Welche Klimamodelle wurden für die Zukunftsprojektionen benutzt?

Datensatz: EURO-CORDEX Modellensemble
Quelle: https://esgf-data.dkrz.de
Stand der Daten: März 2021.
Erklärung: Bei den verwendeten Klimamodell-Simulationen handelt es sich um Ergebnisse von regionalen Klimaprojektionen aus der EURO-CORDEX-Initiative (Jacob et al., 2014). Im Rahmen dieser europaweiten Initiative werden Simulationen mit umfangreichen Modell-Ensembles mit einer horizontalen Auflösung von ca. 12.5 km (0.11 Grad) durchgeführt. Jedes regionale Modell (RCM) erhält Randwerte von einem gröber aufgelösten globalen Klimamodell (GCM) vorgeschrieben. Daraus ergeben sich gegenwärtig mehr als 45 Kombinationen von globalen und regionalen Modellen für die Region Europa.
Alle Klimaprojektionen wurden aus dem ESGF-Datenportal über den Datenknoten am Deutschen Klimarechenzentrum heruntergeladen und analysiert. Davon beziehen sich 50 Simulationen auf das Szenario RCP8.5, 17 Simulationen auf das Szenario RCP4.5, sowie 18 Simulationen auf das Szenario RCP2.6. Für alle drei Szenarien wurden die Simulationen mit acht verschiedenen regionalen Klimamodellen (RCMs) erstellt. Die Antriebsdaten für diese RCMs stammen von zehn verschiedenen globalen Klimamodellen (GCMs). Jede Simulation ist zudem mit einem Code bezüglich der Realisation versehen (meist: "r1i1p1"), welcher kenntlich macht, ob eine Simulation ausgehend von anderen Wetterbedingungen wiederholt wurde, oder ob kleine Änderungen am Modellcode vorgenommen wurden. Eine Übersicht über die regionalen Klimamodelle und deren jeweiligen globalen Antriebsdaten gibt die untenstehende Tabelle.

Welche Zukunftsszenarien wurden verwendet?

Mit Klimamodellen können Projektionen für das zukünftige Klima berechnet werden. Diese liefern Antworten auf die Frage: „Was wäre, wenn?“ Verschiedene Annahmen, z. B. zur Entwicklung der Bevölkerung, der Technologie und der Wirtschaft, führen zu verschiedenen Entwicklungspfaden von Emissionen und Konzentrationen an Treibhausgasen.
Solche Szenarien sind keine Vorhersagen, sondern beschreiben verschiedene plausible Entwicklungen. Mit Klimamodellen werden dann die Auswirkungen der Emissionen und der damit verbundenen veränderten Zusammensetzung der Atmosphäre auf das Klimasystem der Erde simuliert.
Im Rahmen des fünften IPCC-Sachstandsberichts wurden die „Representative Concentration Pathways“ (RCPs) als Szenarien verwendet. Drei davon wurden hier ausgewählt und nach dem Ausmaß an Klimaschutz benannt, das zu ihrer Realisierung nötig wäre: Kein Klimaschutz (Szenario RCP8.5), etwas Klimaschutz (RCP4.5) und viel Klimaschutz (RCP2.6). Das Szenario RCP8.5 beschreibt einen weiterhin kontinuierlichen Anstieg der Treibhausgasemissionen, mit einer Stabilisierung der Emissionen auf einem sehr hohen Niveau zum Ende des 21. Jahrhunderts. Das mittlere Szenario, RCP4.5, geht davon aus, dass die Emissionen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts noch etwas ansteigen und danach wieder sinken. Dieser Pfad kann durch verschiedene sozioökonomische Entwicklungen erreicht werden, die z. B. auch klimapolitische Maßnahmen berücksichtigen. Das Klimaschutz-Szenario, RCP2.6, beinhaltet sehr ambitionierte Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und zum Ende des 21. Jahrhunderts sogar „negative Emissionen“ (eine netto-Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre).

Mehr Informationen zu den RCP-Szenarien findet sich in Meinshausen et al. "The RCP greenhouse gas concentrations and their extension from 1765 to 2500" und in Abschnitt 12.3.3 des 5. IPCC-Sachstandsberichts.

Kurze und verständlich aufbereitete Informationen finden sich auch auf Klimanavigator oder Klimawiki.

Datenquelle zum Erstellen der obigen Abbildung: http://www.pik-potsdam.de/~mmalte/rcps/index.htm#Download

Welche Beobachtungsdaten wurden verwendet?

Informationen zum heutigen und vergangenen Klima basieren auf Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Es wurde der so genannte HYRAS-Datensatz verwendet. Darin wurden über Deutschland und angrenzende Flusseinzugsgebiete verteilte Wetterstationen herangezogen und auf einem Gitter mit 5km Auflösung interpoliert. Für die Darstellung auf den Karten wurden Tageswerte der Temperatur (Mittelwert, Minimum und Maximum) und des Niederschlags verwendet, aus denen zum Teil weitere Kenngrößen berechnet wurden (z.B. Frosttage oder Hitzetage).
Fachartikel zum Datensatz: Rauthe et al., 2013: A Central European precipitation climatology – Part I: Generation and validation of a high-resolution gridded dailydata set (HYRAS). Meteorologische Zeitschrift, Vol.22, No. 3, 235–256.

Woher stammen die Informationen zu den Wärmeoptima und Schwellwerten?

Die gezeigten Wärmebereiche und Schwellwerte haben wir im Dialog mit unseren Schlüsselpartnern in Landwirtschaft und Pflanzenzucht erarbeitet. Zusätzlich unterfüttert wurden sie durch eine Reihe von Publikationen aus der Praxis und fachlich begutachteten wissenschaftlichen Veröffentlichungen, die unten aufgelistet sind.
Die Umweltanforderungen von Nutzpflanzen sind äußerst komplex. Die Wohlfühlbereiche und Schwellwerte der Temperatur sind daher keine hart definierten Grenzen, und sie hängen von zahlreichen weiteren Faktoren ab (Bodenfeuchte, Dauer einer Temperaturanomlie, Pflanzensorte, Managementmaßnahmen). Der Wärmebereiche-Viewer dient daher nicht als quantitatives Vorhersage-Tool, sondern soll qualitativ aufzeigen, wo der Klimawandel derzeitige Wärmebereiche zunehmend in Frage stellt. In welcher Weise darauf mit Anpassungsmaßnahmen reagiert werden kann, muss im Einzelfall entschieden werden.

Wohlfühlbereiche von Winterraps

• Alpmann L, 2005: Wie viel Wetter braucht der Raps? - Biographie dreier unterschiedlicher Rapsjahre. Magazin Innovation. Link
• Alpmann L, 2009: Sonne, Raps und mehr. Magazin Innovation. Link
• Zhang J, Hu L, Redden B und Yan G, 2015: Identification of fast and slow germination accessions of Brassica napus L. for genetic studies and breeding for early vigour. Crop & Pasture Science, 2015, 66, 481–491. Link

Schwellwerte von Winterraps

• Alpmann, L: Rapsproduktion unter sich weiter verändernden Anforderungsprofilen. Link
• Alpmann L, 2009: Sonne, Raps und mehr. Magazin Innovation. Link
• Angadi SV, Cutforth HW, Miller PR, McConkey BG, Entz MH, Brandt SA, Volkmar KM., 2000: Response of three Brassica species to high temperature stress during reproductive growth. Canadian Journal of Plant Science 80, 693–701
• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 2017: Agrarmeteorologie. Link
• Gömann H et al., 2015: Agrarrelevante Extremwetterlagen und Möglichkeiten von Risikomanagementsystemen: Studie im Auftrag des Bundesminsteriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Heinrich von Thünen-Institut. Thünen Rep. 30, doi:10.3220/REP1434012425000. Link
• Lütke Entrup N und Oehmichen J (Hrsg.), 2006: Lehrbuch des Pflanzenbaues, Band 1: Grundlagen. AgroConcept Bonn.
• Morrison MJ, 1993: Heat stress during reproduction in summer rape. Canadian Journal of Botany 71, 303–308
• Morrison, MJ, und Stewart DW, 2002: Heat stress during flowering in summer brassica. Crop Sci. 42, 797–803. doi:10.2135/cropsci2002.0797
• Young LW, Wilen RW, Bonham-Smith PC, 2004: High temperature stress of Brassica napus during flowering reduces micro- and megagametophyte fertility, induces fruit abortion, and disrupts seed production. Journal of Experimental Botany 55, 485–495

Wohlfühlbereiche von Winterweizen

• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 2017: Agrarmeteorologie. Link
• Diepenbrock W, Ellmer F, Léon J, 2012: Ackerbau, Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung. Grundwissen Bachelor. UTB GmbH, Stuttgart
• Halse NJ and Weir RN, 1974: Effects of temperature on spikelet number of wheat. Australian Journal of Agricultural Research, Band 25, Ausg. 5, 687-695, Link
• Kirby EJM, 1985: Significant Stages of Ear Development in Winter Wheat. In: Day W., Atkin R.K. (eds) Wheat Growth and Modelling, NATO ASI Science (Series A: Life Sciences), Band 86, Springer, Boston, MA, 7-24 Link
• Porter JR, Gawith M, 1999: Temperatures and the growth and development of wheat: a review. European Journal of Agronomy 10, 23–36. Link
• Slafer GA, Rawson HM, 1995: Base and optimum temperatures vary with genotype and stage of development in wheat. Plant Cell Environ 18, 671–679. Link
• Tashiro, T., and I.F. Wardlaw, 1990: The response to high temperature shock and humidity changes prior to and during the early stages of grain development in wheat. Aust. J. Plant Physiol. 17, 551–561.

Schwellwerte von Winterweizen

• Asseng S, Foster IAN, Turner NC, 2011: The impact of temperature variability on wheat yields. Global Change Biology 17, 997–1012
• Aufhammer W, 1998: Getreide und andere Körnerfruchtarten: Bedeutung, Nutzung und Anbau. Verlag E. Ulmer, Stuttgart
• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 2017: Agrarmeteorologie. Link
• Diepenbrock W, Ellmer F, Léon J, 2012: Ackerbau, Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung. Grundwissen Bachelor. UTB GmbH, Stuttgart
• Gömann H et al., 2015: Agrarrelevante Extremwetterlagen und Möglichkeiten von Risikomanagementsystemen: Studie im Auftrag des Bundesminsteriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Heinrich von Thünen-Institut. Thünen Rep. 30, doi:10.3220/REP1434012425000. Link
• Porter JR, und Gawith M, 1999: Temperatures and the growth and development of wheat: a review. European Journal of Agronomy 10, 23–36
• Schaller M, Weigel H-J, 2007: Analyse des Sachstands zu Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die deutsche Landwirtschaft und Maßnahmen zur Anpassung. Landbauforschung Völkenrode/FAL Agricultural Research, Special Ausg. 316, 43-52, Link
• Schönberger H (2009) Winterweizen- Warum reagieren Sorten unterschiedlich? Link
• Slafer GA, Rawson HM, 1995: Base and optimum temperatures vary with genotype and stage of development in wheat. Plant Cell Environ 18, 671–679
• Slafer GA, Rawson HM, 1995: Rates and cardinal temperatures for processes of development in wheat: effects of temperature and thermal amplitude. Functional Plant Biology 22, 913–926
• Tashiro, T., and I.F. Wardlaw, 1990: The response to high temperature shock and humidity changes prior to and during the early stages of grain development in wheat. Aust. J. Plant Physiol. 17, 551–561

Wohlfühlbereiche von Mais

• Lizaso JI et al., 2018: Impact of high temperatures in maize: Phenology and yield components. Field Crops Research, Band 216, 129-140, Link
• Parent B et al., 2010: Modelling temperature-compensated physiological rates, based on the coordination of responses to temperature of developmental processes. Journal of Experimental Botany, Band 61, Ausg. 8, 2057–2069, Link
• Sánchez B, Rasmussen A und Porter JR, 2014: Temperatures and the growth and development of maize and rice: a review. Global Change Biology, Band 20, Ausg. 2 408-417, Link
• Wilhelm EP et al., 1999: Heat Stress during Grain Filling in Maize: Effects on Kernel Growth and Metabolism. Crop Science., Band 39, Ausg. 6, 1733-1741, Link

Schwellwerte von Mais

• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 2017: Agrarmeteorologie. 70-77. Link
• Deutsches Maiskomitee e.V. (DMK): Link
• FarmProgress / Ohio State University: Link
• Gömann H et al., 2015: Agrarrelevante Extremwetterlagen und Möglichkeiten von Risikomanagementsystemen: Studie im Auftrag des Bundesminsteriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Heinrich von Thünen-Institut. Thünen Rep. 30, doi:10.3220/REP1434012425000. Link
• KWS SAAT SE & Co. KGaA: Link
• Luo Q, 2011: Temperature thresholds and crop production: A review. Climatic Change, Band 109, Ausg. 3, 585- 598, Link
• Sánchez B, Rasmussen A und Porter JR, 2014: Temperatures and the growth and development of maize and rice: a review. Global Change Biology, Band 20, Ausg. 2 408-417. Link
• Schaller M und Weigel H-J, 2007: Analyse des Sachstands zu Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die deutsche Landwirtschaft und Maßnahmen zur Anpassung. Landbauforschung Völkenrode/FAL Agricultural Research, Special Ausg. 316, 43-52. Link