Klimaforschung mit China: BMBF-geförderte Vorhaben der strategischen Projektförderung in der Klimawissenschaft
Deutschland und China haben ihre Zusammenarbeit in der Klimaforschung vertieft. Dazu gehörten die naturwissenschaftliche, wirtschafts- und sozialwissenschaftliche Forschung ebenso wie die Untersuchung der Auswirkungen und der Anpassungsoptionen an den Klimawandel sowie zu Innovationen für den Klimaschutz.
Im Rahmen der langjährigen wissenschaftlich-technologischen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und China wurde 2018 eine vertiefte Zusammenarbeit in der Klimaforschung vereinbart. Die Zusammenführung von Wissen, Erfahrungen und Forschungsinfrastrukturen generierten einen Mehrwert für beide Seiten und ermöglichten wichtige Beiträge für Klimaschutz und Nachhaltigkeit.
Insbesondere in den nachfolgenden Bereichen sollten gezielt Ansatzpunkte für die Zusammenarbeit untersucht und gemeinsame Forschungskooperationen angestoßen werden:
- naturwissenschaftliche Klimaforschung und -modellierung,
- wirtschafts- und sozialwissenschaftliche Forschung zu den Auswirkungen des Klimawandels,
- Forschung und Technologie zur Anpassung an den Klimawandel (zum Beispiel Vorhersage und Behandlung extremer Wetterbedingungen, Adaptionstechnologien für Wasserressourcen und einschlägige Fallstudien),
- Klimaforschung über das Tibet-Plateau (dritter Pol),
- Innovationen für Klimaschutz (kurzfristige sowie mittel- und langfristige Klimaprognose).
Im Projekt DUNE wurde die Entwicklung von Dünen als Indikator für den Klimawandel in Zentralasien untersucht. Aufgrund ihrer Struktur reagieren die Dünen schnell auf Veränderungen der klimatischen Parameter, indem sie ihre geomorphologische Form verändern. Bei diesen Klimaparametern sind die Windgeschwindigkeit und Feuchtigkeit besonders wichtig, da sie die Aktivität, Ausrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit der Dünen bestimmen. Für ein besseres Verständnis der verschiedenen klimatischen und nichtklimatischen Faktoren, die die Dünenform und die Bewegungsgeschwindigkeit beeinflussen, wurden in ausgewählten Regionen numerische Dünenmodelle eingesetzt. Die Studie profitierte von Informationen über Dünenbewegungen und Dünenformen, die von den chinesischen und deutschen Projektpartnerinnen und -partnern bereits bei früheren Expeditionen gesammelt wurden, sowie von Fernerkundungsdaten.
Die Analyse der Dünenbewegungen mit Hilfe von Satellitenbildern von 1968 bis 2022 konzentrierte sich auf vier Regionen in unterschiedlichen Höhenlagen mit jeweils unterschiedlichen Einflüssen des ostasiatischen Sommermonsuns in Nordosttibet (Gonghe Becken, Quellgebiet des Huang He, Zoige Becken) und im Hexi-Korridor. Der allgemeine Trend steigender Temperaturen und Niederschläge in Nordosttibet bewirkte eine Verringerung der Dünenbewegungen durch eine erhöhte Feuchtigkeit im Oberboden. Dabei spielten die große Höhenlage der Regionen über dem Meeresspiegel mit kühleren und feuchteren Sommern sowie Schneeschmelze und Auftauen des Permafrostbodens eine Rolle. Die vier untersuchten Regionen zeigten einen unterschiedlichen Einfluss des Sommermonsuns mit seinen Niederschlägen. Dieser nimmt von Osten nach Westen ab während umgekehrt der Einflussbereich der Westwinde mit kalten und trockenen Wintern sowie mit hohen Windgeschwindigkeiten nach Westen hin zunimmt und damit den Sandtransport begünstigt. Diese Forschungen haben gezeigt, dass der Wüstenrand in diesen Regionen in den letzten Jahrzehnten an Feuchtigkeit zugenommen hat und sich dadurch die Dünenbewegungen verringert haben.
Laufzeit: 01.06-31.05.2024
Im Projekt ACE wurde der Zusammenhang zwischen der Arktis und den mittleren Breiten untersucht. Der Fokus lag hierbei auf abrupten Veränderungen und auf Extremen im eurasischen Klimasystem als Reaktion auf die zeitlichen Schwankungen des arktischen Meereises. Beobachtungen zeigten einen beschleunigten Rückgang des arktischen Meereises und die höhere Häufigkeit von Klimaextremen in den mittleren Breiten. Zeitliche und räumliche Charakteristika abrupter Klimaänderungen und Extreme im Holozän (12.000 Jahre vor Christus bis heute) wurden erfasst. Mit Hilfe dieser Charakteristika konnte ein Vergleichsmaßstab für den zukünftigen Trend abrupter Veränderungen und Extreme für Europa und Asien generiert werden. Klimaprojektionen für die nächsten 100 Jahre können Aufschluss über das mögliche zukünftige Klima inklusiver abrupter Veränderungen und Extreme für Deutschland und China geben, indem die in der Vergangenheit bestimmten Charakteristika als Vergleichsmaßstab für den zukünftigen Trend herangezogen werden.
Laufzeit: 01.07.2021-31.05.2024
Extremereignisse wie Sturmfluten und Überschwemmungen durch Starkregen verursachen immer wieder hohe ökonomische Schäden insbesondere in urbanen Ballungsräumen wie Shanghai und Shenzhen, aber auch in Deutschland. Hinzu kommt, dass extreme Ereignisse wie Wirbelstürme, Starkregen sowie hoher Tidenhub häufig gleichzeitig auftreten, was zu stärkeren Überschwemmungsereignissen und größeren Gefährdungen führt. Mit diesen Gefahren befasste sich das Projekt MitRiskFlood. Ziel war es, belastbare Anpassungsmaßnahmen zu entwickeln, um dem zunehmenden Überflutungsrisiko in urbanen Räumen infolge des Klimawandels und der sich schnell ändernden sozioökonomischen Entwicklung zu begegnen. Dabei dienten die chinesischen Küstenmetropolen Shanghai und Shenzhen als besonders geeignete Fallstudien zur Methodenentwicklung für die Ableitung künftiger Überschwemmungsrisiken auf der Grundlage neuester Entwicklungen in der Klima-, Hydrologie- und Sozioökonomie-Modellierung.
Wichtige Erkenntnisse wurden unter anderem bei der Modellierung von tropischen Wirbelstürmen (Taifunen) und damit einhergehenden Starkregenereignissen mit regionalen Klimamodellen gewonnen. Durch die Verbesserung und Kopplung dieser Modelle mit hydrodynamischen Modellen konnten die Veränderungen der Taifunintensitäten im südchinesischen Meer bis zum Ende des 21. Jahrhunderts und die Überschwemmungsrisiken in Form von Überflutungskarten in chinesischen Küstenmetropolen abgeleitet werden. Mithilfe eines neu entwickelten Feuchte-tracking Modells wurde der Anteil der ozeanischen Verdunstung an Starkregenereignissen quantifiziert, was zu einem besseren Verständnis der Wassertransportprozesse in der Region führte. Insgesamt liefern die gewonnenen Erkenntnisse wichtige Grundlagen für die Modellierung zukünftiger klimatischer Extremereignisse und deren Auswirkungen auf die Küstenregionen. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen derzeit in die Entwicklung multiobjektiver Bewertungsmethoden für geeignete Anpassungsmaßnahmen in Shenzhen und Shanghai ein. Gemeinsam mit deutschen und EU-Akteuren wird in Stakeholder-Workshops in China und Deutschland die Übertragbarkeit des entwickelten Modellsystems auf andere Küstenmetropolen geprüft.
Laufzeit: 01.06.2021-31.05.2024
Wasser stand auch im Fokus des Projekts Ice-TMP: die Seen der Tibetanischen und der mongolischen Hochebene und deren Rolle im Wasserkreislauf. Das übergeordnete Ziel des Projekts war der Aufbau eines internationalen Forschungsnetzwerks, um Wissenslücken über eisbedeckte Seen zu schließen. Diese sind kritische, aber bisher kaum untersuchte Komponenten des hydrologischen und klimatischen Systems des Qinghai-Tibet-Plateaus und des mongolischen Plateaus. Dabei wurden detaillierte Beobachtungsdaten zu thermischen und biogeochemischen Bedingungen unter Eis erhoben, bestehende See-Parametrisierungen (Repräsentation von Seen in Klimamodellen) für Klimamodelle validiert und verbessert und Zukunftsszenarien für die saisonalen Eisbedeckungsschwankungen unter dem Klimawandel entwickelt.
Die erhobenen Daten zu Temperatur, Sauerstoff und Licht in eisbedeckten Seen in bislang unerforschten Hochgebieten zeigten eine starke Wärmeakkumulation unter dem Seeeis, beeinflusst durch hohe Sonneneinstrahlung und geringe Niederschlagsmengen. Die Ergebnisse zeigten einen starken Einfluss der Seeeisbedeckung auf die Umverteilung des Wärmeflusses zwischen Land und Atmosphäre während der Eisschmelze. Die wichtigen Auswirkungen des Seeeises auf die primäre Planktonproduktion, den Sauerstoffgehalt und die Wasserqualität wurden quantifiziert. Eine parallele Untersuchung eisbedeckter Seen in Hochasien und im subpolaren Europa ermöglichte eine eingehende vergleichende Analyse der Mechanismen, die den Wärmehaushalt in ähnlichen Systemen unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen regulieren.
Laufzeit: 01.06.2021-30.09.2024
Im Projekt ReHaDiCC wurden die Auswirkungen des Klimawandels auf marine Ökosysteme untersucht. Die Hälfte der Erdbevölkerung lebt an Küsten oder in küstennahen Gebieten und das marine Ökosystem stellt eine wichtige Nahrungsmittel-Ressource dar, was sich nicht zuletzt in einer weltweit steigenden Anzahl an Aquakulturbetrieben widerspiegelt. Da die Folgen des Klimawandels künftig mit einem teilweisen Verlust derzeit genutzter landwirtschaftlicher Flächen einhergehen wird, wird die Bedeutung mariner Ressourcen in Zukunft mit Sicherheit zunehmen. Die Ziele dieses Projekts waren die Erforschung des Verhaltens von Planktongemeinschaften und von schädlichen Mikroalgen („harmful algal blooms", HAB, schädliche Algenblüten) unter den aktuellen Veränderungen der Umweltbedingungen. HAB können die Nutzung mariner Ressourcen stark beeinträchtigen. Schädliche Dinoflagellaten beeinträchtigen das marine Ökosystem durch sogenannte Muschelgifte, die in Schalentieren angereichert werden und bei Wirbeltieren nach Verzehr kontaminierter Meeresfrüchte zu Vergiftungserscheinungen führen. Darüber hinaus produzieren einige Mikroalgen Fischgifte (Ichthyotoxine), die die Kiemen von Fischen angreifen und zu erhöhter Fischsterblichkeit führen, was zu immer größeren Schäden in der marinen Aquakultur führt.
Im Rahmen des Projekts wurden auf Expeditionen nach Svalbard (Spitzbergen), durch die Nordwestpassage und die Ostsee Proben genommen und Algenkulturen giftiger Arten in den verschiedenen geographischen Regionen nachgewiesen. Diese wurden ökophysiologisch untersucht. Dabei zeigte sich, dass dieselbe Mikroalgenart (zum Beispiel Alexandrium ostenfeldii) nicht nur in verschiedenen Regionen unterschiedliche Toxine produziert, sondern in Laborexperimenten auch unterschiedlich auf höhere Temperaturen reagiert. Während für die Ostseestämme bei höheren Wassertemperaturen keine höheren Wachstumsraten zu erwarten sind, scheint dies bei den arktischen Arten durchaus der Fall zu sein. Einen anderen Ansatz haben die chinesischen Projektpartner vom 3. Ozeanographischen Institut in Xiamen verfolgt, indem sie aus Abundanz- und Umweltdaten Verbreitungsmodelle erstellt haben. Dabei sind sie zu dem Ergebnis gekommen, dass in den modellierten Erwärmungsszenarien eine Ausbreitung fast aller Arten in chinesischen Küstengewässern zu erwarten ist. Dieses Szenario scheint teilweise auch für die Ostsee zuzutreffen, in der um 2010 zum ersten Mal die toxische Art Alexandrium pseudogonyaulax beobachtet worden ist und sich seitdem vom Kattegat kontinuierlich gegen den Salzgradient in der Ostsee nach Osten ausbreitet. Zusammenfassend weisen die Projektergebnisse darauf hin, dass ein Anstieg der Meerwassertemperaturen sowohl zu einem erhöhten Wachstum giftiger Algen als auch auf eine ausgeweitete Verbreitung der meisten giftigen Algenarten führen wird.
Laufzeit: 01.06.2021-31.12.2024
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