Mittwoch, 20. April 2016

Auswirkungen von Bewässerungslandwirtschaft auf das Klima

     Forscher des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) zeigen in einer neuen Studie, dass künstliche Bewässerung nicht nur lokale Auswirkungen auf das Klima hat, sondern auch entfernt liegende Regionen beeinflusst. Ihre Ergebnisse wurden gerade in Geophysical Research Letters veröffentlicht.
Während in trockenen Regionen die künstliche Bewässerung oft die einzige Möglichkeit darstellt, um Landwirtschaft zu betreiben, werden in feuchtgemäßigten Klimabereichen die landwirtschaftlichen Flächen zusätzlich bewässert, um die Erträge zu steigern. Je nach vorherrschendem Klima variieren die Techniken und Methoden zur Bewässerung: von der Anstauung des Wassers auf Flächen (wie beispielsweise im Reisanbau) bis hin zur punktgenauen Ausbringung des Wassers durch Schläuche und Düsen.

Der Einfluss von Bewässerungsanlagen auf das lokale Klima wurde bereits in vielen Studien untersucht. Die große Menge an Wasser, die durch Verdunstungsprozesse in die Atmosphäre abgegeben wird, weist bereits darauf hin, dass Bewässerung auch auf das globale Klima einen Einfluss haben muss. Allerdings haben bisher nur wenige Studien die Folgen auf einer globalen Skala untersucht. Dr. Philipp de Vrese, Dr. Stefan Hagemann und Prof. Martin Claußen, alle Wissenschaftler in der Abteilung “Land im Erdsystem“ am MPI-M, untersuchten nun zum ersten Mal, welche Auswirkungen die in Asien genutzte künstliche Bewässerung auf andere Regionen hat. Sie nutzten hierfür das Zirkulationsmodell des MPI-M, das mit dem Landmodell JSBACH gekoppelt wurde. Für die Simulationen wurde in das Landmodell ein Bewässerungsschema integriert. Die Autoren legten ihren Fokus vor allem auf die Bewässerungslandwirtschaft in Südasien, weil sich dort, u.a. durch den Reisanbau, der weltweit größte Anteil an Bewässerungsanlagen befindet.

Sie fanden heraus, dass Bewässerung unmittelbar das Klima in Entfernungen von mehreren tausend Kilometern beeinflussen kann. Die Auswirkungen der Bewässerung in Asien treten nicht nur lokal auf, sondern schaffen sogar den interkontinentalen Sprung über das Meer nach Afrika. Bis zu 40 % des heutigen Niederschlags in bestimmten ariden Gebieten Ostafrikas stehen in Zusammenhang mit der Bewässerungslandwirtschaft in Asien.


Zugrundeliegende Mechanismen – Wie kann Bewässerung in Asien den Regen in Ostafrika beeinflussen?
Die Autoren untersuchten die hierfür verantwortlichen Mechanismen und konnten die Advektion von Wasserdampf sowie die Veränderung des Asiatischen Monsuns durch die Bewässerung als Schlüsselmechanismen ausmachen. Der Wasserdampf stammt von der durch Bewässerung erhöhten Evapotranspiration. Der Begriff bezeichnet die Summe aus Transpiration von Wasser über die Blattflächen der Pflanzen und Evaporation, also die Verdunstung von Wasser über Wasseroberflächen und Böden.


Zu Beginn des Frühlings auf der nördlichen Halbkugel (Februar – März) ist der Feuchtestrom, der von der Verdunstung aus Bewässerungsanlagen in Südasien hervorgerufen wird, bereits hoch. Durch die daraus entstehende Evapotranspiration steigt die Luftfeuchtigkeit an. Während dieser Zeit bewegen sich die bodennahen Winde des Arabischen Meeres in südwestliche Richtung. Daher strömt ein großer Teil des atmosphärischen Wasserdampfes, der aus Bewässerungsanlagen in Südasien stammt, über das Arabische Meer zu Afrikas Ostküste, wo er die Luftfeuchtigkeit deutlich erhöht. Zum Ende des Frühlings (April-Mai) versiegt aufgrund drehender Winde der Feuchtestrom aus Asien. Dafür wird Wasserdampf von Gebieten im Mittleren Osten vermehrt nach Ostafrika transportiert. Der Anstieg an Wasserdampf in der Atmosphäre führt zu vermehrtem Niederschlag. In manchen der trockneren Gebiete Ostafrikas entspricht dieser Anstieg des Niederschlags mehr als einem Drittel des simulierten Jahresniederschlags.

Darüber hinaus resultiert aus der Bewässerung in Asien eine Abschwächung des Monsuns, welcher im Sommer für einen Großteil des Niederschlages in Südostasien verantwortlich ist. So kann Bewässerung nicht nur zu einer Erhöhung des Niederschlages in entfernten Regionen führen, sondern diesen auch reduzieren.

Auswirkungen
Der vermehrte Niederschlag führt zu verstärkter Evapotranspiration und einer damit verbundenen Kühlung der Landoberfläche: Der zusätzliche Wasserdampf in der Atmosphäre beeinflusst die Wolkenbildung. Teilweise erhöht sich die mittlere Wolkenbedeckung in der unteren Troposphäre um mehr als 7,5 %, was die einfallende Sonnenstrahlung auf der Landoberfläche reduziert. Zusammen führen diese zwei Effekte in den betroffenen Gebieten zu einer Abkühlung der Landoberfläche von bis zu 0,5 Grad Celsius.


Die Abschwächung des Monsuns reduziert den Niederschlag in einigen Gebieten Südostasiens, was zu verringerter Evapotranspiration und der damit verbundenen Abkühlung der Erdoberfläche führt. Dies kann in einigen Fällen den Niederschlag im Sommer um bis zu 2 mm pro Tag verringern und zu einem Temperaturanstieg von bis zu 2° C führen.


Fazit
Die Autoren haben ihre Untersuchung der Auswirkungen auf Gebiete in Ostafrika, Südostasien und das südliche China eingeschränkt, da die zugrundeliegenden Mechanismen hier am deutlichsten sichtbar sind. Allerdings deuten die durchgeführten Simulationen darauf hin, dass die Effekte auch in anderen Regionen auftreten können. Zum Beispiel gelangt Wasserdampf von Bewässerungsgebieten durch Advektion nach Russland, wo es das bodennahe Klima beeinflusst, und die Bewässerung in Südeuropa hat vermutlich starke Auswirkungen auf den Feuchtegehalt der Atmosphäre und die Temperaturen in Westeuropa und Skandinavien.


Selbst wenn die Bewässerungstechniken in Zukunft wesentlich effizienter gestaltet werden, steigt der für die künstliche Bewässerung benötigte Wasserbedarf bis 2050 (im Vergleich zum Jahr 2000) vermutlich um 50 % an, da sich die Bewässerungslandwirtschaft dem steigenden Lebensmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung anpassen muss.


Während die künstliche Bewässerung, durch die Umverteilung von Wasser, ihrerseits Auswirkungen auf den Wasserkreislauf und den Energiehaushalt der Landoberfläche hat, wird sie selbst durch Klimaänderungen und abnehmende Frischwasserressourcen beeinflusst. Es ist wahrscheinlich, dass ein zukünftiger Ausbau oder ein Rückgang der bewässerten Gebiete – durch die steigende Lebensmittelnachfrage oder abnehmende Trinkwasserressourcen – auch den Niederschlag und die Temperaturen anderer Gebiete, die vom Verursachungsort entfernt liegen, beeinflussen wird.

Originalveröffentlichung
Philipp de Vrese, Stefan Hagemann, Martin Claussen (2016). Asian Irrigation, African Rain: Remote Impacts of Irrigation. Geophysical Research Letters. doi: 10.1002/2016GL068146

Dr. Annette Kirk KommunikationMax-Planck-Institut für Meteorologie



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