Klimawandel in Deutschland Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven Guy P. Brasseur Daniela Jacob Susanne Schuck-Zöller Hrsg. Klimawandel in Deutschland Herausgeber Prof. Dr. Guy P. Brasseur, ausführend für: Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg derzeit: Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Prof. Dr. Daniela Jacob, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Susanne Schuck-Zöller, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Editorial board Dr. Paul Becker, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Prof. Dr. Martin Claußen, Universität Hamburg & Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Prof. Dr. Bernd Hansjürgens, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, Leipzig Prof. Dr. Christoph Kottmeier, Karlsruher Institut für Technologie Prof. Dr. Mojib Latif, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel Prof. Dr. Peter Lemke, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven Petra Mahrenholz, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau Prof. Dr. Bruno Merz, Helmholtz-Zentrum Potsdam/Deutsches Geoforschungszentrum - GFZ Prof. Dr. Rainer Sauerborn, Universität Heidelberg Prof. Dr. Hans Joachim Schellnhuber, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung - PIK Prof. Dr. Harry Vereecken, Forschungszentrum Jülich Projektleitung Susanne Schuck-Zöller, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dieses Buch ist ein Gemeinschaftswerk, das nur durch das Engagement sehr vieler Beteiligter zustande kommen konnte. Finanziert wurde das Buch durch das Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenfor- schung GmbH, zu dem das Climate Service Center Germany (GERICS) gehört. Guy Brasseur Daniela Jacob Susanne Schuck-Zöller (Hrsg.) Klimawandel in Deutschland Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven ISBN 978-3-662-50396-6 ISBN 978-3-662-50397-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-50397-3 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Spektrum © Der/die Herausgeber bzw. der/die Autor(en) 2017 Dieses Buch ist eine Open-Access-Publikation. Open Access Dieses Buch wird unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz (http://creati- vecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de) veröffentlicht, welche die Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbrei- tung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Etwaige Abbildungen oder sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende oder der Quellreferenz nichts anderes ergibt. Sofern solches Drittmaterial nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht, ist eine Vervielfältigung, Bearbeitung oder öffentliche- Wiedergabe nur mit vorheriger Zustimmung des betreffenden Rechteinhabers oder auf der Grundlage einschlägiger gesetzlicher Erlaubnisvorschriften zulässig. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede kommerzielle Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt ins- besondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Marken- schutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Heraus- geber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Spektrum ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg Herausgeber Prof. Dr. Guy Brasseur ausführend für: Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg derzeit: Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Prof. Dr. Daniela Jacob Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Susanne Schuck-Zöller Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Beteiligte Herausgeber Prof. Dr. Guy Brasseur Guy Brasseur initiierte in seiner Eigenschaft als Direktor des Climate Service Center , Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, die Entstehung des Buches und rief das editorial board zusammen. Als senior scientist und ehemaliger Direktor des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg ist Guy Brasseur ebenfalls Distinguished Scholar und ehemaliger stellvertretender Direktor des National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado/USA. Brasseurs wissenschaft- liche Interessen liegen im Bereich globaler Veränderungen, Klimawandel, Klimavariabilität, der Beziehung zwischen Chemie und Klima, der Interaktionen zwischen Biosphäre und Atmosphäre, der Abnahme des stratosphärischen Ozons, der globalen und regionalen Luftverschmutzung und solar-terrestrischer Beziehungen. Gegenwärtig ist Guy Brasseur Vorsitzender des Joint Scientific Committee des Weltklimaforschungs- programms (WCRP). Er war koordinierender Leitautor des Vierten Sachstandsberichts (WG-1) des Weltklimarats (IPCC), der 2007 mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet wurde. Von 2009 bis 2014 baute Brasseur als Direktor das Climate Service Center in Hamburg auf. Er ist Mitglied verschie- dener Wissenschaftsakademien (Hamburg, Brüssel, Oslo) und der Academia Europaea. An den Universitäten Hamburg und Brüssel unterrichtet Guy Brasseur als Professor. Darüber hinaus ist er Ehrendoktor der Universitäten Paris 6 (Pierre and Marie Curie), Oslo und Athen. Prof. Dr. Daniela Jacob Daniela Jacob ist Herausgeberin des vorliegenden Buches und hat Teil I gemeinsam mit Christoph Kottmeier editiert. Darüber hinaus ist sie gemeinsam mit ihm Leitautorin von Kapitel 4. Sie hat in Darmstadt Meteorologie studiert und wurde in Hamburg promoviert. Von 1993 bis 2015 forschte sie am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg und entwickelte das regionale Klimamodell REMO. Im Juni 2010 wurde sie in die Riege der Hauptautoren für den Fünften Sachstandsbericht des Weltklimarates (IPCC) berufen und übernahm am 1. Juni 2014 die kommissarische Leitung des Climate Service Center Germany (GERICS), Einrichtung des Helmholtz- Zentrums Geesthacht, in Hamburg. Seit dem 1. Juni 2015 ist Daniela Jacob Direktorin des Climate Service Center Germany . GERICS entwickelt wissenschaftlich fundiert prototypische Produkte und Dienstleistungen, um Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Anpassung an den Klimawandel zu unterstützen. Von 2009 bis 2013 war Daniela Jacob Adjunct Professor an der Universität Bergen/Norwegen. Seit Januar 2016 ist sie als Gastprofessorin an der Fakultät für Nachhaltigkeit der Leuphana Universität Lüneburg tätig. Susanne Schuck-Zöller Susanne Schuck-Zöller hat die Entstehung und Produktion des vorliegenden Buches als Herausgeberin, Projektleiterin und Redakteurin betreut. Sie moderiert im Climate Service Center Germany , Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, das Netzwerksystem, bestehend aus den wissenschaftlichen Partnern auf der einen und den Kunden aus Politik, Wirtschaft und Verwaltung auf der anderen Seite. Ihr wissenschaft- liches Interesse liegt im Bereich der Qualität von transdisziplinärer Forschung (gemeinsam von Wissenschaftlern und Praxisakteuren betrieben) sowie deren Evaluation. Die Journalistin und Literaturwissenschaftlerin leitete von 2000 bis 2010 die Stabsstelle Presse und Kommunikation der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Für das Climate Service Center Germany baute sie u. a. das Klimaportal der deutschen Klimaforschung „klimanavigator.de“ mit zahlreichen Partnern auf. V Editors der Teile I bis V Prof. Dr. Jörn Birkmann hat gemeinsam mit Olivia Serdeczny und Franziska Piontek Teil IV „Übergreifende Risiken und Unsicherheiten“ editiert. Darüber hinaus ist er Leitautor von Kapitel 26. Birkmann ist Direktor des IREUS und Leitautor des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) für den Spezialbericht SRES und den fünften Sachstandsbericht (AR5). Er ist zudem Mitglied der Akademie für Raumordnung und Landesplanung und des von ICSU (International Council of Science) getragenen Expertengremiums IRDR ( Integrated Research on Disaster Risk ). Birkmann hat über 100 Publikationen zu den Themen Vulnerabilität, Risiko und Anpassung an den Klimawandel sowie adaptive Planung veröffentlicht und bereits mehrere Verbundprojekte geleitet und koordiniert. Er war auch Mitglied im Expertenkreis für die Nationale Plattform Zukunftsstadt. Peggy Gräfe hat gemeinsam mit Harry Vereecken und Hermann Lotze-Campen Teil III „Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland“ editiert. Gräfe studierte an der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität Berlin und ist seit 1993 am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) beschäftigt. Ihr inhaltlicher Fokus lag zu Beginn ihrer Tätigkeit am PIK auf Untersuchungen zu den Auswirkungen von erhöhtem CO 2 auf das Pflanzenwachstum. Später folgten verschiedene Projekte mit dem Schwerpunkt integrierter Analysen von Klimafolgen in Deutschland und in China. Seit 2009 ist sie wissenschaft- liche Koordinatorin des Forschungsbereiches „Klimawirkungen und Vulnerabilität“ am PIK. Prof. Dr. Christoph Kottmeier ist Mitglied des editorial board und hat gemeinsam mit Herausgeberin Daniela Jacob Teil I „Globale Klimaprojektionen und regionale Projektionen für Deutschland und Europa“ editiert. Darüber hinaus ist er gemeinsam mit Daniela Jacob Leitautor von Kapitel 4. Kottmeier leitet seit 2003 das Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) des Karlsruher Instituts für Techno- logie (KIT). Er ist Diplom-Meteorologe und seine Forschungsgebiete sind die Analyse von Prozessen in der Troposphäre, die Neuentwicklung meteorologischer Instrumente und die regional Klimamodellierung. Kottmeier war und ist Sprecher größerer Forschungsprogramme, wie z.B. des Helmholtz-Programms Atmosphere and Climate und des KIT-Zentrums Climate and Environment . Er ist Mitglied der Leitungsgremien bedeutender Atmosphären- und Klimaforschungsprogramme wie HyMeX im Mittelmeerraum und des Helmholtz Dead Sea Programme DESERVE im Nahen Osten sowie REKLIM der Helmholtz- Gemeinschaft und MiKLip des Bundesforschungsministeriums. Prof. Dr. Hermann Lotze-Campen hat gemeinsam mit Harry Vereecken und Peggy Gräfe Teil III „Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland“ editiert. Lotze-Campen ist als Agrarökonom seit 2001 am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) tätig. Er hat ein globales Simulationsmodell entwickelt, um verschiedene Wechselwirkungen zwischen Landwirtschaft, Landnutzung und Klima zu analysieren. Seit 2012 ist er Leiter des PIK-Forschungsbereichs „Klimawirkung und Vulnerabilität“, mit dem Schwerpunkt- thema sektor-übergreifende Bewertung von Klimawirkungen. Im Jahr 2014 wurde Hermann Lotze-Campen neben seiner Tätigkeit am PIK zum Professor für Nachhaltige Landnutzung und Klimawandel an die Humboldt-Universität zu Berlin berufen. Petra Mahrenholz ist Mitglied des editorial board und hat Teil V „Integrierte Strategien zur Anpassung an den Klimawandel“ editiert. Darüber hinaus ist sie Leitautorin von Kapitel 33. Mahrenholz ist Diplom-Meteorologin und seit 1991 im Umweltbundesamt (UBA) zu den Themen Schutz der Erdatmosphäre, Klimaschutz und Klimaanpassung tätig. Sie verhandelte für die deutsche Regierung bis 2003 u.a. die Zusammenarbeit von UNFCCC mit dem Weltklimarat (IPCC) sowie die Biodiversitätskonvention (CBD) und leitet seit 2006 das Kompetenzzentrum Klimafolgen und Anpassung (KomPass) im UBA. Schwerpunkte ihrer Tätigkeit sind die wissenschaftlich fundierte Politik- beratung zur Umsetzung und Weiterentwicklung der Deutschen Strategie zur Anpassung an den Klimawandel (DAS), die Forschungsförderung sowie Synthese von Forschungsprojekten zur Klimaanpassung sowie nationale, europäische und internationale Gremientätigkeit (u. a. IPCC-Regierungsbegutachtung insbesondere für working group 2 sowie Mitglied der deutschen Delegation; National Reference Centre für Klimawandel und -anpassung im EIONET der Europäischen Umwelt- agentur). VI Beteiligte Prof. Dr. Bruno Merz ist Mitglied des editorial board und hat Teil II „Klimawandel in Deutschlang: regionale Besonderheiten und Extreme“ editiert. Merz leitet die Sektion Hydrologie am Deutschen Geoforschungszentrum GFZ und ist Professor an der Universität Potsdam. Seine Forschungsgebiete sind hydrologische Extreme, Hochwasserrisiken sowie Monitoring und Modellierung von hydro- logischen und hydraulischen Prozessen. Er hat mehrere große Forschungsprojekte, wie z.B. das Deutsche Forschungsnetz Naturkatastrophen oder RIMAX (Risikomanagement von extremen Hochwasserereignissen), koordiniert. Er ist Mitheraus- geber der Fachzeitschriften Natural Hazards and Earth System Sciences, Water Security sowie Journal of Hydrology Dr. Franziska Piontek hat gemeinsam mit Olivia Serdeczny und Jörn Birkmann Teil IV „Übergreifende Risiken und Unsicherheiten“ sowie gemeinsam mit Bruno Merz Kapitel 11 editiert. Piontek ist Wissenschaftlerin am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), wo ihr Fokus hauptsächlich auf Berech- nungen der Kosten des Klimawandels liegt, insbesondere deren Einbeziehung in Integrated-assessment- Modelle. Darüber hinaus ist sie Mitkoordinatorin des inter-sektoralen Modellvergleiches zu Klimafolgen ISIMIP. Franziska Piontek hat Physik an der Universität Tübingen studiert und in Astrophysik am Astrophysikalischen Institut Potsdam promoviert. Zusätzlich verfügt sie über einen Masterabschluss in Friedensforschung und Sicherheitspolitik der Universität Hamburg. Olivia Serdeczny hat gemeinsam mit Franziska Piontek und Jörn Birkmann Teil IV „Übergreifende Risiken und Unsicherheiten“ editiert. Serdeczny arbeitet als wissenschaftliche Referentin für Climate Analytics und ist Gastwissenschaftlerin am Potsdam- Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Sie berät die Ländergruppen der Inselstaaten und am wenigsten entwickelten Länder auf den Klimaverhandlungen. Zuvor war sie als wissenschaftliche Referentin von Professor Schellnhuber für den Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen tätig. In den Jahren 2012 und 2013 koordinierte und mitverfasste sie die Turn Down the Heat -Berichte für die Weltbank. Sie verfügt über einen Masterab- schluss in Philosophie der Freien Universität Berlin. Prof. Dr. Harry Vereecken ist Mitglied des editorial board und hat gemeinsam mit Peggy Gräfe und Hermann Lotze-Campen Teil III „Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland“ editiert Vereecken promovierte an der Universität Leuven (Belgien) im Bereich Agrarwissenschaften im Jahr 1988. 1990 wechselte er zum Forschungszentrum Jülich (FZJ) als Leiter der Abteilung Schadstoffe in geologischen Systemen. Seit 2000 ist er Direktor des Agrosphäre-Instituts am FZJ und Professor für Bodenkunde an der Universität Bonn. Er ist wissenschaftlicher Direktor des Geoverbundes ABC/J (2015-2016), vom International Soil Modeling Consortium und wissenschaftlicher Koordinator von TERENO. Sein Forschungsgebiet umfasst Bodenkunde, Hydrologie und die Modellierung terrestrischer Systeme. 2014 wurde er fellow der American Geophysical Union (AGU) und 2016 wurde ihm der Dalton Award der European Geosciences Union (EGU) verliehen. VII Beteiligte Autoren z Leitautoren Dr. Jobst Augustin, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Prof. Dr. Jörn Birkmann, Universität Stuttgart Prof. Dr. Guy Brasseur, Max-Planck-Institut für Meteorologie, ehemals Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Prof. Dr. Axel Bronstert, Universität Potsdam Prof. Dr. Nicolas Brüggemann, Forschungszentrum Jülich Dr. Thomas Deutschländer, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Dr. Andreas Dobler, Meteorologisches Institut Norwegen, Oslo, ehemals Freie Universität Berlin Prof. Dr. Annette Eschenbach, Universität Hamburg Prof. Dr. Heike Flämig, Technische Universität Hamburg-Harburg Dr. Mark Fleischhauer, plan + risk consult, Dortmund Prof. Dr. Thomas Glade, Universität Wien Dr. Horst Gömann, Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Bonn, ehemals Johann Heinrich von Thünen-Institut, Braunschweig Prof. Dr. Hermann Held, Universität Hamburg Dr. Jesko Hirschfeld, Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung, Berlin Prof. Dr. Daniela Jacob, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dr. Frank Kaspar, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Prof. Dr. Gernot Klepper, Institut für Weltwirtschaft Kiel Dr. Stefan Klotz, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Halle Dr. Hagen Koch, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Prof. Dr. Michael Köhl, Universität Hamburg Prof. Dr. Christoph Kottmeier, Karlsruher Institut für Technologie Prof. Dr. Harald Kunstmann, Universität Augsburg & Karlsruher Institut für Technologie (Campus Alpin), Garmisch-Partenkirchen Dr. Michael Kunz, Karlsruher Institut für Technologie Prof. em. Dr. Wilhelm Kuttler, Universität Duisburg-Essen Petra Mahrenholz, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau Prof. Dr. Andreas Matzarakis, Deutscher Wetterdienst, Freiburg Dr. Insa Meinke, Helmholtz-Zentrum Geesthacht Dr. Manfred Mudelsee, Climate Risk Analysis, Bad Gandersheim Prof. Dr. Jean Charles Munch, Technische Universität München, ehemals Helmholtz-Zentrum München Prof. Dr. Jürgen Oßenbrügge, Universität Hamburg Prof. Dr. Eva-Maria Pfeiffer, Universität Hamburg Dr. G. Joaquim Pinto, Universität zu Köln & University of Reading Dr. Daniel Plugge, ehemals Universität Hamburg Prof. Dr. Ortwin Renn, Universität Stuttgart & International Institute for Advanced Sustainability Stu- dies, Potsdam Dr. Wilfried Rickels, Institut für Weltwirtschaft Kiel Prof. Dr. Rainer Sauerborn, Universität Heidelberg Prof. Dr. Jürgen Scheffran, Universität Hamburg Prof. Dr. Oliver Schenker, Frankfurt School of Finance and Management, ehemals Zentrum für Euro- päische Wirtschaftsforschung, Mannheim Dr. Hauke Schmidt, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Dr. Martin Schultz, Forschungszentrum Jülich Prof. Dr. Reimund Schwarze, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Leipzig Andreas Vetter, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau Dr. Ralf Weiße, Helmholtz-Zentrum Geesthacht z Beitragende Autoren Dr. Hubertus Bardt, Institut der deutschen Wirtschaft Köln Dr. Paul Becker, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Dr. Hendrik Biebeler, Institut der deutschen Wirtschaft Köln Prof. Dr. Helge Bormann, Jade Hochschule, Oldenburg VIII Beteiligte Dr. Gerd Bürger, Universität Potsdam Dr. Katrin Burkart, Humboldt-Universität zu Berlin Prof. Dr. Klaus Butterbach-Bahl, Karlsruher Institut für Technologie Esther Chrischilles, Institut der deutschen Wirtschaft Köln Prof. Dr. Martin Claußen, Universität Hamburg & Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Prof. Dr. Klaus Eisenack, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Prof. Dr. Wilfried Endlicher, Humboldt-Universität zu Berlin Dr. Veronika Eyring, Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen Hendrik Feldmann, Karlsruher Institut für Technologie Prof. Dr. Peter Fröhle, Technische Universität Hamburg-Harburg Dr. Cathleen Frühauf, Deutscher Wetterdienst, Braunschweig Prof. Dr. Carsten Gertz, Technische Universität Hamburg-Harburg Prof. Dr. Stefan Greiving, Technische Universität Dortmund Martin Gutsch, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Prof. Dr. Uwe Haberlandt, Leibniz Universität Hannover Guido Halbig, Deutscher Wetterdienst, Essen Dr. Gerrit Hansen, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Dr. Fred F. Hattermann, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Dr. Maik Heistermann, Universität Potsdam Alina Herrmann, geb. Vandenbergh, Universität Heidelberg Dr. Peter Hoffmann, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Dr. Shaochun Huang, Norwegian Water Resources and Energy Directorate, Oslo, ehemals Potsdam- Institut für Klimafolgenforschung – PIK Prof. Dr. Daniela Jacob, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Prof. Dr. Susanne Jochner, Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt Prof. Dr. Helmut Karl, Ruhr-Forschungsinstitut für Innovations- und Strukturpolitik e. V., Bochum Dr. Michael Kersting, Ruhr-Forschungsinstitut für Innovations- und Strukturpolitik e. V., Bochum Christian Kind, adelphi, Berlin Dr. Dieter Klemp, Forschungszentrum Jülich Prof. Dr. Jörg Knieling, HafenCity Universität Hamburg Prof. Dr. Andrea Knierim, Universität Hohenheim Vassilis Kolokotronis, Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Karlsruhe Dr. Christina Koppe, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Zbigniew Kundzewicz, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Petra Lasch-Born, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Prof. Dr. Mojib Latif, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel Dr. Christian Lindner, plan + risk consult, Dortmund Prof. Dr. Martin Lohmann, Leuphana Universität Lüneburg Rainer Lucas, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie Dr. Johannes Lückenkötter, plan + risk consult, Dortmund Dr. Andrea Lüttger, Julius-Kühn-Institut, Kleinmachnow Dr. Hermann Mächel, Deutscher Wetterdienst, Offenbach Dr. Mahammad Mahammadzadeh, Hochschule Fresenius, Köln Petra Mahrenholz, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau Dr. Grit Martinez, Ecologic Institute, Berlin Dr. Andreas Marx, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Leipzig Prof. Dr. Annette Menzel, Technische Universität München Prof. Dr. Lucas Menzel, Universität Heidelberg Prof. Dr. Günter Meon, Technische Universität Braunschweig Prof. Dr. Bruno Merz, Helmholtz-Zentrum Potsdam/Deutsches Geoforschungsfentrum - GFZ Prof. Dr. Dirk Messner, Deutsches Institut für Entwicklungspolitik, Bonn Dr. Andreas Meuser, Landesamt für Umwelt, Rheinland-Pfalz, Mainz Dr. Susanna Mohr, Karlsruher Institut für Technologie Prof. Dr. Heike Molitor, Hochschule für Nachhaltige Entwicklung Eberswalde Dr. Hans-Guido Mücke, Umweltbundesamt, Berlin Dr. Thorsten Mühlhausen, Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt, Braunschweig IX Beteiligte Prof. Dr. Michael Müller, Technische Universität Dresden Prof. Dr. Eva Nora Paton, Technische Universität Berlin, ehemals Universität Potsdam Dr. Anna Pechan, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Juliane Petersen, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dr. Theresia Petrow, Universität Potsdam Dr. Diana Rechid, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dr. Christopher P. O. Reyer, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Dr. Mark Reyers, Universität zu Köln Prof. Dr. Robert Sausen, Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen Dr. Inke Schauser, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau Prof. Dr. Hans-Joachim Schellnhuber, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Sonja Schlipf, HafenCity Universität Hamburg Susanne Schuck-Zöller, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dr. Sven Schulze, Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut Olivia Serdeczny, Climate Analytics, Berlin Dr. Josef Settele, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Halle Dr. Gerhard Smiatek, Karlsruher Institut für Technologie (Campus Alpin), Garmisch-Partenkirchen Dr. Claas Teichmann, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany, Hamburg Dr. Kirsten Thonicke, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Prof. Dr. Uwe Ulbrich, Freie Universität Berlin Prof. Dr. Andreas Wahner, Forschungszentrum Jülich Christian Wanger, Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz, München Prof. Dr. Hans-Joachim Weigel, Johann Heinrich von Thünen-Institut, Braunschweig Dr. Nicola Werbeck, Ruhr-Forschungsinstitut für Innovations- und Strukturpolitik e. V., Bochum Prof. Dr. Peter C. Werner, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – PIK Review editors, reviewers z Review editors Dr. Hans-Martin Füssel, Europäische Umweltagentur , Kopenhagen Prof. em. Dr. Hartmut Graßl, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Prof. em. Dr. Michael Hantel, Universität Wien z Reviewers Prof. Dr. Bodo Ahrens, Goethe-Universität Frankfurt am Main Prof. Dr. Friedrich Beese, Universität Göttingen Prof. Dr. Karl-Christian Bergmann, Allergie-Centrum Charité, Berlin Dr. Claus Brüning, Europäische Kommission, Brüssel Dr. Olaf Burghoff, Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e. V., Berlin Elisabeth Czorny, Landeshauptstadt Hannover Dr. Claus Doll, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Karlsruhe Dr. Fabian Dosch, Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung, Bonn Dr. Bernhard Gause, Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e. V., Berlin Prof. Dr. Maximilian Gege, Bundesdeutscher Arbeitskreis für Umweltbewusstes Management, Hamburg Prof. Dr. Manfred Grasserbauer, Technische Universität Wien Dr. Peter Greminger, RIBADE, Münchringen, ehemals Bundesamt für Umwelt, Bern Prof. Dr. Edeltraud Günther, Technische Universität Dresden Prof. Dr. Heinz Gutscher, Schweizerische Akademie der Geistes- und Sozialwissenschaften, Bern Andreas Hartmann, Kompetenzzentrum Wasser Berlin Dr. Sebastian Helgenberger, Institute for Advanced Sustainability Studies, Potsdam Klaus Markus Hofmann, Deutsche Bahn AG und NETWORK Institute, Berlin Dr. Christian Huggel, Universität Zürich Prof. Dr. Alexander Knohl, Georg-August-Universität Göttingen Dr. Christian Kölling, Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft, Freising Susanne Krings, Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, Bonn Dr. Mark A. Liniger, Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz, Zürich X Beteiligte Prof. Dr. Jörg Matschullat, Technische Universität Bergakademie Freiberg Dr. Christoph Matulla, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien Dr. Bettina Menne, World Health Organisation Regionalbüro Europa, Bonn Prof. Dr. Frits Mohren, Wageningen University Prof. Dr. Hans-Peter Nachtnebel, Universität für Bodenkultur Wien Hanz D. Niemeyer, ehemals Forschungsstelle Küste im Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasser- wirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Norderney Prof. Dr. Heiko Paeth, Julius-Maximilians-Universität Würzburg Dr. Thomas Probst, Bundesamt für Umwelt, Bern Andrea Prutsch, Umweltbundesamt, Wien Dr. Diana Reckien, Universiteit Twente, Enschede Dr. Ulrich Reuter, Amt für Umweltschutz, Stuttgart Dr. Christoph Ritz, Akademie der Naturwissenschaft Schweiz, Bern Dr. Helmut Rott, Universität Innsbruck Dr. Ernest Rudel, Österreichische Gesellschaft für Meteorologie, Wien Simone Ruschmann, Handelskammer Hamburg Prof. Dr. Christoph Schär, ETH Z ü rich Dr. Natalie Scheck, Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung, Wiesbaden Olaf Schlieper, Deutsche Zentrale für Tourismus e. V., Frankfurt am Main Prof. Dr. Peter Schlosser, Columbia University, New York Prof. Dr. Jürgen Schmude, Ludwig-Maximilians-Universität, München Prof. Dr. Renate Schubert, ETH Z ü rich Dr. Astrid Schulz, Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, Berlin Prof. Dr. Andreas Schumann, Ruhr-Universität Bochum Stefan Schurig, Stiftung World Future Council, Hamburg Dieter Seidler, Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Landwirtschaft des Landes Bran- denburg, Potsdam Dr. Karl-Heinz Simon, Universität Kassel Prof. Dr. Ulrich Strasser, Universität Innsbruck Prof. Dr. Bruno Streit, Goethe-Universität Frankfurt am Main Dr. Ulrich Sukopp, Bundesamt für Naturschutz, Bonn Dr. Matthias Themeßl, Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel, Graz Dr. Manfred Treber, Germanwatch e. V., Bonn Dr. Victor Venema, Universität Bonn Wolfgang Vogel, Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und Ländliche Räume des Landes Schleswig- Holstein, Flintbek Reinhard Vogt, ehemals Hochwasserschutzzentrale Köln Dr. Roland von Arx, Bundesamt für Umwelt, Bern Prof. Dr. Andreas von Tiedemann, Georg-August-Universität Göttingen Heiko Werner, ehemals Bundesanstalt Technisches Hilfswerk, Bonn Dr. Andreas Wurpts, Forschungsstelle Küste im Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Norderney XI Beteiligte Technische Unterstützung z Glossar Dr. Jörg Cortekar, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Climate Service Center Germany (GERICS), Hamburg (Koordinator); Dr. Steffen Bender, Dr. Markus Groth, Dr. Diana Rechid (Reviewer); Dr. Steffen Bender, Dr. Paul Bowyer, Dr. Andreas Hänsler, Dr. Elke Keup-Thiel, Dr. Juliane Otto, Dr. Diana Rechid (Textbeiträge) z Formatierung und Korrektorat pur.pur GmbH Visuelle Kommunikation, Heikendorf z Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig z Mitwirkung Dr. Uwe Kehlenbeck, Dr. Juliane Otto (Abbildungen); Christian Kassin (gemeinsames Webportal) z Unterstützung Steffi Ehlert; Dominic Ahrens, Lüder Beecken, Tobias Stürzebecher (Praktikanten); Maren Ellermann, David Williams, Jessica Wilke (studentische Hilfskräfte) XII Beteiligte Inhaltsverzeichnis 1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Guy Brasseur, Paul Becker, Martin Claußen, Daniela Jacob, Hans-Joachim Schellnhuber, Susanne Schuck-Zöller Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 I Globale Klimaprojektionen und regionale Projektionen für Deutschland und Europa 2 Globale Sicht des Klimawandels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Hauke Schmidt, Veronika Eyring, Mojib Latif, Diana Rechid, Robert Sausen 2.1 Geschichte der Klimamodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Komponenten des Klimasystems, Prozesse und Rückkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Ensembles von Klimamodellen und Szenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 2.3.1 Beschreibung der Szenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.4 IPCC-Bericht: Fortschritte und Schlüsselergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.4.1 Simulation des historischen Klimawandels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.4.2 Projektionen des zukünftigen Klimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.5 Kurz gesagt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 3 Beobachtung von Klima und Klimawandel in Mitteleuropa und Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Frank Kaspar, Hermann Mächel 3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3.2 Beobachtung des Klimawandels in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3.2.1 Geschichte der Wetterbeobachtung in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3.2.2 Das aktuelle Stationsmessnetz in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 3.2.3 Die Beobachtung wichtiger Klimagrößen im Einzelnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 3.2.4 Klimatrends in Deutschland und den Bundesländern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.3 Datensätze für Deutschland und Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.3.1 Stationsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.3.2 Gerasterte Datensätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 3.4 Kurz gesagt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 4 Regionale Klimamodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Daniela Jacob, Christoph Kottmeier, Juliane Petersen, Diana Rechid, Claas Teichmann 4.1 Methoden der regionalen Klimamodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 4.1.1 Dynamische Regionalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 4.1.2 Statistische Regionalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 4.2 Bestandteile regionaler Klimamodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 4.3 Modellvalidierung und Evaluierung des Referenzklimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4.4 Ensemble und Bandbreiten regionaler Klimaprojektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 4.5 Projizierte Veränderungen von Temperatur und Niederschlag im 21. Jahrhundert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 4.6 Kurz gesagt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 5 Grenzen und Herausforderungen der regionalen Klimamodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Andreas Dobler, Hendrik Feldmann, Uwe Ulbrich 5.1 Anforderungen an Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 5.2 Robustheit der Ergebnisse aus der regionalen Klimamodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 5.3 Erzeugung und Interpretation von Ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 XIII 5.4 Mehrwert der regionalen Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 5.5 Kurz gesagt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 II Klimawandel in Deutschland: regionale Besonderheiten und Extreme 6 Temperatur inklusive Hitzewellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Thomas Deutschländer, Hermann Mächel 6.1 Beobachtete Temperaturänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 6.1.1 Klimatologische Kenntage und Quantile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 6.2 Zukunftsprojektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 6.2.1 Klimatologische Kenntage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 6.2.2 Prozentuale Schwellenwerte und Wiederkehrwahrscheinlichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 6.2.3 Monatliche und saisonale Extreme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 6.3 Kurz gesagt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 7 Niederschlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Michael Kunz, Susanna Mohr, Peter Werner 7.1 Starkniederschläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 7.1.1 Beobachtete Änderungen in der Vergangenheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 7.1.2 Änderungen in der Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 7.2 Hagel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .