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Climate Landscapes Conference, 18.-19.10.2022, online: Working with plants, soils and water to cool the climate and rehydrate Earth’s landscapes

Climate Landscapes Conference, 18.-19.10.2022, online: Working with plants, soils and water to cool the climate and rehydrate Earth’s landscapes

„On the effect of landscape design on climate resilience and the meso-climate“ … or … „Working with plants, soils and water to cool the climate and rehydrate Earth’s landscapes“.

The „Climate Landscapes Conference„, 18.-19.10.2022, online.

More vegetation, fertile soils and water storage
… strengthen the small water cycles,
… make agriculture and forestry more resilient,
… promote groundwater recharge and flood protection,
… cool the climate.

A growing body of evidence suggests that ongoing forest destruction, soil degradation, sealing of soils, and the associated loss of terrestrial soil water storage are disrupting the movement of water into and through the atmosphere.

This is causing significant shifts in precipitation, resulting in less rainfall and drought in many areas of the world, an increase in regional temperatures, and a worsening of climate change.
At the same time, the natural cooling potential of vegetation caused by evaporation has been largely overlooked in considerations of how to overcome climate change.

In addition, our hydrological infrastructure is optimized to rapidly drain precipitation through sewers and rivers instead of keeping water in the landscape, which further exacerbates the situation.

These changes affect regional climate, but can also affect distant regions through long-distance effects (called teleconnections). Understanding the interwoven relationships and resulting energy fluxes between vegetation, soils, and water on the ground and in and with the atmosphere can help us mitigate climate change while creating resilient ecosystems.

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Hambacher Forst in der Krise: Studie zur mikro‐ und mesoklimatischen Situation sowie Randeffekten

Hambacher Forst in der Krise: Studie zur mikro‐ und mesoklimatischen Situation sowie Randeffekten

Deutliche Temperaturunterschiede:

Diese kühlende Wirkung ist insbesondere im Sommer ausgeprägt; in den Monaten Juni/Juli/August sind die kühlsten Gebiete ca. 22°C kühler als die wärmsten. Die Temperaturdifferenz zwischen Sophienhöhe und Tagebau betragen im Schnitt 14,8°C und maximal 16,4°C im Jahr 2018. Im Winter (DezemberJanuarFebruar) beträgt der Temperaturabstand ca. 3°C. Im Sommer wird auch deutlich, dass das Gebiet des Hambacher Forsts im Durchschnitt ca. 11°C und im Sommer 2006 sogar bis knapp 15°C kühler ist als die heißesten Räume (im Tagebau Hambach).

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Wie wirkt sich Wiederaufforstung auf den Wasserkreislauf aus?

Wie wirkt sich Wiederaufforstung auf den Wasserkreislauf aus?

Bäume, Wälder und Wasser – ein (kleiner) Teil der Zusammenhänge erklärt, wenn großflächig aufgeforstet werde würde:

Die Auswirkungen auf die Niederschläge reichen demnach weit über Ländergrenzen und sogar Kontinente hinaus: So kann die Wiederaufforstung von Bäumen im Amazonasgebiet zum Beispiel Niederschläge in Europa und Ostasien beeinflussen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die großflächige Wiederherstellung von Bäumen die Verdunstung lokal um durchschnittlich fast 10 Liter pro Quadratmeter wiederhergestellten Waldes erhöhen kann. Lokal, insbesondere in den Tropen, kann dieser Effekt mit fast 250 Litern für jeden Quadratmeter noch viel größer sein. Entscheidend ist, dass nicht das gesamte Wasser an die Landoberfläche zurückkehrt. Nur etwa 70 % des zusätzlich verdunsteten Wassers in der Atmosphäre kehren auf das Land zurück, während die restlichen 30 % durch Regen über die Ozeane abgeführt werden. Auf globaler Ebene bedeutet dies, dass die Wiederaufforstung von Bäumen zu einem Netto-Rückgang der Wasserverfügbarkeit führt.

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Was übersehen die Klimamodelle?

Was übersehen die Klimamodelle?

Ich bin mir nicht sicher, ob dieser Artikel nach 10 Jahren weiterer Modellverfeinerung noch immer korrekt ist. Ich nehme an, dass dies der Fall ist, da diese Wasserinteraktionen wirklich schwer zu modellieren sind.

Es gibt inzwischen zahlreiche Belege dafür, dass die unzureichende Darstellung von Wolken und feuchter Konvektion oder allgemeiner die Kopplung zwischen atmosphärischem Wasser und Zirkulation die größte Einschränkung in den derzeitigen Darstellungen des Klimasystems darstellt.

Anstatt die Verzerrungen zu verringern, die sich aus einer unzureichenden Darstellung grundlegender Prozesse ergeben, hat die zusätzliche Komplexität die Art und Weise vervielfacht, in der diese Verzerrungen Unsicherheiten in Klimasimulationen einbringen.

Diese Vielfalt an Reaktionen ist darauf zurückzuführen, dass die Kopplung zwischen Wasser und Zirkulation in niedrigen Breitengraden unverhältnismäßig stark von der Darstellung unaufgelöster Prozesse wie feuchter Konvektion und Wolkenbildung abhängt. Die mittleren Breiten zeigen robustere Reaktionen, weil ein Großteil des Energietransports von baroklinen Wirbeln getragen wird; auch diese sind grundsätzlich an das Wasser gekoppelt, aber sie werden von modernen GCMs viel besser beschrieben und aufgelöst

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Lokale Temperaturreaktion auf Veränderungen der Bodenbedeckung und der Bewirtschaftung durch nicht-strahlungsbedingte Prozesse

Lokale Temperaturreaktion auf Veränderungen der Bodenbedeckung und der Bewirtschaftung durch nicht-strahlungsbedingte Prozesse

Kühlende Wälder: Hier kombinieren wir umfangreiche Aufzeichnungen von Fernerkundung und In-situ-Beobachtung, um zu zeigen, dass nicht-strahlende Mechanismen die lokale Reaktion in den meisten Regionen für acht von neun üblichen LCMC-Störungen dominieren. Wir stellen fest, dass die Zunahme der Waldbedeckung zu einer jährlichen Abkühlung in allen Regionen südlich der Vereinigten Staaten, Nordeuropas und Sibiriens führt, was die Attraktivität der Wiederaufforstung als lokale Abschwächungs- und Anpassungsmaßnahme in diesen Regionen unterstreicht. Unsere Ergebnisse bestätigen, wie wichtig es ist, nicht-strahlungsbedingte Mechanismen bei der Bewertung lokaler landgestützter Minderungs- oder Anpassungsmaßnahmen zu berücksichtigen.

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Spanien und Portugal leiden unter dem trockensten Klima seit 1.200 Jahren

Spanien und Portugal leiden unter dem trockensten Klima seit 1.200 Jahren

Puhh….

Der meiste Regen auf der Iberischen Halbinsel fällt im Winter, wenn feuchte Tiefdruckgebiete vom Atlantik her einströmen. Doch ein Hochdrucksystem vor der Küste, das Azorenhoch, kann die feuchten Wetterfronten blockieren.

Die Forscher fanden heraus, dass die Winter mit „extrem großen“ Azorenhochs dramatisch zugenommen haben, und zwar von einem von zehn Wintern vor 1850 auf einen von vier seit 1980. Diese Extreme treiben das nasse Wetter auch nach Norden und machen Regengüsse im nördlichen Großbritannien und Skandinavien wahrscheinlicher.

Die Wissenschaftler erklärten, dass die häufigeren großen Azorenhochs nur durch die Klimakrise verursacht werden konnten, die durch die Kohlenstoffemissionen der Menschheit verursacht wurde.

„Die Anzahl der extrem starken Azorenhochs in den letzten 100 Jahren ist wirklich beispiellos, wenn man die letzten 1.000 Jahre betrachtet“, sagte Dr. Caroline Ummenhofer von der Woods Hole Oceanographic Institution in den USA

„Unsere Ergebnisse haben große Auswirkungen auf die Wasserressourcen, die für die Landwirtschaft und andere wasserintensive Industrien oder für den Tourismus zur Verfügung stehen“, so Ummenhofer. „Das verheißt nichts Gutes.“

Forschungsarbeiten aus dem Jahr 2021 brachten das Azorenhoch auch mit dem Sommermonsun in Indien in Verbindung.

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Der Mensch als Akteur bei der Beendigung der afrikanischen Feuchtzeit

Der Mensch als Akteur bei der Beendigung der afrikanischen Feuchtzeit

Der Mensch ist für die Wüstenbildung in der Sahara verantwortlich: Soweit vorhanden, deuten die Beweise auf eine systematische Homogenisierung der Blumenzusammensetzung der letzten AHP-Landschaften hin, die mit der Ausbreitung von Sträuchern und geringeren Niederschlägen einhergeht. Die Wahl des Lebensunterhalts richtete sich nach den ökologischen Bedingungen, und die frühen Hirtenwirtschaften entwickelten sich vor dem Hintergrund eines zunehmend trockeneren Klimas. Da der Mensch anderswo auf der Welt nachweislich erheblichen Druck auf die NPP prähistorischer und historischer Landschaften ausübte, ist es denkbar, dass er auch Katalysator für die Beschleunigung der Devegetation in der Sahara am Ende der AHP war. Dies wiederum hätte die Albedo und die Staubbindung erhöht und die Konvektion des Binnenmonsuns verzögert, was die Viehzüchter in neue Gebiete getrieben hätte, um den Zyklus erneut zu beginnen. Das neolithische Streben nach einer Maximierung der AKP könnte die letzten Nägel in den Sarg der NPP geschlagen haben, und die Wüstenbildung in der Sahara war das Endergebnis des kumulativen Prozesses.

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Globale hydroklimatologische Telekonnektionen infolge der Abholzung tropischer Wälder

Globale hydroklimatologische Telekonnektionen infolge der Abholzung tropischer Wälder

Großräumige Fernwirkungen: Hier wird gezeigt, dass die Abholzung tropischer Regionen die Niederschläge in mittleren und hohen Breiten durch hydrometeorologische Telekonnektionen erheblich beeinflusst. Insbesondere wird festgestellt, dass die Abholzung von Amazonien und Zentralafrika die Niederschläge im unteren Mittleren Westen der USA im Frühjahr und Sommer und im oberen Mittleren Westen der USA im Winter bzw. Frühjahr stark reduziert, wenn Wasser für die landwirtschaftliche Produktivität in diesen Regionen entscheidend ist. Die Entwaldung in Südostasien wirkt sich am stärksten auf China und die Balkanhalbinsel aus. […] Die kombinierte Wirkung der Abholzung dieser drei tropischen Regionen führt zu einem erheblichen Rückgang der Winterniederschläge in Kalifornien

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Großflächige Aufforstung in semiariden Gebieten kann das Niederschlags- und Kohlenstoffbindungspotenzial erhöhen

Großflächige Aufforstung in semiariden Gebieten kann das Niederschlags- und Kohlenstoffbindungspotenzial erhöhen

Mehr Wälder, mehr Regen: …dass die Umsetzung der gemessenen Merkmale eines erfolgreichen semi-ariden Aufforstungssystems (2000 ha, ~300 mm mittlerer Jahresniederschlag) auf große Gebiete (~200 Mio. ha) mit ähnlichen Niederschlagsmengen in der Sahelzone und in Nordaustralien zu einer Abschwächung und Verlagerung regionaler Tiefdruckgebiete führt, die das Eindringen von Feuchtigkeit und den Niederschlag verstärken (+0,8 ± 0,1 mm d-1 über der Sahelzone und +0,4 ± 0,1 mm d-1 über Nordaustralien) und dabei Gebiete beeinflussen, die größer sind als die ursprüngliche Aufforstung. Diese Effekte stehen im Zusammenhang mit einer zunehmenden Wurzeltiefe und Oberflächenrauhigkeit sowie mit einer abnehmenden Albedo. Dies führt zu einer erhöhten Evapotranspiration, einer Abkühlung der Oberfläche und einer Veränderung des Temperaturgradienten in Breitenrichtung. Es wird geschätzt, dass das Kohlenstoffbindungspotenzial einer solchen großflächigen  Aufforstung in semi-ariden Gebieten in der Größenordnung von ~10 % der globalen Kohlenstoffsenke der Landbiosphäre liegen kann und alle biogeophysikalischen Erwärmungseffekte innerhalb von ~6 Jahren ausgleichen würde.

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Management von fliegenden Flüssen durch intelligente grenzüberschreitende Aufforstung

Management von fliegenden Flüssen durch intelligente grenzüberschreitende Aufforstung

Anerkennung von fliegenden Flüssen: Angesichts der Szenarien für das Bevölkerungswachstum in der Stadt könnte die Erhöhung der erneuerbaren Wasserressourcen durch intelligente Aufforstung 22-59 % des zusätzlichen Bedarfs bis 2030 decken. Aufbauend auf den Ergebnissen plädieren wir für eine systematischere Berücksichtigung der Verbindungen zwischen den fliegenden Flüssen in den Regionen bei der Aufforstung und der Raumplanung für zukünftige Herausforderungen.

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Neue Definitionen für Feuchtigkeitsrecycling und die Beziehung zu Landnutzungsänderungen in der Sahelzone

Neue Definitionen für Feuchtigkeitsrecycling und die Beziehung zu Landnutzungsänderungen in der Sahelzone

Evapotranspiration: In der Sahelzone scheint die Wiederverwertung von Feuchtigkeit durch Evapotranspiration für mehr als 90 % der Niederschläge verantwortlich zu sein. Folglich gibt es einen wichtigen Rückkopplungsmechanismus zwischen Landnutzung und Klima, der unmittelbare Auswirkungen auf die Bewirtschaftung der natürlichen Ressourcen hat.

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Niederschlagsgebiete in Megastädten zeigen, dass die Herausforderungen der Wassersicherheit eng miteinander verbunden sind

Niederschlagsgebiete in Megastädten zeigen, dass die Herausforderungen der Wassersicherheit eng miteinander verbunden sind

Megastädte sind von der Evapotranspiration windabwärts abhängig: Unsere Ergebnisse zeigen, dass 19 von 29 Megastädten für mehr als ein Drittel ihrer Wasserversorgung von der Verdunstung vom Land abhängen. Wir zeigen auch, dass für viele der Megastädte die Abhängigkeit von der terrestrischen Verdunstung in trockenen Jahren höher ist. Diese hohe Abhängigkeit von der terrestrischen Verdunstung für ihren Niederschlag setzt diese Städte potenziellen Landnutzungsänderungen aus, die die Verdunstung, die den Niederschlag erzeugt, verringern könnten. […] zeigt vier besonders anfällige Megastädte (Karachi, Shanghai, Wuhan und Chongqing). Weitere sechs Megastädte wurden im Hinblick auf ihre Wasserversorgung als mittel anfällig eingestuft.

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Nichtlokale Effekte dominieren die Reaktion der globalen mittleren Oberflächentemperatur auf die biogeophysikalischen Auswirkungen der Entwaldung

Nichtlokale Effekte dominieren die Reaktion der globalen mittleren Oberflächentemperatur auf die biogeophysikalischen Auswirkungen der Entwaldung

Nichtlokale Auswirkungen: Die Entwaldung beeinflusst die Oberflächentemperatur am Ort der Entwaldung (lokale Effekte) und an anderen Orten (nicht-lokale Effekte). […] Anhand von Simulationen in einem Klimamodell zeigen wir, dass entwaldungsbedingte Veränderungen der Helligkeit der Oberfläche die Oberflächentemperatur hauptsächlich nichtlokal beeinflussen und daher in beobachtungsbasierten Datensätzen weitgehend übersehen werden können. Die Simulationen zeigen, dass die nichtlokalen Effekte einen größeren Einfluss auf die globale durchschnittliche Oberflächentemperatur haben als die lokalen Effekte, unabhängig davon, wie viel Fläche abgeholzt wird und auf welchem Breitengrad die Abholzung stattfindet.

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Analyse von Niederschlagseinzugsgebieten zum Verständnis der Anfälligkeit von regenabhängigen Regionen

Analyse von Niederschlagseinzugsgebieten zum Verständnis der Anfälligkeit von regenabhängigen Regionen

Konzept von Niederschlagseinzugsgebieten, definiert als die Atmosphäre und Oberfläche im Aufwind, die zur Verdunstung des Niederschlags an einem bestimmten Ort beiträgt:

Wir veranschaulichen die Bedeutung der Landbedeckung in Niederschlagseinzugsgebieten im Aufwind für die Aufrechterhaltung der Niederschläge in kritisch wasserbelasteten Gebieten im Abwind, insbesondere in landwirtschaftlichen Trockengebieten. […] Diese Arbeit zeigt, dass scheinbar getrennte Teile des biophysikalischen Systems der Erde mit ihren sozialen Systemen verbunden sind. Unsere Ergebnisse und Analysen deuten darauf hin, dass die Ernährungssicherheit in einigen der wasserärmsten landwirtschaftlichen Regionen der Welt sehr empfindlich auf weit entfernte Veränderungen der Bodenbedeckung reagieren könnte.

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Das weit verbreitete Potenzial von Wäldern zur Erhöhung der Wolkenbedeckung in niedriger Höhe

Das weit verbreitete Potenzial von Wäldern zur Erhöhung der Wolkenbedeckung in niedriger Höhe

Wälder und ihre Auswirkungen auf tief liegende Wolken:

Eine Veränderung der Waldbedeckung kann jedoch durch biophysikalische Effekte weitere Auswirkungen auf das Klimasystem haben. Ein solcher Effekt, der nur selten untersucht wird, ist die Frage, wie die Aufforstung das Wolkenregime verändern kann, was sich möglicherweise auf den Wasserkreislauf, den Strahlungshaushalt der Oberfläche und die planetarische Albedo selbst auswirkt. In diesem Beitrag wird eine globale Bewertung dieses Effekts anhand von Satellitenbeobachtungen vorgenommen. Wir zeigen, dass die Aufforstung in 67 % der untersuchten Gebiete weltweit die Bewölkung in niedriger Höhe erhöhen würde, was eine kühlende Wirkung auf den Planeten haben dürfte. Außerdem zeigen wir eine Abhängigkeit dieses Effekts von der Waldart, insbesondere in Europa, wo Nadelwälder mehr Wolken erzeugen als Laubwälder.

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Was passiert, wenn das Wasser ausgeht

Was passiert, wenn das Wasser ausgeht

ORF.at: „Wasser gilt als der Blutkreislauf der Biosphäre. Bis vor Kurzem ging die Wissenschaft noch davon aus, dass ausreichend Süßwasser zur Verfügung steht. Eine Neubewertung dieser planetaren Grenze zeigt jedoch, dass die menschlichen Eingriffe bereits tiefgreifender sind als gedacht. Ungewöhnlich trockene Böden sind auch in Österreich zunehmend an der Tagesordnung – und schaden damit dem Klima nachhaltig.“

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Italiens größter Fluss trocknet aus. Dürre auf dem Vormarsch

Italiens größter Fluss trocknet aus. Dürre auf dem Vormarsch

Früher traf es Afrika mit schweren Dürren. Jetzt erreicht es den Norden Italiens. Der Pegel 7 Meter unter Normalnull. 160 statt 150-2000 Kubikmeter pro Sekunde Ausfluss. Salzwasser was ins Flussbett 20 Kilometer ins Landesinnere eindringt. In der Landwirtschaft drohen große Schäden, am Gardasee tobt Streit ums Wasser. Priester beten für Regen…

Eine Entwicklung, die auch Deutschland in wenigen Jahren treffen könnte? Auch wenn es nicht so scheint, im regenreichen Deutschland – aber der Trend ist meiner Meinung nach eindeutig. Siehe Dürremonitor oder Grundwasserwarnungen.Es wird allerallerhöchste Zeit unseren Umgang mit Wasser zu verändern! Ein Paradigmenwechsel ist notwendig! Wasser in der Land(wirt)schaft halten muss unser Ziel sein – nicht mehr mit Drainagen, Gräben, Kanalisation so schnell wie möglich beseitigen!

Siehe unsere Aktivitäten im Projekt Klima-Landschaften und Climate Landscapes!

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Verschiebungen in der regionalen Wasserverfügbarkeit durch die globale Aufforstung

Verschiebungen in der regionalen Wasserverfügbarkeit durch die globale Aufforstung

Die Natur ist unglaublich komplex. Ich bin generell der Meinung, dass wir die natürlichen Systeme so weit wie möglich imitieren sollten. In einer Studie über die Verschiebung der regionalen Wasserverfügbarkeit durch die weltweite Wiederaufforstung von Bäumen kommen die Autoren zu dem Schluss:

Eine großflächige Ausdehnung der Baumbestände kann die Wasserverfügbarkeit in einigen Regionen um bis zu 6 % erhöhen, während sie in anderen Regionen um bis zu 38 % abnimmt. Die Auswirkungen auf große Flusseinzugsgebiete sind unterschiedlich: Einige Flüsse könnten aufgrund erhöhter Verdunstung 6 % ihres Wasserdurchflusses verlieren, während bei anderen Flüssen die höhere Verdunstung durch eine stärkere Wiederverwendung von Feuchtigkeit ausgeglichen wird.

Schwierige Frage: Sollten wir die Anpflanzung von Wäldern dort in Betracht ziehen, wo vorher Wälder waren, auch wenn die Wasserverfügbarkeit (nach den Modellen) abnimmt? Was sind weitere Auswirkungen von gepflanzten Wäldern? Mehr Feuchtigkeit in der Luft, mehr Wasserzirkulation, mehr Niederschlag an anderer Stelle?

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Wiederaufforstung muss einen Kompromiss zwischen Umwelt- und Holzproduktionszielen finden

Wiederaufforstung muss einen Kompromiss zwischen Umwelt- und Holzproduktionszielen finden

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Wiederaufforstung einheimischer Wälder Vorrang haben sollte, um den größten Nutzen für Klima und Umwelt zu erzielen. Diese Vorteile stehen jedoch in einem Spannungsverhältnis zur Holzproduktion im Vergleich zu Baumplantagen.

Das schnellere Wachstum von Bäumen in Plantagen, die für die Holz- oder Zellstoffproduktion bewirtschaftet werden, führt zu einer größeren Wasseraufnahme aus dem Boden, wodurch weniger Wasser für die Auffüllung der Grundwasserreserven übrig bleibt, die die Wasserläufe versorgen, insbesondere in trockeneren Gebieten. Erschwerend kommt hinzu, dass die Bäume in solchen Plantagen in der Regel häufiger geerntet werden als in einheimischen Wäldern, was zu einer stärkeren Störung des Bodens und einer schlechteren Regulierung des Wasserflusses führt.

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Doku: Unser Wasser – Faszinierende Wunderwelten

Doku: Unser Wasser – Faszinierende Wunderwelten

Sehr eindrucksvolle Aufnahmen rund um die große Problematik des schwindenden Wassers: „Wasser ist die Voraussetzung für Leben. Ein paar winzige Tropfen reichen bereits aus um eine vertrocknete Wüste wieder neu erblühen zu lassen. Auch bei der Entstehung von frühen Zivilisationen spielte Wasser eine wichtige Rolle. Die Kontrolle der Ressource verschaffte dem Menschen klare Vorteile. Doch der Zugang zu sauberem Wasser wird immer schwieriger, die Angst um die Ressource größer. – Eine Dokumentationsreihe auf den Spuren unserer Beziehung zum „blauen Gold“.“

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