FAQ 12.2 | Wie wird sich der Wasserkreislauf der Erde ändern?

Der Fluss und die Speicherung von Wasser im Klimasystem der Erde sind höchst variabel, aber bis Ende des laufenden Jahrhunderts werden Änderungen erwartet, die über diejenigen hinausgehen, die durch natürliche Variabilität verursacht werden. In einer wärmeren Welt wird es Nettozunahmen des Niederschlags, der Oberflächenverdunstung und der pflanzlichen Transpiration geben. Die Änderungen werden sich allerdings von Ort zu Ort erheblich unterscheiden. Manche Orte werden erhöhte Niederschläge und eine Zunahme von Wasser an Land sehen. An anderen Orten wird die Wassermenge aufgrund regionaler Austrocknung und dem Rückgang der Eis- und Schneedecke abnehmen.

Der Wasserkreislauf besteht aus dem in all seinen Aggregatzuständen gespeicherten Wasser auf der Erde und der Bewegung des Wassers im Klimasystem der Erde. In der Atmosphäre kommt Wasser vor allem gasförmig – als Wasserdampf – vor, tritt aber auch als Eis und Flüssigwasser in Wolken auf. Der Ozean besteht natürlich hauptsächlich aus flüssigem Wasser, wird in den Polarregionen aber teilweise auch von Eis bedeckt. Terrestrisches Wasser in flüssiger Form tritt als Oberflächenwasser – wie in Seen und Flüssen – Bodenfeuchte und Grundwasser auf. Festes, terrestrisches Wasser kommt in Eisschilden, Gletschern, Schnee und Eis an der Erdoberfläche und in Permafrost sowie saisonal gefrorenem Boden vor.

Aussagen zum zukünftigen Klima sprechen manchmal davon, dass sich der Wasserkreislauf beschleunigen wird. Dies kann allerdings irreführend sein, da es streng genommen impliziert, dass der Umsatz von Wasser mit der Zeit immer schneller stattfinden wird und das an jedem beliebigen Ort. Einige Teile der Welt werden tatsächlich eine Intensivierung des Wasserkreislaufs erfahren, mit mehr Transport und einer schnelleren Bewegung des Wassers in Speicherreservoire hinein und aus ihnen heraus. Allerdings werden andere Teile des Klimasystems einen deutlichen Wasserverlust erfahren und damit auch weniger Wasserbewegung. Manche Wasserreservoire könnten sogar vollständig verschwinden.

Wenn sich die Erde erwärmt, werden einige allgemeine Änderungsmerkmale schlicht als Reaktion auf ein wärmeres Klima auftreten. Diese Änderungen werden von der Menge an Energie beherrscht, die durch die globale Erwärmung dem Klimasystem zugeführt wird. Eis in jeglicher Form wird schneller schmelzen und weniger weit verbreitet sein. In einigen der in diesem Bericht bewerteten Simulationen zum Beispiel verschwindet das sommerliche arktische Meereis vor Mitte dieses Jahrhunderts. Die Atmosphäre wird mehr Wasserdampf beinhalten und Beobachtungen und Modellierungsergebnisse weisen darauf hin, dass dies bereits der Fall ist. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts könnte die durchschnittliche Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre um 5 bis 25 % ansteigen, je nach Menge anthropogener Treibhausgasemissionen und strahlungsaktiver Partikel wie Rauch. Wasser wird schneller von der Erdoberfläche verdunsten. Der Meeresspiegel wird aufgrund der Ausdehnung des sich erwärmenden Meerwassers und des in den Ozean fließenden schmelzenden Landeises steigen (siehe FAQ 13.2).

Diese allgemeinen Änderungen werden durch die Komplexität des Klimasystems modifiziert, so dass nicht erwartet werden sollte, dass sie an allen Orten in gleicher Weise oder mit der gleichen Geschwindigkeit auftreten. So kann sich zum Beispiel die Zirkulation von Wasser in der Atmosphäre, an Land und im Ozean mit dem Klimawandel ändern, so dass sich Wasser an manchen Orten anreichert und an anderen Orten verringert. Die Änderungen können auch im Verlauf des Jahres variieren: einige Jahreszeiten sind eher feuchter als andere. So zeigen in diesem Bericht bewertete Modellsimulationen, dass die Winterniederschläge im nördlichen Asien um mehr als 50 % zunehmen können, während sich die Sommerniederschläge dort laut Projektionen kaum verändern würden. Menschen greifen durch Wasserwirtschaft und Landnutzungsänderungen auch direkt in den Wasserkreislauf ein. Sich ändernde Bevölkerungsverteilungen und Methoden der Wassernutzung würden weitere Änderungen im Wasserkreislauf hervorrufen.

Wasserkreislaufprozesse können über Minuten, Stunden, Tage und länger und über Entfernungen von Metern bis zu Kilometern und mehr ablaufen. Die Variabilität auf diesen Skalen ist typischerweise größer als bei der Temperatur, so dass Auswirkungen des Klimawandels auf den Niederschlag schwieriger festzustellen sind. Trotz dieser Komplexität zeigen Projektionen des zukünftigen Klimas Änderungen, die vielen Modellen und Klimaantriebsszenarien gemein sind. Über ähnliche Änderungen wurde im AR4 berichtet. Insgesamt weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass die Änderungsmechanismen gut verstanden sind, sogar wenn die Größenordnungen sich je nach Modell und Antrieb unterscheiden. Wir konzentrieren uns hier auf Änderungen über Land, wo Änderungen des Wasserkreislaufs ihre größten Folgen für natürliche Systeme und solche des Menschen haben.

Projizierte Klimaänderungen aus in diesem Bericht bewerteten Simulationen (schematisch dargestellt in FAQ 12.2, Abbildung 1) zeigen im Allgemeinen eine Zunahme des Niederschlags in Teilen der inneren Tropen und der polaren Breiten. Diese Zunahme könnte unter dem extremsten Emissionsszenario bis zum Ende des 21. Jahrhunderts 50 % überschreiten. Im Gegensatz dazu könnten große Gebiete der Subtropen Abnahmen um 30 % oder mehr erfahren. In den Tropen scheinen diese Änderungen durch Zunahmen des atmosphärischen Wasserdampfs und Änderungen der atmosphärischen Zirkulation gesteuert zu werden, die den Wasserdampf in den Tropen weiter anreichern und damit mehr tropische Regenfälle begünstigen. In den Subtropen unterstützen diese Zirkulationsveränderungen gleichzeitig eine Abnahme der Regenfälle trotz Erwärmung. Da die meisten Wüsten der Erde in den Subtropen beheimatet sind, implizieren diese Änderungen zunehmende Aridität in bereits trockenen Gebieten und eine mögliche Ausdehnung von Wüsten.

Zunahmen in höheren Breiten werden von höheren Temperaturen bestimmt, die mehr Wasser in der Atmosphäre zulassen und damit mehr Wasser, das als Regen fallen kann. Das wärmere Klima lässt außerdem außertropische Sturmsysteme mehr Wasserdampf in die höheren Breiten transportieren, ohne dass sich dabei die typische Windstärke wesentlich ändern müsste. Wie bereits ausgeführt, sind Änderungen in den hohen Breiten in den kalten Jahreszeiten stärker ausgeprägt.

Ob eine Landregion trockener oder feuchter wird, hängt teilweise von Niederschlagsänderungen ab, aber auch von Änderungen der Oberflächenverdunstung und der Transpiration von Pflanzen (zusammen als Evapotranspiration bezeichnet). Da eine wärmere Atmosphäre mehr Wasserdampf halten kann, kann sie größere Evapotranspiration hervorrufen, wenn ausreichend terrestrisches Wasser vorhanden ist. Allerdings verringert ein höherer atmosphärischer Kohlendioxidgehalt die Neigung der Pflanze, Feuchtigkeit an die Luft abzugeben, was dem Effekt durch die Erwärmung teilweise entgegenwirkt.

In den Tropen tendiert erhöhte Evapotranspiration dazu, den Auswirkungen verstärkter Niederschläge auf die Bodenfeuchte entgegenzuwirken, wohingegen die bereits niedrigen Bodenfeuchten der Subtropen wenig Veränderung der Evapotranspiration zulassen. In höheren Breiten überwiegt in den Klimaprojektionen im Allgemeinen der vermehrte Niederschlag die gestiegene Evapotranspiration, was im Jahresmittel zu einem höheren Abfluss führt, aber zu uneinheitlichen Änderungen der Bodenfeuchte. Wie durch die Zirkulationsänderungen in FAQ 12.2, Abbildung 1 angedeutet, könnten sich auch die Grenzen von Regionen mit hoher oder niedriger Feuchtigkeit verschieben.

Die Art des Niederschlags ist ein weiterer komplizierender Faktor. Modellprojektionen zeigen, dass Niederschläge intensiver werden, was teilweise an der höheren Feuchtigkeit in der Atmosphäre liegt. Daher könnten in den in diesem Bericht bewerteten Simulationen über einem Großteil der Landmassen Ein-Tages-Niederschlagsereignisse, die gegenwärtig durchschnittlich alle zwanzig Jahre vorkommen, bis zum Ende des 21. Jahrhunderts alle zehn Jahre oder noch häufiger auftreten. Gleichzeitig zeigen die Projektionen auch, dass Niederschlagsereignisse insgesamt eher seltener auftreten werden. Diese Änderungen bewirken zwei scheinbar widersprüchliche Effekte: intensivere Regengüsse, die zu vermehrten Überflutungen führen, und trotzdem längere Trockenperioden zwischen den Regenereignissen, die zu mehr Dürren führen.

In hohen Breiten und großen Höhen kommt es aufgrund des Verlustes von gefrorenem Wasser zu weiteren Änderungen. Einige davon werden von der gegenwärtigen Generation globaler Klimamodelle (Global Climate Models, GCM) aufgelöst, und manche Änderungen können nur abgeleitet werden, da sie Bestandteile wie Gletscher beinhalten, die typischerweise nicht von den Modellen aufgelöst werden oder in diesen enthalten sind. Das wärmere Klima bedeutet, dass Schnee eher später im Herbst anfängt zu akkumulieren und im Frühling eher früher abschmilzt. In diesem Bericht bewertete Simulationen projizieren, abhängig vom Treibhausgasszenario, eine Abnahme der Schneebedeckung auf der Nordhalbkugel in März und April um im Mittel etwa 10 bis 30 % bis Ende dieses Jahrhunderts. Die früher einsetzende Frühjahrsschmelze verändert den Zeitpunkt des Spitzenabflusses der von der Schneeschmelze betroffenen Flüsse im Frühjahr. Dadurch werden sich spätere Abflussraten verringern, was möglicherweise die Bewirtschaftung der Wasserressourcen beeinflussen wird. Diese Eigenschaften sieht man in Simulationen mit GCM.

Der Verlust von Permafrost wird Feuchtigkeit tiefer in den Untergrund sickern lassen, aber auch den Boden wärmer werden lassen, was die Evapotranspiration erhöhen könnte. Allerdings beinhalten die meisten aktuellen GCM nicht alle für eine gute Simulation von Permafroständerungen notwendigen Prozesse. Studien, die gefrierende Böden analysieren oder mit Hilfe von GCM-Ergebnissen detailliertere Landoberflächenmodelle antreiben, weisen auf einen erheblichen Verlust von Permafrost bis zum Ende dieses Jahrhunderts hin. Obwohl aktuelle GCM Gletscherentwicklung nicht explizit berücksichtigen, können wir darüber hinaus erwarten, dass Gletscher weiter zurückweichen werden. Mit ihrem Verschwinden wird die Wassermenge, die sie im Sommer den Flüssen zuführen, in einigen Regionen stark abnehmen. Der Gletscherverlust wird außerdem zu einer Abnahme des Abflussvolumens der Flüsse im Frühjahr beitragen. Falls der Niederschlag im Jahresmittel zunimmt – ob als Schnee oder Regen – bedeuten diese Ergebnisse allerdings nicht zwangsläufig, dass das mittlere jährliche Abflussvolumen der Flüsse abnimmt.

FAQ 12.2, Abbildung 1 | Schematisches Diagramm projizierter Veränderungen der Hauptkomponenten des Wasserkreislaufes. Die blauen Pfeile zeigen wichtige Arten von Veränderungen der Wasserbewegung im Klimasystem der Erde: Polwärts gerichteter Wassertransport durch außertropische Winde, Verdunstung von der Erdoberfläche und Abfluss vom Land in die Ozeane. Die schattierten Bereiche kennzeichnen Gebiete, die mit höherer Wahrscheinlichkeit feuchter oder trockener werden. Gelbe Pfeile kennzeichnen eine wichtige atmosphärische Zirkulationsveränderung durch die Hadley-Zirkulation, deren aufsteigende Bewegung tropische Regenfälle fördert, während sie subtropische Niederschläge unterdrückt. Modellprojektionen legen nahe, dass die Hadley-Zirkulation sowohl auf der Nord- als auch auf der Südhalbkugel ihren absinkenden Ast polwärts verlagern wird, mit damit verbundener Trockenheit. Feuchtere Bedingungen werden in höheren Breiten projiziert, weil eine wärmere Atmosphäre mehr Niederschlag ermöglichen wird, was mit einem stärkeren Transport von Wasser in diese Regionen verbunden ist.

 

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.