Risiken für Ernten: Globale Hitzewellen könnten mehrere Kornkammern der Welt gleichzeitig treffen

Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung

09.12.2019

PIK Potsdam

Bestimmte Muster im Jetstream – einem die Erde umzirkelnden Höhenwind – können gleichzeitige Hitzewellen in die Weltregionen bringen, die für bis zu einem Viertel der globalen Nahrungsmittelproduktion verantwortlich sind. Besonders anfällig sind der Westen Nordamerikas und Russlands, Westeuropa und die Ukraine. Extreme Wetterereignisse in diesem Ausmaß können die weltweite Nahrungsmittelproduktion erheblich beeinträchtigen und damit die Preise in die Höhe treiben. Die letzten Jahre haben gezeigt, dass starke Preissteigerungen bei Lebensmitteln mit sozialen Unruhen verbunden sein können.

In einer neuen Studie in Nature Climate Change zeigen Kai Kornhuber vom Earth Institute in New York und ein internationales Team, wie spezifische Wellenmuster im Jetstream die Wahrscheinlichkeit gleichzeitig auftretender Hitzewellen in wichtigen Anbauregionen Nordamerikas, Westeuropas und Asiens stark erhöhen. Ihre Forschungsergebnisse zeigen, dass diese gleichzeitigen Hitzewellen die Nahrungsmittelproduktion in diesen Regionen signifikant reduzieren können, was das Risiko mehrfacher Ernteausfälle und anderer weitreichender gesellschaftlicher Folgen nach sich zieht.

„Ein zwanzigfach erhöhtes Risiko“

„Wir haben eine bislang unterschätzte Anfälligkeit des Nahrungsmittelsystem entdeckt: Wenn diese Muster im Jetstream weltweit auftreten, haben wir ein zwanzigfach erhöhtes Risiko für gleichzeitige Hitzewellen in wichtigen Anbaugebieten“, sagte Kornhuber, der auch Gastwissenschaftler am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) ist. „Eigentlich ist die Zirkulation des Jetstream chaotisch, aber bei derartigen Ereignissen ergibt sich tatsächlich eine globale Ordnung.“

Der Westen Nordamerikas, Westeuropa und der Raum am Kaspischen Meer sind besonders anfällig für diese atmosphärischen Wellenmuster, die Hitzegebiete und Dürren an einem Ort festhalten – mit fatalen Folgen für die Ernteerträge. „Das Bedrohliche an diesen Mustern ist das zeitlich synchronisierte Auftreten von Extremen mit potentiellen Auswirkungen auf die globale Nahrungsmittelsicherheit“, so Kornhuber.

„Normalerweise geht man davon aus, dass geringe Ernteerträge in der einen Region durch gute Ernteerträge in einer anderen Region ausgeglichen werden. Aber diese planetaren Wellen können zu Ernteeinbußen in mehreren wichtigen Kornkammern gleichzeitig führen – mit entsprechenden Risiken für die globale Nahrungsmittelversorgung“, sagt Dim Coumou vom Institut für Umweltstudien der Freien Universität Amsterdam und dem PIK.

Auch nicht direkt betroffene Regionen könnten Preissteigerungen erleben

„Die Hitzewellen werden künftig durch die menschengemachte globale Erwärmung häufiger gleichzeitig verschiedene Gegenden über den Globus verteilt treffen, und sie werden auch noch heftiger werden“, fügt Jonathan Donges, Ko-Autor und Ko-Leiter des PIK FutureLabs ‚Erdsystemresilienz im Anthropozän‘ hinzu. „Das wirkt sich unter Umständen nicht nur auf die Nahrungsmittelverfügbarkeit in den direkt betroffenen Regionen aus. Sogar entlegenere Regionen können in der Folge von Knappheiten und Preissteigerungen betroffen sein.“

„In Jahren, in denen dieses verstärkte Muster der planetaren Wellen in zwei oder mehr Sommerwochen zu beobachten war, sank die Getreideproduktion in einzelnen Regionen um mehr als 10% ab. Im Durchschnitt über alle betroffenen Anbaugebiete hinweg sank sie um 4% ab“, sagt Elisabeth Vogel, Ko-Autorin von der Melbourne University.

Radley Horton vom Lamont Doherty Earth Observatory der Columbia University fügt hinzu: „Wenn Klimamodelle nicht in der Lage sind, diese Wellenmuster abzubilden, können Risikomanager wie Rückversicherer und Ernährungssicherheitsexperten das nicht richtig in ihre Analysen der gleichzeitig auftretenden Hitzewellen und ihrer Auswirkungen in einem sich erwärmenden Klima einbeziehen.“ Künftige Forschung muss auch die Anfälligkeit der globalen Pflanzenproduktion und des internationalen Agrarhandels bei gleichzeitigen Extremwetterlagen in großen Anbauregionen untersuchen.

Kornhuber fasst zusammen, dass ein gründliches Verständnis der Faktoren, die dieses Jetstream-Verhalten antreiben, letztendlich die saisonalen Vorhersagen der landwirtschaftlichen Produktion auf globaler Ebene verbessern könnte, und ebenso die Risikobewertungen von Ernteausfällen über mehrere wichtige Anbauregionen hinweg.

Artikel: Kai Kornhuber, Dim Coumou, Elisabeth Vogel, Corey Lesk, Jonathan F. Donges, Jascha Lehmann, Radley Horton (2019): Amplified Rossby waves enhance risk of concurrent heatwaves in major breadbasket regions. Nature Climate Change [DOI 10.1038/s41558-019-0637-z]

Weblink zum Artikel: https://www.nature.com/articles/s41558-019-0637-z

Weblink zu einem Erklärvideo zu den Planetaren Wellen (auf Englisch): https://www.youtube.com/watch?v=MzW5Isbv2A0

Vorherige Forschungsarbeiten zum Phänomen der Planetaren Wellen von PIK-Forschenden:

  • Kai Kornhuber, Scott Osprey, Dim Coumou, Stefan Petri, Vladimir Petoukhov, Stefan Rahmstorf, Lesley Gray (2019): Extreme weather events in early summer 2018 connected by a recurrent hemispheric wave-7 pattern. Environmental Research Letters, Volume 14, Number 5. [DOI: 10.1088/1748-9326/ab13bf] (unsere Pressemitteilung hier)
  • Michael E. Mann, Stefan Rahmstorf, Kai Kornhuber, Byron A. Steinman, Sonya K. Miller, Stefan Petri, Dim Coumou (2018): Projected changes in persistent extreme summer weather events: The role of quasi-resonant amplification. Science Advances, Vol. 4, no. 10  [DOI: 10.1126/sciadv.aat3272] (unsere Pressemitteilung hier)
  • Dim Coumou, Giorgia Di Capua, Steven Vavrus, L. Wang, S. Wang (2018): The influence of Arctic amplification on mid-latitude summer circulation. Nature Communications [DOI:10.1038/s41467-018-05256-8] (unsere Pressemitteilung hier)

 

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Planetare Grenzen: Wechselwirkungen im Erdsystem verstärken menschgemachte Veränderungen

Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung

17.12.2019

PIK Potsdam

Veränderungen in verschiedenen Bereichen unseres Erdsystems summieren sich nicht einfach – sie können sich wechselseitig verstärken. Das Überschreiten der planetaren Belastungsgrenze in einem Bereich kann den vom Menschen verursachten Druck auf andere planetare Grenzen erhöhen. Zum ersten Mal hat ein internationales Forscherteam nun einige der planetaren Wechselwirkungen im Erdsystem beziffert. Biophysikalischen Interaktionen haben die direkten menschlichen Auswirkungen auf die neun planetaren Grenzen fast verdoppelt, vom Klimawandel bis zur Süßwassernutzung. Diese Erkenntnisse können jetzt für die Entwicklung von Politikmaßnahmen zur Sicherung der Lebensgrundlagen kommender Generationen genutzt werden.

„Unsere Forschung hat gezeigt, dass zwischen den einzelnen planetaren Grenzen sehr enge Wechselwirkungen bestehen“, sagt Johan Rockström, Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und Mitautor der Studie. Zwei fundamentale Aspekte, nämlich Klimawandel und die so genannte Integrität der Biosphäre, der Erhalt der Natur, sind für mehr als die Hälfte der kombinierten Wirkungen in diesem Netzwerk verantwortlich, so die Wissenschaftler. „Das zeigt, wie fatal eine Destabilisierung dieser beiden sein kann“, sagt Rockström. „Die daraus resultierenden Kaskaden und Rückkopplungen verstärken die menschgemachten Veränderungen des Erdsystems und verkleinern damit den sicheren Handlungsraum für unsere Kinder und Enkelkinder.“

Das Abbrennen von Tropenwäldern zur Vergrößerung landwirtschaftlicher Nutzflächen erhöht beispielsweise den CO2-Gehalt in der Atmosphäre. Die zusätzlichen Treibhausgase tragen zum globalen Temperaturanstieg bei – und so wird der Schaden für die Wälder zum Schaden auch für die Klimastabilität. Der Temperaturanstieg kann wiederum den Druck auf die Tropenwälder und die Landwirtschaft weiter erhöhen. Die daraus resultierende Verstärkung der Effekte ist erheblich. Dabei wurden mögliche Kipppunkte in der Untersuchung außen vor gelassen. Diese bedeuten zusätzliche Risiken: Ab einer bestimmten Schwelle könnte sich der Amazonas-Regenwald nicht-linear und relativ rasch verändern.

Die neue Studie baut auf den bahnbrechenden Studien zum Konzept der planetaren Grenzen auf, die 2009 und 2015 erschienen. Hier wurden neun kritische Systeme identifiziert, die den Zustand des Planeten regulieren: Klimawandel, biogeochemische Ströme (insbesondere von Stickstoff und Phosphor), Landnutzungsänderungen, Süßwassernutzung, Aerosolbelastung, Ozonabbau, Versauerung der Ozeane, Verlust der Biosphärenintegrität einschließlich der biologischen Vielfalt, und Einführung neuartiger Substanzen wie toxischer Chemikalien und Kunststoffe. Die Art und Weise, wie man innerhalb der planetarischen Grenzen bleibt, ist von Ort zu Ort auf der Erde verschieden, so dass die jetzt vorliegenden Berechnung und die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Grenzen nicht unmittelbar in politische Maßnahmen umgesetzt werden können. Aber die Berechnungen bieten eine Orientierung.

„In unseren Forschungsergebnissen steckt eine gute Nachricht für Entscheider in der Politik“, schließt Rockström, „Wenn wir den Druck auf eine planetare Grenze reduzieren, wird dies in vielen Fällen auch den Druck auf andere planetare Grenzen verringern. Nachhaltige Lösungen können einander verstärken – das kann eine echte Win-Win-Situation sein.“

Artikel: Steven J. Lade, Will Steffen, Wim de Vries, Stephen R. Carpenter, Jonathan F. Donges, Dieter Gerten, Holger Hoff, Tim Newbold, Katherine Richardson, Johan Rockström (2019): Earth system interactions amplify human impacts on planetary boundaries. Nature Sustainability. [DOI 10.1038/s41893-019-0454-4]

Weblink zum Artikel: https://www.nature.com/articles/s41893-019-0454-4

Vorherige Forschung zu diesem Thema:

Planetary Boundaries: Guiding human development on a changing planet (2015, Science)
https://www.pik-potsdam.de/aktuelles/pressemitteilungen/vier-von-neun-planetaren-grenzen201d-bereits-ueberschritten?set_language=de

„Planetary Boundaries: A Safe Operating Space for Humanity“ (2009, Nature)
https://www.pik-potsdam.de/aktuelles/pressemitteilungen/archiv/2009/planetarische-grenzen-ein-sicherer-handlungsraum-fuer-die-menschheit?set_language=de

 

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