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Entwicklung von nachhaltigen globalen Klimaschutzszenarien

In der Klimaökonomie gibt es Bemühungen, Mängel des konventionellen Integrated Assessment Modelling (IAM) sowohl durch die Verfeinerung bestehender Modelle als auch durch ganz neue Ansätze zu überwinden. Beides zielt unter anderem darauf ab, auch besonders nachhaltige Klimaschutzpfade aufzuzeigen. Das UBA ist bestrebt, seine breite und tiefe umweltwissenschaftliche Expertise in diese fachspezifischen Diskussionen und Entwicklungen direkt mit einzubringen. Durch das avisierte Leuchtturm-Projekt soll aber auch die Expertise des UBAs durch den Ausbau der hausinternen Analyse- und Modellierungskompetenz für globale Klimaszenarien erweitert werden, um auch selbstständig oder in Kooperation mit Partnerschaftsinstitutionen eigene globale Klimaschutzszenarien entwickeln zu können, die wirtschaftlich, ökologisch und sozial nachhaltig sind. Die RESCUE2-Ergebnisse für die deutsche und die europäische Klimapolitik sind dabei der Ausgangspunkt der Überlegungen und stellen ein sehr gutes Beispiel für den Nutzen eigener Klimaschutzszenarien dar.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Treibhausgasneutrale Stromerzeugung bis 2035 - Vergleich von Instrumenten für einen Erdgasausstieg

Die Dekarbonisierung der Stromerzeugung ist von zentraler Bedeutung zum Erreichen der nationalen und europäischen Klimaschutz- und Energieziele. Die G7 verpflichten sich zu dem Ziel einer überwiegend dekarbonisierten Stromversorgung bis 2035 und Sie bekennen sich dazu die Kohleverstromung zu beenden. Im Vorhaben sollen neben qualitativen Analysen auch modellbasierte Analysen für eine treibhausgasneutrale Stromerzeugung Deutschlands bis 2035 im europäischen Binnenmarkt durchgeführt werden. In einem ersten Schritt sollen dafür Szenarien berechnet werden, die eine Entwicklung unter den aktuellen nationalen und europäischen Beschlüsse zum Klimaschutz berücksichtigen. Darauf aufbauend sollen Instrumente entwickelt, modelliert und bewertet werden, die eine nahezu treibhausgasneutrale Stromerzeugung in Deutschland bis zum Jahr 2035 ermöglichen. Dabei sollen sowohl Instrumente untersucht werden, die durch Innovationsförderung und/oder Subventionen Erdgas aus dem Markt drängen und dafür Wasserstoff oder wasserstoffbasierte Brennstoffe anreizen (Innovationsstrategie), als auch solche Instrumente, die durch Pönalisierung zu einem Ausstieg führen (Exnovationsstrategie). Von besonderer Bedeutung für die Transformation der Stromversorgung ist neben dem schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien insbesondere die Verzahnung mit dem Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur und der Bereitstellung von Wasserstoff. Dies ist für die Dekarbonisierung der brennstoffbasierten Stromerzeugung von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund braucht es weitere Untersuchungen zur Entwicklung der Gasverstromung bis 2035 und darüber hinaus, sowie zu der Verzahnung der Entwicklung im Kraftwerkspark mit dem Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur und der Bereitstellung von Wasserstoff.

Zukunftsfähiges Wassermanagement kommunaler Wasserversorger in Zeiten des Klimawandels, Teilprojekt 4

Zukunftsfähiges Wassermanagement kommunaler Wasserversorger in Zeiten des Klimawandels, Teilprojekt 3

Klimaforschungsplan KLIFOPLAN, Machbarkeitsstudie zur Entwicklung integrierter Energie- und Treibhausgasszenarien zum kommunalen Klimaschutz in Deutschland zur Abbildung deutschlandweiter kommunaler Klimaschutzpotenziale in Abhängigkeit von nationalen Maßnahmen

a) Zielstellung, fachliche Begründung: Ziel des Vorhabens ist es eine Machbarkeitsstudie für Szenarien zum kommunalen Klimaschutz zu entwickeln. Diese Szenarien sollen ein tiefgehenderes Verständnis zu kommunalen Klimaschutzpotenzialen und ihren Abhängigkeiten von und Rückkopplungen zum nationalen Klimaschutz ermöglichen. Dadurch sollen Rückschlüsse für den Unterstützungsrahmen für Kommunen abgeleitet werden. Besonders zu evtl. Anpassungsbedarf in der NKI, aber auch für die Zusammenarbeit mit den Bundesländern, die mittlerweile vereinzelte Pflichtaufgaben für Kommunen im Klimaschutz formulieren. Die Machbarkeitsstudie soll abbilden, wie integrierte Energie- und Treibhausgasszenarien zum kommunalen Klimaschutz in Deutschland erstellt werden könnten. Diese sollen in der Lage sein, diverse Detailfragen zu kommunalen Klimaschutzpotenzialen sowie den Rückkopplungen zwischen kommunalem und nationalem Klimaschutz zu beantworten. b) Output: Output des Vorhabens wird eine Machbarkeitsstudie, die das konkrete Vorgehen darstellt, wie integrierte Energie- und Treibhausgasszenarien zum kommunalen Klimaschutz erstellt werden können.

Ressortforschungsplan 2024, Begleitforschung zur Umweltwirkung der Kohlenstoffwirtschaft

Verschiedene Klimaschutzszenarien zeigen eine unterschiedliche Menge an unvermeidbaren Restemissionen im Jahr 2045. Um bis dahin Treibhausgasneutralität zu erreichen, sollen technische Senken ergänzend zu natürlichen Senken genutzt werden, um diese Emissionen auszugleichen. Dafür steht ein begrenzter Speicherplatz zur Verfügung, der bisher fast ausschließlich für CO2 aus fossilen Prozessen genutzt wird. In dem Forschungsvorhaben 'Begleitforschung zur Umweltwirkung der Kohlenstoffwirtschaft' wird die Speicherung von CO2 in geologischen Formationen betrachtet. Um eine langfristig sichere Einlagerung zu gewährleisten, werden Anforderungen an ein Verfahren zur Identifikation umweltverträglicher CO2-Speicher geprüft, sowie an ein dauerhaftes Monitoring. Weiterhin werden die Auswirkungen von Leckagen auf Klima und Umwelt analysiert. Ein möglicher Markthochlauf von der CCS-Technologie wird betrachtet hinsichtlich der notwendigen Ressourcen, möglichen Konkurrenzen und des Zeitbedarfs zum Aufbau einer CO2-Infrastruktur.

KliBiW - Analyse der Hochwasserverhältnisse

In den bisherigen Projektphasen von KliBiW wurde u.a. die Entwicklung der Hochwasserverhältnisse in der Vergangenheit bis heute sowie deren mögliche Veränderung in der Zukunft analysiert. Die Untersuchung der gegenwärtigen Situation erfolgte anhand von Aufzeichnungen an Fließgewässerpegeln in ganz Niedersachsen, mit Ausnahme der tidebeeinflussten Gebiete an der Küste sowie der großen Ströme von Ems, Weser und Elbe. Es wurden unter anderem die Entwicklungen (Trends) von Abflusskenngrößen, welche die Hochwasserverhältnisse charakterisieren, über einen bestimmten Zeitraum untersucht. Hierzu zählten unter anderem der Abflussscheitel bei Hochwasser, das Wellenvolumen von Hochwasserereignissen sowie deren Häufigkeit. Dabei wurde sowohl die Stärke des Trends, also der Grad der Veränderung über die Zeit, ermittelt, als auch die statistische Signifikanz, also ob die berechnete Veränderung mit der Zeit nicht zufällig ist und wahrscheinlich eine systematische Ursache besitzt. Die Simulation der Abflüsse in der Zukunft erfolgte unter anderem anhand des hydrologischen Modells PANTA RHEI, das auch im operationellen Betrieb für die Hochwasservorhersage beim NLWKN genutzt wird. Die Simulationen erfolgten für die sieben ausgewählten Einzugsgebiete der Risikogewässer in Niedersachsen auf Basis von zwei Klimaszenarien : einem Szenario ohne Klimaschutz (RCP8.5) und einem Szenario mit Klimaschutz (RCP2.6) für den Zeitraum 1971 bis 2100 (vgl. Hajati et al., 2022 ). Als Antrieb diente je ein Ensemble von regionalen Klimamodellen , welches die Bandbreite der möglichen zukünftigen Entwicklungen repräsentiert. Die Ermittlung der zukünftigen Veränderungen erfolgte auf Basis 30jähriger Mittelwerte für die Mitte des Jahrhunderts (2031-2060) und das Ende des Jahrhunderts (2071-2100), jeweils im Verhältnis zu dem Referenzzeitraum (1971-2000) an insgesamt 61 ausgewählten Pegeln. Im Fall des Szenarios RCP8.5 weisen die Ergebnisse auf eine im Mittel deutliche Verschärfung der Hochwasserverhältnisse in der Zukunft hin. So käme es bereits zur Mitte des Jahrhunderts (2031-2060) regional zu einer Zunahme der Hochwasserscheitelabflüsse, vor allem im Sommerhalbjahr. Am Ende des Jahrhunderts (2071-2100) wären diese Tendenzen nochmals deutlicher und fast landesweit ausgeprägt. Einzig der Harz scheint hiervon ausgenommen zu sein. Allerdings sind die Ergebnisse hier aufgrund der kleinräumigen Topographie sowie der geringen Größe der maßgeblichen Einzugsgebiete mit Vorsicht zu interpretieren, da die verwendeten klimatischen Modelldaten keine hierfür geeignete räumliche und zeitliche Auflösung aufweisen. Hochwasserabflüsse anderer Jährlichkeiten (z.B. HQ5, HQ100) zeigen ähnliche räumliche und zeitliche Muster der Veränderung. Auch die anderen Charakteristika der Hochwasserverhältnisse (Häufigkeit, Dauer, Wellenvolumen) deuten auf eine Verschärfung der Situation in der Zukunft, regional bereits zur Mitte des Jahrhunderts. Im Fall des Szenarios RCP2.6 würden sich die Hochwasserverhältnisse im Mittel hingegen nur wenig verändern. Sowohl zur Mitte als auch zum Ende des Jahrhunderts würden die Hochwasserabflüsse im Winterhalbjahr geringfügig abnehmen, vor allem im südlichen Niedersachsen. Im Sommerhalbjahr käme es zu einer fast landesweiten leichten Zunahme. Hiervon ausgenommen wäre wieder die Region um den Harz, wo keine nennenswerten Veränderungen zu erkennen sind.

Untersuchungsgebiet und Methodik von KliBiW

Übersicht über die Untersuchungsräume von KliBiW im Bereich Oberflächenabfluss Übersicht über die Untersuchungsräume von KliBiW im Bereich Grundwasser Anhand von beobachteten Niederschlags- und Klimadaten an Messstationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) wurden die klimatischen Trends der Vergangenheit analysiert. Die Betrachtung der zukünftigen Klimaverhältnisse erfolgte bisher auf Basis von zwei Treibhausgas-Szenarien . In früheren Projektphasen (Phase 1 bis 5) wurde zunächst das gemäßigte Szenario SRES-A1B herangezogen. In den späteren Projektphasen (Phase 6 bis 7) lag der Fokus auf dem Szenario ohne Klimaschutz RCP8.5. In der Projektphase 8 wird zusätzlich auch ein Szenario mit Klimaschutz (RCP2.6) betrachtet. Mit Hilfe von Ensembles verschiedener globaler und regionaler Klimamodelle (aus den Projekten EURO-CORDEX und ReKliEs-De ) werden die zukünftigen Veränderungen bis zum Jahr 2100 ermittelt. Grundlage sind dabei regionale Klimamodelldaten, die vom DWD aufbereitet wurden und welche die Bandbreite der möglichen zukünftigen Entwicklungen repräsentieren. Im Zuge dieser Arbeiten erfolgte unter anderem eine multivariate Bias-Adjustierung der Daten sowie eine Interpolation vom ursprünglichen 12,5x12,5 km Raster auf ein 5x5 km Raster.

KliBiW – Analyse der Niedrigwasserverhältnisse

Im Projekt KliBiW wurden die vergangenen sowie die möglichen zukünftigen Veränderungen der Niedrigwasserverhältnisse in Niedersachsen auf Basis verschiedener Abfluss-Kennwerte analysiert. Die Untersuchung der Verhältnisse in der Vergangenheit erfolgte auf Basis von gemessenen Tagesmittelwerten an Fließgewässerpegeln in ganz Niedersachsen, mit Ausnahme der tidebeeinflussten Gebiete an der Küste sowie der großen Ströme Ems, Weser und Elbe. Dabei wurden unter anderem die Entwicklungen (Trends) von Abflusskenngrößen betrachtet, welche die Niedrigwasserverhältnisse charakterisieren. Hierzu zählt zum einen der niedrigste Abfluss gemittelt über sieben aufeinanderfolgende Tage, das sog. NM7Q. Des Weiteren wurde die Dauer von Niedrigwasserereignissen unterhalb eines bestimmten Abflussschwellenwertes analysiert. Und schließlich wurde das Wasservolumen ermittelt, welches bei ausgeprägtem Niedrigwasser gegenüber relativ normalen Niedrigwasserverhältnissen dem Gewässer fehlt. In diesem Zusammenhang wurde zum einen die Stärke des Trends, also der Grad der Veränderung über den Betrachtungszeitraum, ermittelt, als auch die statistische Signifikanz, also ob die berechnete Veränderung mit der Zeit nicht zufällig ist und wahrscheinlich eine systematische Ursache besitzt. Die Simulation der möglichen zukünftigen Niedrigwasserverhältnisse erfolgte unter anderem mit Hilfe des Modellsystems PANTA RHEI. Mit dem Wasserhaushaltsmodell wurden Simulationen für sieben ausgewählte Einzugsgebiete der Risikogewässer in Niedersachsen auf Basis von zwei Klimaszenarien durchgeführt: für ein Szenario ohne Klimaschutz (RCP8.5) sowie ein Szenario mit Klimaschutz (RCP2.6) für den Zeitraum 1971-2100. Als Antrieb diente je ein Ensemble von regionalen Klimamodellen , welche die Bandbreite der möglichen zukünftigen Entwicklungen repräsentiert (vgl. Hajati et al., 2022 ). Die Auswertung verschiedener Niedrigwasser-Kenngrößen erfolgte auf Basis 30-jähriger Mittelwerte einmal für die Mitte des Jahrhunderts (2031-2060) und einmal für das Ende des Jahrhunderts (2071-2100), als Veränderung gegenüber einem Referenzzeitraum (1971-2000). Die Ergebnisse für das Klimaszenario RCP8.5 deuten zur Mitte des Jahrhunderts auf eine fast landesweit zunehmende Verschärfung der Niedrigwasserverhältnisse im Vergleich zum Referenzzeitraum hin. Zum Ende des Jahrhunderts fallen diese Tendenzen noch deutlicher aus, mit regionalen Schwerpunkten im südlichen bzw. südöstlichen Niedersachsen. Besonders betroffen von der zunehmenden Trockenheit sind die Abflussverhältnisse im Bereich des Harzes. In Kombination mit der sich gleichzeitig verlängernden Dauer von Niedrigwasserphasen kommt es zu einer erheblichen Reduzierung des verfügbaren Wasservolumens während Niedrigwasserphasen an vielen Fließgewässern in der Zukunft. Detaillierte Ergebnisse der Untersuchungen sind in den jeweiligen Abschlussberichten von KliBiW zu finden sowie auf dem Umweltkartenserver .

KliBiW - Analyse der heutigen und zukünftigen Klimaentwicklung

Das Projekt KliBiW befasst sich mit der Analyse der heutigen und möglichen zukünftigen Klimaentwicklung in Niedersachsen anhand ausgewählter Klimagrößen. Grundlage für die Untersuchung der vergangenen Verhältnisse sind Stationsmessdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in ganz Niedersachsen. Es wurden Trenduntersuchungen für verschiedene Indizes und Jahreszeiten durchgeführt, sowohl als Gebietsmittel für Niedersachsen als auch anhand der einzelnen Stationszeitreihen. Beispielhaft werden im Folgenden die Ergebnisse für die Größen mittlere Temperatur, Niederschlagssumme und maximaler 1-Tages-Niederschlag dargestellt. Entwicklung der Mitteltemperaturen im Wasserwirtschaftsjahr als Gebietsmittel für Niedersachsen über den Zeitraum 1881-2024 Entwicklung der Niederschläge im Wasserwirtschaftsjahr als Gebietsmittel für Niedersachsen über den Zeitraum 1881-2024 Die Analyse der möglichen zukünftigen Entwicklung ausgewählter Klimagrößen in Niedersachsen wurde auf Basis von verschiedenen Treibhausgas-Szenarien durchgeführt. In den ersten Projektphasen wurde das Szenario A1B betrachtet, welches von einem zukünftig gemäßigten Anstieg der globalen Treibhausgas-Emissionen ausgeht und zur Familie der SRES-Szenarien gehört (Special Report on Emission Scenarios). In den neueren Projektphasen standen die Szenarien RCP8.5 (ohne Klimaschutz) bzw. RCP2.6 (mit Klimaschutz) im Fokus, welche von einem deutlichen Anstieg bzw. einer deutlichen Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts ausgehen und zur Familie der Repräsentativen Konzentrationspfade gehören. Weitere Infos zu den zugrunde liegenden Szenarien und Klimamodellen können hier abgerufen werden. Die Berechnung der zukünftigen Veränderungen erfolgte auf Basis 30jähriger Mittel für verschiedene Zeitabschnitte in der Zukunft, jeweils gegenüber einem Referenzzeitraum in der Vergangenheit. Die Ergebnisse der verwendeten Modell-Ensembles bilden eine Bandbreite von Änderungswerten für jeden 30-jährigen Zukunftsabschnitt. Bandbreite der zukünftigen Veränderungen der Jahresmitteltemperatur als gleitendes 30-Jahres-Mittel für Niedersachsen (gegenüber 1971-2000) unter einem Szenario mit und ohne Klimaschutz Bandbreite der zukünftigen Veränderungen der Jahresniederschlagssummen als gleitendes 30-Jahres-Mittel für Niedersachsen (gegenüber 1971-2000) unter einem Szenario mit und ohne Klimaschutz Die räumlich differenzierte Betrachtung der zukünftigen klimatischen Veränderungen erfolgt auf Basis der Rasterdaten der verwendeten Klimamodelle. Die Ergebnisse zeigen bereits in der nahen Zukunft eine flächendeckende Zunahme der Temperaturen, die gegen Ende des 21. Jahrhunderts noch deutlicher ausgeprägt erscheint, bei einem leichten Südost-Nordwest-Gefälle. Die Niederschlagssummen zeigen bis zur Mitte des Jahrhunderts keine wesentlichen Veränderungen. Erst in der fernen Zukunft nehmen diese leicht zu, bedingt durch Veränderungen im Winterhalbjahr (im Sommerhalbjahr ändern sich die Werte im Mittel kaum). Eine detaillierte Beschreibung aller Ergebnisse zur Klimaentwicklung kann den jeweiligen KliBiW-Abschlussberichten entnommen werden. KliBiW-Abschlussberichten

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