Adaptation

Mit dem Klimaabkommen von Paris hat sich die internationale Staatengemeinschaft im Jahr 2015 darauf geeinigt, die globale Erwärmung bis zum Jahr 2100 auf maximal 1,5 Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Dass das möglich ist, zeigt der „IPCC-Sonderbericht über 1,5 °C globale Erwärmung“. Dennoch wird eine Erwärmung der globalen Mitteltemperatur zahlreiche Veränderungen für unser Leben mit sich bringen: für unsere Gesundheit, für den Städtebau, für unsere Wälder und viele weitere Lebensbereiche. Was das konkret bedeuten kann, erforscht das Cluster II der Helmholtz-Klimainitiative in insgesamt neun Projekten. Die Ergebnisse werden künftige Situationen simulieren oder modellieren. Das wird Stakeholdern und Entscheidungsträgern neue Grundlagen für ihr Handeln eröffnen – etwa wenn es darum geht, welche Wälder künftig in Deutschland wachsen werden, wie unsere Mobilität aussieht oder wie sich bestimmte Infektionskrankheiten oder Allergien entwickeln könnten.

Projekte

Beteiligte Zentren:

  • AWI, UFZ, FZJ, KIT, GEOMAR, HZG

Kontakt:

  • T. Jung, L. Samaniego, G. Lohmann, S. Kollet, P. Braesicke, K. Matthes, K. Sieck, F. Feser, E. Zorita

Einleitung, Ziele

Erzeugung, Aufbereitung und Bereitstellung bestehender und neuartiger Szenariodaten von Antriebskräften europäischer Extremereignisse. Das „Drivers“-Projekt verbindet vorhandene, szenariobasierte Simulationen wie HAPPI-DE und EURO-CORDEX mit neuartigen (hochauflösenden) Simulationen mit Schwerpunkt auf natürliche Treiber und Klimawandelberechnungen. Mit „Jet Stream-Änderungen“ und sorgfältig erstellten „Zeitscheiben-Experimenten“ werden meteorologische Datensätze für heutige und zukünftige Zeithorizonte erstellt. Der Schwerpunkt liegt auf möglichen europäischen Extremereignissen (wie bspw. der Sommer 2018) in den Jahren 2030, 2050 und 2100, für Temperaturpfade mit Erwärmungen von 1,5 Grad, 2 Grad und 4 Grad. Interne Variabilitäten sowie externeTreiber werden im Detail untersucht. Diese neuen Simulationen werden mit einem Ansatz zur Simulation des Grundwasser-Atmosphäre-Austauschs dynamisch herunterskaliert. Damit werden relevante Rückkopplungen im terrestrischen System untersucht, die für die Wirkungsforschung von entscheidender Bedeutung sind. Die meteorologischen Antriebskräfte treiben auch Landoberflächen- und hydrologische Modelle an, mit denen ein Multi-Modell-Ensemble ausgewählter relevanter terrestrischer Klimavariablen (tECVs) von WMO/GCOS bewertet wird, wie z.B. Abflussmengen und Bodenfeuchte, mit einer bisher unerreichten räumlichen Auflösung von 1 km in Deutschland. Diese Genauigkeit wird es auch ermöglichen, die wichtigsten Sensitivitäten und Unsicherheiten für verschiedene tECV und zugehörige Indikatoren für hydrologische und landwirtschaftliche Dürren abzuschätzen. Schließlich zielt dieses Projekt darauf ab, die Signale des Klimawandels in Informationen für nachfolgende Wirkungsmodelle zu übersetzen, die in anderen Projekten verwendet werden.

Beteiligte Zentren:

  • UFZ, HZDR, GFZ, DLR, HZG

Kontakt:

  • U. Schlink, G. Lecrivain, I. Heinrich, T. Esch, X. Zhu, R. Weisse, S. Knapp

Einführung und Projektziele

Städtische Gebiete sind ungeheuer komplexe Systeme. Ihre klimatologischen Bedingungen sind wegen der vielfältigen, mit der Atmosphäre in Wechselwirkung stehenden Bebauungsstrukturen extremen lokalen Schwankungen unterworfen. Daher muss auf die klimawandelbedingten Gefahren mit detailgenauen Verfahren reagiert werden, die nach dem Stand der Technik in der Lage sind, negative Folgen auf die Gesundheit der Stadtbewohner zu erfassen. Folglich verfolgt dieses Projekt eine systemische Perspektive, um gezieltere und effektivere Klimaanpassungsmaßnahmen zu fördern, denn Klimaextreme und ihre Auswirkungen verstärken sich in städtischen Regionen: städtische Wärmeinseln, Dürren, Unwetter und Überschwemmungen beeinträchtigen die menschliche Gesundheit sowie die grüne und bebaute Infrastruktur. Mit Blick auf Küstenstädte werden bestehende und zukünftige Szenarien sowie die Auswirkungen von urbaner Extremhitze, Dürre und Wind in Deutschland aufbereitet und analysiert. Küstenstädte und verstädterte Küstengebiete (on- und offshore) sind besonders verwundbar und zudem Sturmfluten und Extrem-Wellen sowie kaskadierenden Ereignissen (z.B. gleichzeitige Überflutung von Meer und Hinterland) ausgesetzt. Unsere Untersuchung wird eine umfassende Bewertung der klimabedingten Risiken für eine Reihe von Schlüsselstädten vorlegen, die unter Klimaextremen leiden. Sie kann auf weitere Regionen ausgedehnt werden, die für verwandte Projekte relevant sind.

Beteiligte Zentren:

  • KIT, GFZ, UFZ

Kontakt:

M. Kunz, H. Apel, D. Borchardt

Einführung und Ziele

In den letzten Jahren haben die Häufigkeit und Intensität von Starkregen in den meisten Teilen Deutschlands und Europas erheblich zugenommen. Darüber hinaus wurden im Kontext blockierender Wetterlagen mehrtägige bis mehrwöchige Episoden mit einer außergewöhnlich hohen Anzahl quasi-ortsfester Gewitter beobachtet, die lokal extreme Niederschlagssummen verursachten. Gleichzeitig hat die Häufigkeit und Dauer von Trockenwetterperioden und Perioden mit niedrigem Wasserabfluss zugenommen, was die Vermischungs- und Transportkapazitäten ganzer Flusssysteme verändert. Infolgedessen führen städtische Sturzfluten immer häufiger zu Schäden an Gebäuden/Infrastrukturen sowie zur Wasserverschmutzung durch unbehandelte Abwassereinleitungen, weshalb geeignete Anpassungsstrategien unverzichtbar sind. Das Projekt "Städtische Sturzfluten und Kanalisation" zielt darauf ab, die gesamte Wirkungskette zu simulieren: von extremen Niederschlagsszenarien einschließlich erwarteter Veränderungen und zeitlicher Häufung über Überschwemmungen und Überflutungen bis hin zu den daraus resultierenden Schäden an Haushalten/Infrastrukturen und den Auswirkungen von Regenwasserüberläufen auf Wasserqualität und Ökologie. Das Projekt beinhaltet mehrere neuartige und einzigartige Komponenten: die Nachbildung der gesamten Wirkungskette, die Untersuchung der Steuerung von lokalen Niederschlagsextreme durch großräumige Strömungsmuster und die Entwicklung eines Katalogs von Anpassungsstrategien, einschließlich struktureller Maßnahmen (z.B. Auslegung von Kanalisations- und Kläranlagen) und nicht-struktureller Maßnahmen (z.B. Kommunikation, Risikotransfer, private Vorsorge). Das Konzept wird am Beispielfall einer Stadt getestet.

Beteiligte Zentren:

  • DLR-VF
  • mit Beiträgen von DLR-FK, UFZ, DLR-DFD

Kontakt:

  • B. Lenz

Einführung und Ziele

Städte und ländliche Regionen werden sich in Zukunft viel intensiver mit der Anpassung an den Klimawandel beschäftigen müssen, um Orte hoher Lebensqualität und gesicherter Mobilität zu bleiben. Ziele des Projekts sind (1) die Untersuchung der zukünftigen Mobilität unter sich ändernden Klimabedingungen, Wetterextremen und veränderten städtischen Strukturen, (2) die Quantifizierung von Mobilität, Emissionen und Energieverbrauch unter solchen Bedingungen und (3) Ableitung von Empfehlungen für die Anpassung und sozioökonomische Konsequenzen.

Beteiligte Zentren:

  • HZI, UFZ, HGMU

Kontakt:

S. Castell, H-H. Thulke, C. Traidl-Hoffmann

Einführung und Ziele

Vektorübertragene Infektionskrankheiten und pollenbedingte Allergien werden intuitiv als Klimaveränderungen begleitende Folgen aufgefasst. Die Nutzung eines kausalen Verständnisses zur Prognose zukünftiger Präventionsstrategien basiert jedoch bisher auf nur wenigen Beispiele in der entsprechenden Literatur. Daher konzentriert sich dieses zweiteilige Projekt auf einen Krankheitsfall für klimaspezifische Präventionsstrategien, die aus ökologisch eindeutigen Daten und aus Systemmodellierungen abgeleitet werden. Einerseits werden dazu zukünftige Entwicklungen einer klimasensitiven Infektionskrankheit, nämlich der zeckenübertragenen Borreliose, modelliert, andererseits werden zeitlich-räumliche Prognosemodelle zu Pollen und Sporen erstellt, und es wird der Zusammenhang zwischen Gewittern und Asthmaanfällen untersucht. Wir nutzen dazu den Input aus folgenden Projekten: "Drivers" (Klimaindikatoren) und "Urban flash flood and sewerage" (Gewitter-Vorabschätzungen). Wir werden eng mit GERICS und dem DLR zusammenarbeiten. Das auf Borreliose konzentrierte Teilprojekt wird serologische Daten aus dem Projekt "Gesundheit in NAKO & Rheinland" und Expositionsrisikokarten auf Grundlage ökologisch prognostizierter Häufigkeitsmodelle für unterschiedliche Klimaszenarien (30, 50, 80 Jahre) einbeziehen. In Bezug auf Allergien analysieren wir rückblickend (20 Jahre) Pollen-Daten für Europa und Sporen-Daten für Bayern (Deutschland). Pollensaison-Indizes (z.B. Dauer und Intensität) werden für über 40 Orte in Europa untersucht. Diese Datensätze werden im Zusammenhang mit den rezenten jährlichen Veränderungen der Höchst- (Tmax) und Mindesttemperatur (Tmin) im Zusammenhang mit der anthropogenen Klimaänderung untersucht.

Beteiligte Zentren:

  • HMGU, MDC, DZNE, DKFZ, HZI

Kontakt:

A. Peters, T. Pischon, M. Breteler, T. Waterboer, S. Castell

Links zu anderen Projekten von HI-CAM/Adaptation:

Input von: Driver, Infektionskrankheiten und Allergien, Urbane Systeme, Mobilität;

Output für: Infektionskrankheiten und Allergien, Urbane Systeme

Einführung und Projektziele

Die Nationale Kohorte (NAKO) und die Rheinlandstudie bewerten den Gesundheitszustand von mehr als 200.000 Erwachsenen, wobei die Teilnehmer im Laufe der Jahre mehrfach phänotypisiert werden. Diese Kohortenstudien bieten eine einzigartige Gelegenheit, den Zusammenhang zwischen satellitengestützten, raum-zeitlich aufgelösten Wetterparametern, kontextabhängigen Faktoren und frühen physiologischen Reaktionen auf das Wetter zu untersuchen. Wir konzentrieren uns auf den Einfluss des Wetters auf Herz-Kreislauf- und Krebserkrankungen, metabolische und kognitive Funktionen sowie auf die psychische Gesundheit und  bewerten  ̶  eine direkte Verbindung zu Projekt 5  ̶  das Auftreten von Borreliose. Schließlich untersuchen wir den beiderseitigen Einfluss von Temperatur und UV-Strahlung auf Antikörper gegen Infektionskrankheiten, insbesondere gegen kutane Humanpapillomviren (HPV), um Exazerbationen und die Auswirkungen auf das Nichtmelanom-Hautkrebsrisiko zu überwachen. Dabei werden wir die Expertise aus allen Helmholtz-Gesundheitszentren nutzen und die Daten für den Aufbau von Fachwissen in einem Team junger Forscher gemeinsam analysieren und veröffentlichen.

Spezifische Ziele

(1) Zuordnung von neuartigen Temperatur-/Feuchte-/UV-Strahlungsdaten mit zeitlicher und räumlicher Variation zu Postleitzahlen/Wohnadressen von 100.000 Personen der Deutschen Nationalen Kohorte und 3.000 Personen der Rheinlandstudie, die 19 verschiedene Regionen in Deutschland abdecken.

(2) Neuartiges Verständnis der zugrunde liegenden physiologischen Reaktionen im Gesundheitsbereich mit Schwerpunkt auf kardio-metabolischen und Krebserkrankungen, kognitiven Funktionen, psychischer Gesundheit und Belastung durch Infektionskrankheiten.

(3) Quantifizierung des Wechselspiels von Auswirkungen und zukünftigen Anpassungsänderungen aufgrund komplexer Ursachenpfade und unterschiedlicher Anfälligkeiten, die mit kontextuellen und individuellen Faktoren (Alterung, Multimorbidität, städtische vs. ländliche Indikatoren) zusammenhängen.

Beteiligte Zentren:

  • DLR, UFZ

Kontakt:

  • H. Vogel, M. Weitere, C. Künzer

Einführung und Ziele

Ziel des Projekts 7 ist, die Entwicklung der landwirtschaftlichen und aquatischen Systeme in Reaktion auf klimatische Extreme in Deutschland zu quantifizieren. Für verschiedene Klimaszenarien liefern wir Vorausschätzungen zu Bodenfunktion, Produktivität der Landwirtschaft und Wasserqualität von Flussökosystemen. Dabei bauen wir auf den jüngsten Erkenntnissen bei der Bewertung der Bodenfunktionen auf und untersuchen das Ertragspotenzial der Böden getrennt von ihrem tatsächlichen Zustand. Die Kapazität der Böden zur Erfüllung verschiedener Funktionen (Produktivität, C-Speicherung, Wasserspeicherung und -filterung) wird mit neu entwickelten Bewertungsfunktionen auf der Grundlage von räumlichen Informationen des DLR über Boden, lokale Landnutzungsmuster und Vegetationsanomalien abgeschätzt. Das Projekt nutzt Fernerkundungsdaten der Landnutzungsmuster, um die Bewirtschaftung und die landwirtschaftliche Vegetationsynamik zu beschreiben, einschließlich der Anomalien im Kontext von Trockenstress für Deutschland seit dem Jahr 2000. Dies liefert zusammen mit Bodeninformationen wertvolle Eingangsinformationen für die Erstellung von Schadensfunktionen zur Abschätzung wirtschaftlicher Verluste. Für die aquatischen Ökosysteme konzentrieren wir uns auf das drängende Problem der Eutrophierung. Diese gilt weltweit als ein ernstes Risiko für Wasserqualität (z.B. durch die Bildung toxischer Cyanobakterien oder Sauerstoff-Instabilitäten). Dieses betrifft, direkt die landwirtschaftlichen Systemen und kann durch den Klimawandel stark verstärkt werden. Als Anpassungsoptionen stellen wir die erforderlichen Daten zur Formulierung von Entwicklungspfaden landwirtschaftlicher Systeme unter Klimawandel bereit, einschließlich Bewässerung, Nährstoffregulierung sowie alternative Anbau- und Bodenbearbeitungsstrategien. Für aquatische Systeme legen wir Belastungs­schwellenwerte als Grundlage für die Anpassung des Betriebs von aquatischer Ökosystemen unter Klimaextremen fest. Daraus ergeben sich Handlungsempfehlungen, die sich mit Vorschlägen für die zukünftige Landnutzung und Anbaupraxis unter Szenarien häufiger auftretender Dürreperioden an Entscheidungsträger richten.

Beteiligte Zentren:

  • UFZ, DLR

Kontakt:

  • A. Huth, I. Hajnsek

Einführung und Ziele

Wälder sind ein relevantes Ökosystem der Biosphäre. Sie bedecken 30% der Landfläche, speichern große Mengen an Kohlenstoff (allein in Deutschland ~ 1.000 Mio. Tonnen Kohlenstoff) und sind ein wichtiges Element des Kohlenstoff- und Wasserkreislaufs. Wälder liefern verschiedene Ressourcen (z.B. Holz, Biomasse) und ökologische Dienstleistungen (z.B. Grundlage der Biodiversität, Wasserrückhalt, Bodenerosionsschutz). Allerdings beeinflussen die Klimaveränderungen, insbesondere die Dürreperioden der Jahre 2003 und 2018/19, die Produktivität der Waldsysteme stark und verwandeln einige von ihnen aus Kohlenstoffsenken in Kohlenstoffquellen. Da Bäume lange leben (100 Jahre und mehr), können sich die Waldsysteme nur langsam an Klimaänderungen anpassen. Daher sucht die Forstwirtschaft nach Bewirtschaftungsstrategien, welche die benötigten Waldleistungen im nächsten Jahrhundert erfüllen können.

Beteiligte Zentren:

▪ UFZ, DLR

Kontakt:

▪ D. Thrän, C. Agert, Y. Scholz, R. Lehneis

Einführung und Ziele

Erneuerbare Energien unterliegen wetter- und klimabedingten Variationen. Für die Energiebereitstellung durch die terrestrisch angesiedelte, variable erneuerbare Energie (VEE) sind daher umfassende Informationen zu den Auswirkungen extremer Wetterereignisse auf die Energieversorgung erforderlich. Im Projekt 9 soll durch die Zusammenarbeit von UFZ und DLR die Bereitstellung dieser Informationen ermöglicht werden. Das DLR untersucht zudem den Einfluss des Wetters auf den Energiebedarf sowie dessen Veränderungen durch Klimawandel und Extremereignisse.

Eine wichtige Voraussetzung für dieses Projekt sind hochauflösende Wetterdaten für die geplanten Untersuchungsgebiete, die – falls nötig – durch typische Daten früherer Extremwetterereignisse wie Hagelunwetter oder lang andauernde Kalmen ergänzt werden. Das UFZ entwickelt Simulationsmodelle in hoher Auflösung, um anhand von Anlagen- und Wetterdaten die stündlich oder höher aufgelöste Stromeinspeisung von VEE bis hinunter auf Gemeindeebene zu berechnen. Darüber hinaus verfügt das UFZ über detaillierte Basisdaten für Onshore-Windenergieanlagen und Photovoltaikanlagen in jeder Region Deutschlands. Im Projekt werden diese Modelle und Datensätze angepasst, um die Auswirkungen von Extremereignissen auf die VEE-Stromerzeugung abzuschätzen.

Das DLR-Energiedatenanalysetool „EnDAT“ berechnet künftige VEE-Potenziale nicht nur für Deutschland, sondern für ganz Europa. Es arbeitet daher mit weniger technologischen Details als die UFZ-Modelle. Im Projekt werden zunächst die EnDAT-Potenzialanalysen auf Basis von UFZ-Einspeisezeitreihen für einen vergangenen Zeitraum kalibriert. Darüber hinaus ermöglichen hochauflösende Analysen des Strom-, Wärme- und Kühlbedarfs in EnDAT die Quantifizierung der Auswirkungen des Klimawandels und extremer Wetterereignisse auf den Energiebedarf in Deutschland und Europa. Projekt 9 arbeitet mit der Szenarioanalyse aus Projekt 1 (Cluster Mitigation) zusammen: Jährliche Strombedarfs- und Technologiedaten für VEE-Potenzialanalysen können von dort abgerufen, Einspeisekarten und Informationen zu Volllast-/Spitzenlaststunden bereit gestellt werden. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen aus Projekt 9 können auch für die integrierte Modellierung von Energiesystemen und in der sozialwissenschaftlichen Forschung genutzt werden, wodurch sie auch in die gesellschaftspolitische Debatte eingebunden werden können.

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