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TP 2:  Klimaveränderung und extreme Wetterereignisse

Die Ziele dieses Teilprojektes sind:

a) die Analyse der Klimadaten (Klimaextreme und deren Kombinationen) auf lokalen und regionalen Skalen; und

b) die Berechnung der rückgekoppelten Wirkungen der oben klassifizierten Klimaextreme und deren möglicher Kombinationen auf den Wald für ausgewählte Klimaszenarien mit Hilfe des Modells des Wind-, Wasser- und Energiehaushaltes der Waldbestände.

Die Daten der regionalen Klimamodelle – die Referenzläufe C20 – werden mit den gemessenen Daten des DWD validiert. Die Validierung der Klimadaten mit Beobachtungsdaten hat die Notwendigkeit von Biaskorrekturen für  den modellierten Niederschlag gezeigt. Deshalb hat sich das TP2 an der Bias-korrektur der REMO- und CLM-Niederschläge beteiligt (Mudelsee et al., 2010). Mit bias-korrigierten und nicht korrigierten Variablen wurde das Klimaänderungssignal in Niedersachsen für das KLIFF- Standardszenario REMO A1B / Lauf 1 und auch für den Lauf 2 charakterisiert. Während der erste Projektphase wurde festgestellt, dass sich unter Annahme des A1B-Szenarios die Lufttemperaturen in der Mitte und am Ende des 21 Jh. im Vergleich zum jetzigen Klima (C20) deutlich erhöhen werden: am meisten im Winter und am wenigsten im Frühling. Die Jahresniederschläge werden sich im 21Jh nicht signifikant ändern. Die saisonale Verteilung am Ende des 21Jh ändert sich jedoch sehr stark – es tritt eine Erhöhung der Winterniederschläge und ein Rückgang der Sommerniederschläge ein. Die Werte der berechneten Klimaänderungssignale für jede REMO-Gitterzelle in Niedersachsen wurden den Nutzern über die KLIFF interne Web-Seite mit entsprechender Dokumentation zur Verfügung gestellt. Die Daten der mit REMO dynamisch herunterskalierten Szenarien A1B, Läufe 1 und 2 (UBA, BFG, inklusive bias-korrigierter Niederschläge) wurden für die Impaktmodelle der FT 3 und 4 konvertiert, umformatiert und zu Verfügung gestellt.

In enger Zusammenarbeit mit FT5 TP2 werden Untersuchungen zur Anwendbarkeit der Daten der Klimamodelle für Impaktmodellierungen durchgeführt. Die Impaktmodelle im FT5 TP2 werden für unterschiedliche Standorte mit Daten der Klimamodelle (ECHAM, CLM, REMO, WETTREG 2010), mit DWD-Daten und mit am Ort gemessenen Klimadaten angetrieben. Der Vergleich der Ergebnisse hat gezeigt, dass für die Impaktmodelle, die auf lokaler Skala arbeiten (z.B. Abschätzung der biotischen und abiotischen Risiken in Waldbeständen), eine direkte Verwendung sowohl der Klimamodellierungsdaten, als auch der DWD-Daten nicht empfehlenswert ist (Panferov et al., 2010b, Moseley et al., 2011). Eine Erhöhung der Modellauflösung und der Dichte des DWD-Stationsnetzwerks sind nötig, um die Datenqualität für Anpassungsstrategien zu erhöhen.

Die im Rahmen von FT5 durchgeführten Prozessstudien benötigten Informationen über lokale meteorologische Variablen für die Untersuchungsperiode als Randbedingungen. Um aktuelle Klimareferenzbedingungen für Prozessstudien auf den FT5 – Untersuchungsflächen zu charakterisieren, wurden auf 3 Freiflächen und einer Messfläche im  Wald automatische Meteostationen installiert.

Die Daten der Klimaprojektionen inkl. bias-korrigierter Niederschläge wurden in enger Zusammenarbeit mit TP2 FT5 verwendet, um die Einflüsse der projizierten zukünftigen einzelnen Klimaextreme und deren Kombinationen auf die Waldstabilität zu untersuchen. Dafür wurde mittels eines gekoppelten Tools die Kombination eines 3D-Windmodells (SCADIS) mit dem SVAT Modell Brook90 angewendet. Als Indikatoren wurden das Trockenstress- und Windwurfrisiko ausgewählt. Die Einflüsse komplexer Geländemorphologien auf den Windstress werden untersucht (Merklein und Panferov, 2011). In Zusammenarbeit mit FT5  wurden die Untersuchungen für Bestände der Baumarten Buche, Fichte und Kiefer  unterschiedlichen Alters auf sechs unterschiedlichen Böden durchgeführt. Die Klimaveränderungssignale sowohl auf Landes-, als auch auf der Regionalskala wurden durch Vergleiche des Referenzszenario C20 mit SRES A1B und B1 (Ahrends et al., 2009, Panferov et al., 2009 a,b,c) evaluiert. Es wurde festgestellt, dass sich die Waldschadensrisiken im Vergleich zum jetzigen Klima im 21 Jh generell erhöhen werden. Jedoch hängen die Art der Schäden (Windwurf oder Windbruch), Schwellenwerte und Umfang der Schäden stark von den Standortsbedingungen (inkl. des Bestandeszustandes) ab, so dass keine universelle, skalenunabhängige Anpassungsmaßnahme vorgeschlagen werden kann. Zum Ende des Jahrhunderts kann sich unter der gleichen Kombination der Klima- und Bodenbedingungen die Wahrscheinlichkeit der Windschäden für Fichte erhöhen und für Buche reduzieren (Panferov et al., 2010a,d). Die Veränderungen der Waldbestandesstruktur als Folge der abiotischen Schäden produzieren positive Rückkoppelungen für das zukünftige Windwurfrisiko (Panferov et al., 2009a) und können gleichzeitig eine negative Rückkoppelung für das Trockenheitsrisiko auslösen (Panferov et al., 2010c). Vertiefte Analysen in Zusammenarbeit mit FT5 zeigten, dass die Anpassungsmaßnahmen (Waldmanagement) zu Minderung der Trockenheitsrisiken beitragen können (Panferov et al., 2010a).

Abbildung 1: Schaden durch Windwurf auf der Fläche Otterbach (Harz) im Jahr 2008.

Publikationen:

Ahrends B, Jansen M and O. Panferov (2009) Effects of windthrow on drought risk in spruce and pine forest ecosystems under climate change conditions, In: Mayer H and Schindler D (Eds), Proc 2nd Int Conf „Wind Effects on Trees” Ber Met Inst Freiburg 19: 303-310

KLIFF, QT1–Klima, Bilanz für QT1 (2009–2010), Vorlage für das Treffen am 25.10.2010, Hamburg, Göttingen und Hannover, 21.10.2010, S9

Mudelsee M, Chirila D, Deutschländer T, Döring C, Haerter J O, Hagemann S, Hoffmann H, Jacob D, Krahe P, Lohmann G, Moseley Ch, Nilson N, Panferov O, Rath T, Tinz B (2010) Climate Model Bias Correction und die Deutsche Anpassungsstrategie. Mitt DMG 3: 2-7

Panferov O, Sogachev A and B Ahrends (2010a) Changes of forest stands vulnerability to future wind damage resulting from different management methods. The Open Geogr. Journal 3: 80-90

Panferov O, Doering C, Rauch E, Sogachev A and B Ahrends (2009a) Feedbacks of windthrow for Norway spruce and Scots pine stands under changing climate, Env Res Lett, 4 045019 (10pp)  doi: 10.1088/1748-9326/4/4/045019

Panferov O, Sogachev A, Doering C and B Ahrends (2009b) Dynamics of windthrow risk in different forest ecosystems for 21st century (SRES A1B, B1) In: Mayer H. and Schinler D. (Eds), Proc 2nd Int Conf “Wind Effects on Trees” Ber Met Inst Freiburg 19: 119-126

Sogachev A, Panferov O, Ahrends B, Doering C and HE Jørgensen (2011) Influence of abrupt forest structure changes on CO2 fluxes and flux footprints Agr For Met 151:746–754 doi:10.1016/j.agrformet.2010.10.010

Konferenzbeiträge:

Ahrends B, Jansen M and O Panferov (2009) Effects of windthrow on drought risk in spruce and pine forest ecosystems under climate change conditions, 2nd Int Conf “Wind Effects Trees” Freiburg

Merklein J and Panferov O (2011) 3D-Modelling of the destructive effects of windstorms on spatially complex forests EGU Geophys Res Abstr EGU:2011-12632

Moseley C, Ahrends B, Döring C, Panferov O (2011) Uncertainties in regional climate scenarios data and their effect on results of impact models in forestry. EGU, Wien

Panferov O, Mudelsee M, Döring C, Moseley Ch, Jacob D and Lohmann G (2011) Climate change projections for Lower Saxony, Germany, in the 21st century, Geoph Res Abs EGU: 2011-14020

Panferov O, Doering C, Moseley Ch, Ahrends B (2010b) Implementation of regional climate scenarios data for the evaluation of biotic and abiotic forest risks in 21st century AGU: GC41H-05

Panferov O, Ahrends B, Junghans U, Ovchinnikova N, Knohl A, Olchev A, Sogachev A, (2010c) (invited) Effects and feedbacks of natural and anthropogenic structure changes in boreal forest ecosystems, XXIII IUFRO World Congress, Frontiers in Forest and Tree Health, G-07:Impacts of interacting disturbances on forest health in the boreal zone, S00261

Panferov O, Merklein J, Sogachev J, Junghaus U and B Ahrends (2010d) Dynamics of combined forest damage risks for 21st century (SRES A1B, B1) Geoph Res Abstr 12: EGU2010-14304

Panferov O, Sogachev A, Doering C and B Ahrends (2009b) Dynamics of windthrow risk in different forest ecosystems for 21st century (SRES A1B, B1), 2nd International Conference Wind Effects on Trees Freiburg

Panferov O, Doering C, Merklein J, Sogachev A and B Ahrends´(2009c) Trends of abiotic damage in forest ecosystems in Germany at regional scale under SRES A1B, B1, Toulouse, EMS Annual Meeting Abstracts, 6: EMS2009-445

Leitung: Dr. O. Panferov

Universität Göttingen

Büsgen-Institut

Abteilung für Bioklimatologie

Laufzeit: 5 Jahre

Kontakt:

opanfyo@gwdg.de

Bioklimatologie/Uni. Göttingen