Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll aufbauend auf den Handlungsempfehlungen zur Erstellung von Hitzeaktionsplänen zum Schutz der menschlichen Gesundheit (2017) untersucht werden, ob eine Implementierung eines nationalen Hitzeaktionsplans auf Bundesebene möglich wäre und wie dieser inhaltlich und rechtlich ausgestaltet werden sollte. Dazu wird untersucht, welche Aspekte aus wissenschaftlichen Erwägungen auf nationaler Ebene umwelthygienisch sinnvoll und erforderlich sind sowie welche Aspekte des gesundheitsbezogenen Umweltschutzes in die Zuständigkeit des Bundes fallen oder vom Bund vorgegeben werden können. Die Analyse bezieht die Bundesländer sowie weitere Interessensgruppen und Bundesbehörden ein, um eine inhaltliche Abstimmung für eine vorzuschlagende nationale Regelung bestmöglich unter Berücksichtigung der Verantwortlichkeiten der Länder hinsichtlich der Anpassungserfordernisse und Möglichkeiten zu sondieren und vorzuschlagen. Hierzu dienen Fachthemenkonferenzen mit der Ebene des Bundes, der Länder und Kommunen sowie mit weiteren Interessenvertretungen, um die Grundlagen einer nationalen Regelung zu erörtern. Während zu Beginn fachliche Aspekte des hitzebezogenen Gesundheitsschutzes im Vordergrund stehen, sollen im Weiteren politische und rechtliche Umsetzungsaspekte behandelt werden. Eine abschließende Synthesekonferenz erstellt eine Synopsis, fasst die Einzelergebnisse, Empfehlungen und Teilschlussfolgerungen zusammen, diskutiert und sondiert daraus abgeleitete Empfehlungen für ausgestaltbare Maßnahmen, die für einen nationalen Hitzeaktionsplan auf Bundesebene umgesetzt werden könnten.
Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) erstellt Abflussprojektionen für Pegel in den Einzugsgebieten von Donau, Elbe, Ems, Rhein und Weser und stellt diese als Beitrag und Grundlage zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) über den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" bereit. Die Projektionen fußen auf den Szenarien und Daten, die auch den Berichten des Weltklimarates zugrunde liegen. Diese globalen Klimadaten werden durch Europäische Wetterdienste und Klimaforschungsinstitute für Europa regionalisiert. Für Deutschland und die internationalen Einzugsgebietsanteile werden diese Daten durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) ebenfalls im Rahmen des DAS-Basisdienstes aufbereitet. Die BfG setzt die hydrometeorologischen Größen (Lufttemperatur, Niederschlag, Globalstrahlung, Wind, relative Luftfeuchte) und deren für die Zukunft projizierten Änderungen mittels eines Wasserhaushaltsmodells in Tageswerte hydrologischer Größen (u.a. Abfluss) um. Die hier bereitgestellten Daten basieren auf einem Klimadatenfundus, der im Kontext des 5. IPCC-Sachstandsberichts (IPCC, 2013) durch das globale Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5, Meehl und Bony, 2011) und den europäischen Teil des Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (EURO-CORDEX, Jacob et al., 2014) sowie nationale Modellaktivitäten (ReKliEs-De, Hübner et al., 2017) generiert wurden. Die rohen Klimamodelldaten wurden durch die BfG einer grundlegenden Prüfung unterzogen (Nilson, 2021; Nilson et al., 2014) um unplausible Projektionen auszuschließen. Auf Basis dieser Prüfung ergeben sich somit Ensembles von 16 Abflussprojektionen für das Hochemissionsszenario RCP8.5, 11 Projektionen für das mittlere Szenario RCP4.5 und 10 Simulationen für das bzgl. klimaschutzfortgeschritten optimistische RCP2.6-Szenario. Die verbliebenen Klimaprojektionen wurden durch den DWD aufbereitet. Zu den Aufbereitungsschritten gehört eine multivariate Biasadjustierung (Cannon, 2018) auf Basis des hydrometeorologischen Referenzdatensatzes HYRAS (Tageswerte; z.B. Rauthe et al., 2013) sowie eine räumliche Disaggregierung auf das ebenfalls von HYRAS vorgegebene Raster von 5 km x 5 km. Auf dieser Grundlage wurden durch die BfG Simulationen mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM-ME (Version 2019; Fleischer et al., in Vorber.) durchgeführt und in die bereitgestellten 37 Abflussprojektionen generiert. Die Projektionen sind u.a. in Teile der Klimawirkungs- und Risikoanalyse des Bundes für Deutschland eingeflossen (KWRA 2021). Die Veröffentlichung der nächsten Risikoanalyse ist für 2028 geplant (KRA 2028). Die Pflege und Weiterentwicklung der Modelle und Daten erfolgt kontinuierlich u.a. im Rahmen der Ressortforschung der Bundesministerien für Verkehr und Umwelt.
Die voranschreitenden, anthropogenen CO2-Emissionen verändern das Klima mit bedrohlichen, weit reichenden und irreversiblen Auswirkungen. Daher steigt das Interesse an sogenannten Carbon Dioxide Removal (CDR) Maßnahmen, um so zusätzlich zur Migration und Adaption, die Möglichkeit negativer Emissionen zu eröffnen. Die potenziellen positiven und negativen Auswirkungen durch CDR sind jedoch nicht ausreichend verstanden und quantifiziert. Das Hauptziel des Projektes ist die Analyse der Experimente aus der 1. Phase des Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Projects (CDR-MIP), um das Potenzial und die Risiken großskaliger CDR Methoden besser bewerten zu können. CDR-MIP ist eine neu gegründete Initiative, die eine Reihe von Erdsystemmodellen zusammenbringt, um CDR in einem einheitlichen Rahmen zu untersuchen. Die erste Projektphase, bestehend aus idealisierten Experimenten zu CO2 Entnahme aus der Atmosphäre, Aufforstung und Ozean-Alkalinisierung. Sie dient der Beantwortung folgender Kernfragen a) Reversibilität der Klimaänderung (z.B. zu heutige oder vorindustrielle CO2 Konzentration in der Atmosphäre) und b) potenzielle Wirksamkeit, Feedbacks, zeitlicher Rahmen und Nebenwirkungen unterschiedlicher CDR Maßnahmen. Die bisherige Arbeit diente der Entwicklung der Struktur des CDR-MIPs und weltweit haben sich einige Modellgruppen dazu bereit erklärt die entsprechenden Simulationen durchzuführen. Das Projekt beruht bislang auf freiwilliger Basis. Das macht eine schnelle Verarbeitung der Ergebnisse unwahrscheinlich. Folglich wird eine gezielte Förderung benötigt, um eine zeitnahe Analyse der Ergebnisse und deren öffentlichen Verbreitung zu gewährleisten. Die Analyseergebnisse sollen darüber hinaus die angenommenen Effektivität von CDR Technologien in den 'Integrated Assessment Model (IAM) - generierten Shared Socioeconomic Pathway (SSP) Szenarien informieren, welche die Forschung und Bewertung des Klimawandels unterstützen. Bislang werden bei in den IAM Simulation mit CDR keine Feedbacks des Kohlenstoffkreislaufes berücksichtigt. Eine Wissenslücke die wir schließen wollen. Wir schlagen vor die Ergebnisse aus CDR-MIP zu nutzen, um eine auf den Feedbacks im Kohlenstoffkreislaufes basierende Discount-Rate zu berechnen, die dann für die Kalibrierung der SSP Szenarien und erneuter Modellläufe in einem IAM genutzt werden kann. Zusätzlich werden neue Experimente erstellt und durchgeführt, um die Reaktion des Klimasystems auf die gleichzeitige Anwendung mehrerer CDR Methoden analysieren zu können. Die Kombination der Methoden basiert auf den gegebenen CDR-MIP Experimenten und beinhaltet z.B. eine Kombination von Aufforstung und der Ozean-Alkalinisierung. Anschließende Analysen ermöglichen den Vergleich der Wirksamkeit und Risiken kombinierter und einzelner CDR Methoden. Die Projektergebnisse würden eine umfassende Bewertung von CDR bieten, die allen Projekten innerhalb des SPP verfügbar gemacht und mit den Projektpartnern iterativ diskutiert werden.
Methoden des terrestrischen Carbon Dioxide Removal (tCDR) wie Aufforstung und Biomasseplantagen werden zuweilen als effektive, 'grüne' und sichere Varianten des Klimaengineering (CE) verstanden wegen ihrer Möglichkeit, die natürliche CO2-Aufnahme durch die Biosphäre zu erhöhen, und ihrer denkbaren ökonomischen Tragfähigkeit. Erkenntnisse aus der ersten Phase des CE-LAND-Projekts legen indes nahe, dass tCDR aufgrund schwieriger erdsystemischer und ethischer Fragen ebenso kontrovers wie andere CE-Methoden ist. CO2-Budgetierungen und rein ökonomische Bewertungen sind daher um profunde Analysen der natürlichen Begrenzungen, der Auswirkungen auf das Erdsystem mit damit verbundenen Unsicherheiten, der Tradeoffs mit anderen Land- und Wassernutzungen und der weitreichenden ethischen Implikationen von tCDR-Maßnahmen zu ergänzen. Analysen hypothetischer Szenarien der ersten Projektphase zeigen, dass effektives tCDR die Umwidmung großer Flächen voraussetzt, womit schwierige Abwägungsprozesse mit anderen Landnutzungen verbunden wären. Darüber hinaus zeigt sich, dass signifikante Nebenwirkungen im Klimasystem (außer der bezweckten Senkung der Weltmitteltemperatur) und in terrestrischen biogeochemischen Kreisläufen aufträten. CE-LAND+ bietet eine tiefergehende quantitative, räumlich explizite Evaluierung der nicht-ökonomischen Kosten einer Biosphärentransformation für tCDR. Potentielle Tradeoffs und Impakts wie auch die systematische Untersuchung von Unsicherheiten in ihrer Abschätzung werden mit zwei Vegetationsmodellen, einem Erdsystemmodell und, neu im Projekt, dynamischen Biodiversitätsmodellen analysiert. Konkret wird CE-LAND+ bisher kaum bilanzierte Tradeoffs untersuchen: einerseits zwischen der Maximierung der Flächennutzung für tCDR bzw. Biodiversitätsschutz, andererseits zwischen der Maximierung der Süßwasserverfügbarkeit für tCDR bzw. Nahrungsmittelproduktion sowie Flussökosysteme. Auch werden die (in)direkten Auswirkungen veränderten Klimas und tCDR-bedingter Landnutzungsänderungen auf Wasserknappheit (mit diversen Metriken und unter Annahme verschiedener Varianten des Wassermanagements) und Biodiversität quantifiziert. Die Tradeoffs und Impakts werden im Kontext von neben der Bekämpfung des Klimawandels formulierten globalen Nachhaltigkeitszielen - Biodiversitätsschutz, Wasser- und Ernährungssicherheit interpretiert - was sonst nicht im Schwerpunktprogramm vermittelt wird. Ferner wird das Projekt zu besserem Verständnis und besserer Quantifizierung von Unsicherheiten von tCDR-Effekten unter zukünftigem Klima beitragen. Hierzu untersucht es modellstrukturbedingte Unterschiede, Wachstum und Mortalität von tCDR-Pflanzungen unter wärmeren und CO2-reicheren Bedingungen und Wechselwirkungen zwischen tCDR-bezogenen Landnutzungsaktivitäten und Klima. Schließlich wird CE-LAND+ in Kooperationen innerhalb des Schwerpunktprogramms und mit einer repräsentativen Auswahl von Szenarien zur Evaluierung tCDR-bedingter Tradeoffs aus umweltethischer Sicht beitragen.