Framework hilft lokalen Planern, sich auf Klimabelastungen für Lebensmittel-, Energie- und Wassersysteme vorzubereiten

Da die Welt mit immer extremeren und häufigeren Wetterereignissen konfrontiert ist, die durch den Klimawandel verursacht werden – wie Dürren, Überschwemmungen, Hitzewellen und Waldbrände –, werden kritische zivile Ressourcen wie Nahrung, Wasser und Energie beeinträchtigt. Lokale und regionale Planer müssen diese Auswirkungen antizipieren und bewerten, welche Maßnahmen zur Vorbereitung ergriffen werden können.

Jetzt hat ein multidisziplinäres, multiinstitutionelles Forscherteam einen detaillierten Rahmen erstellt, um diesen Planern eine Anleitung zu geben. Nach zwei Jahren intensiver Konsultationen mit Interessenvertretern in verschiedenen betroffenen Gemeinden hat das Team eine Reihe von Analyseinstrumenten entwickelt, mit denen die Arten von Ressourcenbelastungen prognostiziert werden können, die in den nächsten Jahrzehnten auftreten könnten – und wie man am besten damit umgehen kann ihnen.

Das von ihnen entwickelte „Toolkit“ namens the C-FEWS-Framework (für Climate-duced extremes on Food, Energy and Water Systems) wird in einer Reihe von Artikeln in einer Sonderausgabe von veröffentlicht Grenzen in der Umweltwissenschaft. Charles Vörösmarty, Professor für Umweltwissenschaften an der City University of New York, ist Hauptautor des Einführungspapiers, das dieses neue Framework beschreibt, und Jerry Melillo, angesehener Wissenschaftler am Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, Mass., ist Zweiter Autor. Das Projekt wurde von der National Science Foundation finanziert.

Die Arbeit konzentriert sich auf zwei spezifische US-Regionen, den Nordosten und den Mittleren Westen, die zusammen etwa 40 Prozent der Bevölkerung und des BIP der Nation ausmachen. Melillo sagt, dass wir bei der Entwicklung des Rahmens „eine Reihe von Treffen mit regionalen Interessengruppen abgehalten haben, um ein Gefühl dafür zu entwickeln, was ihnen wirklich wichtig ist, und dann zu sehen, wie unser Modellierungsrahmen verwendet werden kann, um ihnen zu helfen, diese Probleme zu durchdenken .“

Der Rahmen „bietet eine Anleitung für die Bewertung von Optionen und das Treffen von Entscheidungen in Bezug auf spezifische lokale Bedingungen“, erklärt Melillo. „Uns interessiert besonders, wie die Menschen in diesen beiden US-Regionen angesichts ihrer unterschiedlichen Interessen auf den Klimawandel reagieren – und der Fokus lag auf dem Zusammenhang von Nahrung, Energie und Wasser.“

Eine Katastrophe betrifft viele miteinander verbundene Systeme

Drei kritische Bedürfnisse – Nahrung, Energie und Wasser – wirken bei einer Katastrophe oft zusammen, erschweren die Planung, werden aber bei der Entwicklung von Richtlinien und Notfallplänen oft getrennt behandelt. Ein Teil der Motivation für diese Arbeit bestand darin, Menschen mit Fachwissen in verschiedenen Bereichen zusammenzubringen, um auf ein integrierteres Verständnis der Herausforderungen und potenziellen Lösungen hinzuarbeiten.

„Es ist nicht schwer zu erkennen, dass es Schnittmengen zwischen Nahrung, Energie und Wasser gibt, die zu Engstellen oder Einschränkungen im Verhalten eines Teils des Systems gegenüber einem anderen führen könnten“, sagt Vörösmarty. „Wir müssen uns ansehen, wie diese Systeme interagieren, wenn sie alle gleichzeitig von diesen Klimaänderungen getroffen werden.“

Das Team untersuchte zwei große Kategorien von Infrastruktursystemen, die von Wetterextremen betroffen sind: „graue“ Infrastruktur, darunter Abwasser- und Wasserversorgungssysteme und Kraftwerke, und „grüne“ Infrastruktur wie Überschwemmungsgebiete, Ackerland und Wälder. Sie untersuchten die Daten der letzten 40 Jahre darüber, wie diese Systeme von Wetterextremen beeinflusst wurden, um ihre Modelle so zu kalibrieren, dass sie wahrscheinliche zukünftige Auswirkungen widerspiegeln.

Als Beispiele dafür, wie die neue Analyse funktioniert, betrachtete das Team mehrere spezifische Fälle. Eines befasste sich mit der Art und Weise, wie typische Kohle- oder Gaskraftwerke Flusswasser zur Kühlung nutzen. Wenn die Temperaturen steigen, wird das wärmere Wasser beim Kühlen weniger effizient und die Kraftwerksleistung sinkt – genau dann, wenn es für die Klimatisierung benötigt wird. Analysen zeigten jedoch, dass durch die Hinzufügung von Kühltürmen, die bereits in einigen Anlagen eingesetzt werden, dieser Wirkungsgradabfall nahezu eliminiert werden könnte.

Obwohl sich das globale Klima ändert, sind die Manifestationen dieser Veränderungen in ihrem Umfang national, wenn nicht regional, wenn nicht auf staatlicher Ebene“, sagt Vörösmarty. „Wir lernen, wie wir eine regionale Perspektive angehen, auf die wir uns konzentrieren diese Makro-Dynamik.

Im Mittelpunkt stehen die Veränderungen in den Wäldern des Mittleren Westens und Nordostens der letzten vier Jahrzehnte, die eine Reihe von Dienstleistungen erbringen, die den Energie- und Wasserhaushalt der beiden Regionen beeinflussen ein weiterer Artikel in dieser Sonderausgabe von Grenzen in der Umweltwissenschaft.

Diese Studie ergab, dass die Wälder dieser Regionen seit 1980 als Nettosenke für atmosphärischen Kohlenstoff fungierten; Die Bäume im Mittleren Westen speicherten mehr Kohlenstoff als die Bäume im Nordosten, aber beide trugen dazu bei, den Klimawandel abzuschwächen und neue Holzbiomasse für zukünftige Brennstoffe und Holzprodukte zu schaffen. Der Abfluss aus Wäldern lieferte während des Untersuchungszeitraums auch mehr als 4,6 Milliarden Kubikmeter Wasser für die potenzielle Nutzung durch den Menschen, wobei die Wälder im Nordosten etwa 2,4-mal mehr Wasser lieferten als die Wälder im Mittleren Westen.

Aber die Klimavariabilität, insbesondere beeinflusst durch Hitzewellen, wirkt sich auf die Fähigkeit dieser Waldökosysteme aus, CO2 zu binden und für Abfluss zu sorgen, berichtet die Studie, die von David Kicklighter, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter bei Melillo am MBL, geleitet wurde. Wenn Planer Strategien zur Klimastabilisierung, Energieerzeugung und Wassersicherheit entwickeln, „wird es daher wichtig sein zu berücksichtigen, wie die sich entwickelnde Waldinfrastruktur die Ökosystemleistungen und ihre Reaktion auf extreme Klimaereignisse im Laufe der Zeit verändert“, schreiben sie.

Ein anpassungsfähiger Rahmen

Die Autoren hoffen, dass diese Art der lokalisierten Analyse und Planung als Modell dienen kann, das an andere Regionen oder Nationen angepasst werden kann. Andere Artikel in dieser Sonderausgabe befassen sich mit dem klimabedingten Druck auf Nahrungs-, Energie- und Wassersysteme an anderen Orten wie Mexiko und Bangladesch.

„Was wir versuchen“, erklärt Melillo, „ist, politischen Entscheidungsträgern ein Werkzeug an die Hand zu geben, um quantitativ darüber nachzudenken, wie diese Systeme am besten verwaltet werden können, mit einem optimalen Ziel, unbeabsichtigte Folgen zu minimieren und beabsichtigte Folgen zu fördern … Wir versuchen es um ein klares Bild geeigneter politischer Hebel für dieses Management zu vermitteln.“