz seit Arrhenius) AOGCM-Rechnungen: ständige Annäherung an die Notwendigkeiten von Impact-Rechnungen

Matthias Lüdeke