Transcript Folie 1 - uni
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
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http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/ Vorlesung: Mittwoch, 15 -17 Uhr, Bau E26, 2.OG., Seminarraum 2.09
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
1. Voll im Trend
Energie – Bevölkerung - Wohlstand
Evolution from 1971 to 2004 of World Total Primary Energy Supply by Fuel (Mtoe) __500
[
EJ/a
]
Ungebrochenes Wachstum __400
[
EJ/a
] a *Excludes electricity trade.
**Other includes geothermal, solar, wind, heat, etc.
Quelle: IEA 2006, http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2006/key2006.pdf
IEA2006_Key-World-EnergyStatistics_82p.pdf
__750
[
EJ/a
]
( BAU) __500
[
EJ/a
]
Quelle: IEA 2006 http://www.iea.org/Textbase/speech/2006/mandil/Monterrey.pdf
Vortrag Mandil, Folie 2
UN 2002: Weltbevölkerung wächst noch auf ca. 11 G Menschen 2050: 9 Milliarden 2000: 6 Milliarden
BQuelle: Bundesinstitut für Bevölkerungsforschung (BiB) :
Bevölkerung -
FAKTEN – TRENDS – URSACHEN – ERWARTUNGEN (2004), Abb.33, p.74
Stahlerzeugung: Die Welt - Industrialisierung hat gerade erst begonnen
BQuelle:M. Rothenberg:“Traditionsbranche glänzend im Geschäft“, VDI-N Nr.42 /2005: 21.10.2005, p.21
2. Weltweite Beobachtungen CO2, Temperatur, Zuordnung
1.32
http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/graphics/mlo145e_thrudc04.pdf
Berichtsstand:Mitte 2005 update vom 2006_0130 http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/ sio-mlo.htm
Aktualisierte (2007-06) Links: hp of Mauna loa Observatory: http://www.mlo.noaa.gov/home.html
Aktuelle CO2 Daten: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
380 CO 2 Sättigung Heute 380 ppm 2006 360 320 280 240 200 0 400 800 CO 2 -Konzentration (ppm) 1750 160 600'000 500'000 400'000 300'000 Jahre vor heute 200'000 100'000 Dome Concordia ice core data: Siegenthaler U
et al.
(2005) Science 310:1313 Vostoc ice core data: Petit JR
et al.
(1999) Nature 399:429 BQuelle: C.Körner :“Wälder als Kohlenstoffspeicher..“ http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2006F/Links_AKE2006F.htm#AKE2006F_05 0
Atmospheric CO2 on different time-scales
(b) CO2 concentration in
Antarctic ice cores
for the past millenium.
Recent atmospheric masurements (Mauna Loa) are shown forcomparison..
(a) Direct measurements of atmospheric CO2.
..Variations in atmospheric CO2 concentration on different time-scales..
(e)
Geochemically
inferred CO2 concentrations.
(d) CO2 concentration in the
Vostok
Antarctic ice core.
(c) CO2 concentration in the
Taylor Dome
Antarctic ice core.
Different colours represent results from different studies.
Quelle: IPCC_2001_TAR_TSFig.10a-d, p.40
beobachtete Klimafolgen
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 1906-2005 Larger than corresponding trend of
0.6
[0.4 to 0.8] o C for 1901-2000 ( 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
SLR= sea level rise Quelle: IPCC- AR4-wg1, Vortrag Pachauri in Nairobi, 2007-0206
.311
Global mean temperatures are rising faster with time Warmest 12 years: 1998,2005,2003,2002,2004,2006, 2001,1997,1995,1999, 1990 ,2000
Quelle: IPCC-AR4-wg1 , Vortrag Pachauri in Nairobi, 2007-0206
Period Rate 50 0.128
0.026
100 0.074
0.018
Years
/decade
Klimaänderungen: Langfristperspektive
(rel. zu 1961-1990) Unsicherheit Jahr
BQuelle: C.D.Schönwiese (2207):“Der neue wissenschaftliche Sachstandsbereicht des IPCC“;
AKE2007F-Vortrag
, Folie 15
Ein Blick in die Stratosphäre
Global gemittelte Temperatur der Stratosphäre (16 - 24 km)
1 0,5
Anomalien 1960 - 2002 (relativ zu 1958 - 1977) und einige explosive Vulkanausbrüche
Agung(1963+1) Fernandia (1968+2) St. Augustine (1976)
Trend: - 1,9 °C
El Chichón (1982) 0 Pinatubo (1991+1) -0,5 -1 -1,5 -2 1960 1965 1970
BQuelle:
DPG2005_SyKE1.4Schoenwiese_CC-imIndustriezeitalter.ppt
1975 1980 1985
Zeit in Jahren Datenquelle: Angell, 2004
1990 1995 2000
1.35
Besonders beeindruckend: Rückgang der Gletscher
und der
arktischen Eisbedeckung
Gletscher-Schwund in den Alpen 1900 und 2000.
Aufnahme der Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m )
Gesellschaft für ökologische Forschung, Wolfgang Zängl, http://www.gletscherarchiv.de
BQuelle:DLR_Schumann200_Klimawandel.ppt
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 dramatically shows 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.
Quelle: The Big Thaw“, National Geographic (2004), Heft 9, p.21;
.315 Arktisches Eis
Abschmelzen des arktischen Meereises zwischen 1979 und 2005
©National Snow and Ice Data Center Eindeutiger Trend: Seit Beginn der Satellitenbeobachtung hat die
Ausdehnung des Meereises drastisch abgenommen.
BQuelle: SpectrumDirekt SD790789 vom 1.10.2005, Bild 2 ; UrQuelle: National Snow and Ice Data Center
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 4 - 7 m.
.313 Meereshöhe Annual averages of the
global mean sea level
since 1870
mm
relative to the average for 1961 to 1990 Error bars are 90% confidence intervals.
a r econstructed sea level fields since 1870 (red) , tide gauge measurements since 1950 (blue) and
satellite altimetry since 1992 (black).
BQuelle: IPCC_AR4wg1_TechnicalSummary: Fig. TS.18, p.49, [Fig 5.13 ]
Ursache und Zuordnung
2.333
Der Strahlungsantrieb : „radiative forcing“
A process that alters the energy balance of the Earth - atmosphere system is known as a radiative forcing mechanism (1. IPCC-Report (1990), p. 41-68).
Radiative forcing
[ W/m 2 ] is
the change in the balance between radiation coming into
the atmosphere and radiation going out .
A
positive
radiative forcing tends on average to
negative warm
the surface of the Earth, and forcing tends on average to
cool
the surface.
Aktueller Stand AR4, (2007):
Die Klimaantriebe in ihrer zeitlichen Entwicklung
all GHG
__ Aerosol in Stratosphere)__ __solar _Aerosol
BQuelle: VGB-Beising (2006): Klimawandel und Energiewirtschaft-Literaturrecherche, p.115, Abb. 8.15 A
Ursachenzuordnung 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 % IPCC, 2007; Graphiken nach Pachauri, WGI Präs. 6.2.2007
Alle Antriebe Jahr Global gemittelte Temperaturanomalien Vulkanismus und Sonnenaktivität
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, 2007-0206
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, 2007-0206
3. KlimaModelle und Prognosen
McGuffie and Hendersson-Sellers, 1997 BezugsQuelle: Claussen: „Earth System Models of Intermediate Complexity“,IMPRS, 4.6.2003; www.pik-potsdam.de/~claussen/lectures/
2.34 Modelle Geographic resolution characteristic of climate Models
Quelle: IPCC-AR4-wg1 (2007), Figure 1.4
2.343
Governing Equations for AGCMs
V
t
V
V
V
p
f
k
V
D
M
momentum eq.
T
t
V
T
q
t
p
V
q
V
p
RT p
T p
T
p
Q rad c p
q
p
E
C
D q
Q con c p
D H
thermodynamic eq.
conservation of water vapor conservation of mass hydrostatic eq.
Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage: http://www.envsci.rutgers.edu/~broccoli/index.html
Governing Equations for AGCMs
V
t
V
V
V
p
f
k
V
D
M
T
t
V
T
q
t
p
V
q
V
p
RT p
T p
T
p
Q rad c p
q
p
E
C
D q
Q con c p
D H
These terms involve processes that occur on scales unresolved by the model.
Quelle: Virtueller Gastvortrag von Prof. Broccoli, USA: Homepage: http://www.envsci.rutgers.edu/~broccoli/index.html
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: http://www.envsci.rutgers.edu/~broccoli/index.html
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: http://www.envsci.rutgers.edu/~broccoli/index.html
2.344
IPCC2001_TAR1_TS-Box3
2.3531 Higher Temperatures
Understanding Near Term CC
Quelle:IPCC-AR4-wg1_TS, p.69, Fig.TS.26.
Corresponding uncertainties to the Projected Temperature Changes Uncertainties
as the relative probabilities of estimated global average warming
from several different AOGCM and EMIC studies
for the same periods.
Quelle:IPCC-AR4 wg1_TS, p.72, Fig. TS28 (nun vollständig)
4. Was bedeutet das für den Menschen
Aus dem „Stern Report“ der UK-Regierung:
Quelle: „Stern Report“, UK-Government:
http://www.hm-treasury.gov.uk/media/987/6B/Slides_for_Launch.pdf
5. Was tun
Ansatzpunkte zur Wende
• • •
1. CO2-freie Energiequellen Erneuerbare Energien ( RE =Renewable Energies) Wasserkraft, Wind, Biomasse, Sonne (themisch, Strom) Kernenergie Geothermie , Generation IV ; Kernfusion (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“
Pflicht für jeden
Immer strebe zum Ganzen , und kannst Du selber kein Ganzes Werden, als dienendes Glied schließ an ein Ganzes Dich an
Spruch von JWG vom bescheidenen aber endlichen Beitrag eines Wasserträgers 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