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Klimasimulation

Wie wirkt sich der globale Klimawandel regional aus?

Symboldbild Klimawandel in der Landwirtschaft
am
29.04.2019

Agrarlandschaften und Klimawandel beeinflussen sich gegenseitig. Bisher hatte die Klimaforschung diesen Zusammenhang kaum beachtet. Welche Auswirkungen wird der Klimawandel auf die Agrarlandschaft in Deutschland haben und wie wirken sich Anpassungsstrategien der Landwirtschaft umgekehrt auf das Klima aus? Diese Fragen können jetzt besser beantwortet werden.

An der Universität Hohenheim hat die DFG-Forschungsgruppe „Regionaler Klimawandel“ genau diesen Zusammenhang untersucht. Ziel der Forschungsgruppe war es, die Folgen des globalen Klimawandels für Agrarlandschaften auf einer regionalen Skala zu untersuchen und Prognosen für ihre Entwicklung bis 2030 abzuleiten. Die kürzlich vorgestellten Ergebnisse mündeten in einem weltweit verbreiteten Computermodell zur Wettervorhersage und Klimamodellierung, dem „Weather Research and Forecasting Model“ (WRF), das jetzt präzisere Simulationen liefert.

Kraichgau und die Mittlere Schwäbische Alb wurden untersucht

Zwei unterschiedliche Landschaften Südwestdeutschlands dienten als Modell. An ihnen wurde exemplarisch untersucht, wie sich die Agrarlandschaften unter dem Klimawandel künftig entwickeln. Der Kraichgau und die Mittlere Schwäbische Alb. Der Kraichgau wird intensiv ackerbaulich genutzt und weist ein mildes Klima auf, die Mittlere Schwäbische Alb dagegen ist kühler, niederschlagsreicher und wird extensiver vor allem als Grünland genutzt.

Sieben Jahre lang, mit einem Vorläufer-Projekt über zehn Jahre, haben die Forscherinnen und Forscher Daten erhoben, etwa zu Temperaturen, Niederschlägen, Bodenwasser, Energie, CO2, verschiedenen Pflanzeneigenschaften oder der organischen Substanz im Boden. Zusätzlich haben sie Daten aus Fernerkundungen, der statistischen Ämter und des Deutschen Wetterdienstes eingespeist.

Bisherige Klimasimulationen weisen Schwächen auf

„Das Klima auf der einen Seite und das System Boden-Pflanze, die Landnutzung und die Anpassungen der landwirtschaftlichen Betriebe beeinflussen sich gegenseitig. Das haben die Modelle, mit denen man das Klima der Zukunft simuliert, bisher kaum berücksichtigt“, sagt Prof. Dr. Thilo Streck, Sprecher der Forschungsgruppe. Bis dato verwendeten die Klimamodelle bei der Landnutzung den aus Satellitenbildern abgeleiteten Status quo aus Referenzjahren und ließen ihn bei ihrer Simulation konstant bis ins Jahr 2100. Das sei nicht realistisch, denn die Vegetationsentwicklung ändert sich in Reaktion auf den Klimawandel. „Doch bei frühdeckenden Kulturen wie Wintergetreide ist der Wasser- und Energieaustausch mit der Atmosphäre anders zeitlich verteilt als bei spätdeckenden wie Mais“, erklärt er, „und das hat einen Einfluss auf Wetter und Klima.“

Präzisere Simulationen mit dem „Weather Research and Forecasting Model“

„Mit dem riesigen Datenschatz aus mehr als zehn Jahren ging es ans Rechnen“, erläutert Prof. Dr. Thilo Streck. Mit Hilfe von Hochleistungsrechnern haben die Forscher verschiedene Computermodelle verknüpft und sie anhand von Daten aus der Vergangenheit getestet. Mit Erfolg: „Die Modelle beschreiben jetzt besser, wie sich das Klima entwickelt“, so Prof. Dr. Streck.
Das ist nun auch international etabliert: Ein weltweit verbreitetes Computermodell zur Wettervorhersage und Klimamodellierung ist das „Weather Research and Forecasting Model“ (WRF). Seit letztem Jahr berücksichtigt es mit der Hohenheimer Methode die Vegetation, nämlich den Weizen – und liefert seitdem präzisere Simulationen: Um rund 1°C kommen die simulierten Lufttemperaturen den realen jetzt näher, besonders im Norden Deutschlands.

Wird die Schwäbische Alb zum Weizenstandort?

Um die Modelle noch weiter zu verbessern, speisten die Forscher weitere Faktoren ein: Aussaatzeiten etwa, die sich mit dem Klimawandel ändern, oder agronomische und ökonomische Anpassungen der Landwirte. So verändert der Klimawandel Fruchtfolgen: Auf der Schwäbischen Alb, zeigen die Ergebnisse, wird es künftig weniger Gerste und mehr Winterweizen geben. Sie wird zum Weizenstandort.
Welche Folgen werden solche Anpassungsstrategien der Landwirtschaft haben? Dies besser abschätzen zu können war ein weiteres Themenfeld der Forschungsarbeit.

Auf der Mittleren Schwäbischen Alb und im Kraichgau, den beiden Modellregionen, hat in den letzten zehn Jahren der Silomaisanbau für Biogasanlagen stark zugenommen. Das, so die Forscher, hat zu Kohlenstoffverlusten von rund einer Tonne pro Jahr und Hektar geführt, was die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigt. „Künftig können wir besser vorhersagen, wie sich die organische Substanz im Boden in Abhängigkeit vom Klimawandel entwickelt“, sagt der Sprecher der Forschungsgruppe. „Wir können abschätzen, welchen Beitrag dies zur Entstehung von Treibhausgasen leistet und wie sich die Fruchtbarkeit des Bodens entwickelt. Wenn man weiß, wie sich Anpassungsstrategien auswirken, kann man gezielt verschiedene Handlungsoptionen durchspielen“, so Prof. Dr. Streck.

Neben der Universität Hohenheim sind die Justus-Liebig-Universität Gießen und das Helmholtz Zentrum München an dem Forschungsprojekt beteiligt.

Mit Material von Universität Hohenheim

Gewitterwolken und Dürre: Wetterfotos vom Acker

Ernte bei Unwetter
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Trockenheit auf Acker
Wetter über Acker
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