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24.03.2020

Treibhauseffekt und Emissionsszenarien Wie wirken sich Änderungen der Zusammensetzung unserer Atmosphäre auf das Klimageschehen aus?

SSP-, RCP- und SRES-Szenarien

Eine der gesellschaftlich relevantesten Aufgaben der Klimaforschung sind Berechnungen der möglichen Entwicklung des künftigen Klimas bei einer weiter ansteigenden Treibhausgas-Konzentration. Die zukünftigen Emissionen von anthropogenen Treibhausgasen sind von ökonomischen, sozialen und politischen Entwicklungen abhängig, die grundsätzlich nicht vorhersagbar sind. Die Klimaforschung geht daher von einer breiten Varianz von Annahmen über die künftige Entwicklung der Menschheit aus, aus denen sie eine vielfältige Palette von Emissionsszenarien ableitet, die wiederum die Grundlage für Projektionen über die künftige Klimaentwicklung bilden.

Die ursprünglichen IS92-Szenarien (IPCC-Szenarien von 1992) wurden im Jahr 2000 durch die sogenannten SRES-Szenarien (Special Report on Emissions Scenarios) ersetzt, die die möglichen Entwicklungen im 21. Jahrhundert in den Bereichen Bevölkerungswachstum, ökonomische und soziale Entwicklung, technologische Veränderungen, Ressourcen-Verbrauch und Umweltmanagement berücksichtigten. Die in die "Szenario-Familien" A1, B1, A2 und B2 unterteilten Klimaszenarien lagen sowohl dem 3. Bericht des Weltklimarats IPCC von 2001 als auch dem 4. Bericht von 2007 zugrunde. Für den 5. Bericht von 2013 wurden sogenannte „Repräsentative Konzentrationspfade“ (Representative Concentration Pathways - RCPs) entwickelt. Diese Szenarien leiteten den Strahlungsantrieb der zunehmenden Treibhausgaskonzentration nicht wie die SRES-Szenarien aus sozio-ökonomischen Faktoren ab, sondern legten bestimmte Änderung des Strahlungsantriebs bis 2100 gegenüber dem vorindustriellen Antrieb einfach fest. So steht RCP6.0 für einen zusätzlichen Strahlungsantrieb durch anthropogene Treibhausgase von 6,0 W/m2 im Jahre 2100 im Vergleich zu 1850.

Die ökonomische und gesellschaftliche Begründung für die RCP-Szenarien ist in den letzten Jahren durch die sogenannten SSP-Szenarien (Shared Socioeconomic Pathways, dt.: gemeinsame sozioökonomische Entwicklungspfade) ergänzt worden (Abram, N. et al., 2019). Sie stellen anders als die RCP-Szenarien und ähnlich wie die älteren SRES-Szenarien die globalen gesellschaftlichen, demographischen und ökonomischen Veränderungen in den Mittelpunkt und gehen bereits in die jüngste Modellgeneration CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) ein, die für den 6. Sachstandsbericht des Weltklimarats, der für 2021 geplant ist, verwendet wird.

Basis-Szenarien: Grundlinien sozioökonomischer Entwicklungen

Die SSP-Szenarien bestehen grundsätzlich aus zwei Arten von Szenarien. Die Basis-Szenarien stellen mögliche gesellschaftliche und ökonomische Entwicklungen dar, ohne neue klimapolitische Maßnahmen über die bereits bestehenden Maßnahmen hinaus. Die Klimaschutz-Szenarien (mitigation scenarios) beziehen eine potentielle zukünftige Klimapolitik mit ein.

Die Basis-Szenarien bestehen aus fünf sozioökonomischen Entwicklungspfaden (SSP1 bis SSP5), die in sogenannten Narrativen die wichtigsten sozioökonomischen, demographischen, technologischen, politischen, institutionellen und Lebensstil-Trends beschreiben (Riahi et al., 2017 und O’Neill et al., 2017).

  • SSP1: Der nachhaltige und grüne Weg. - Die Welt beschreitet allmählich einen nachhaltigen Pfad. Die globalen Gemeinschaftsgüter werden wichtig genommen und bewahrt, die Grenzen der Natur werden respektiert. Statt Wirtschaftswachstum steht zunehmend das menschliche Wohlbefinden im Fokus. Die Einkommensungleichheiten zwischen den Staaten und innerhalb der Staaten werden reduziert. Der Konsum orientiert sich an einem geringen Material- und Energieverbrauch.
  • SSP2: Der mittlere Weg. - Die bisherige Entwicklung setzt sich in die Zukunft fort. Die Entwicklungen beim Einkommen in den einzelnen Ländern gehen weit auseinander. Es gibt zwar eine gewisse Zusammenarbeit zwischen den Staaten, die jedoch nur geringfügig weiterentwickelt wird. Das globale Bevölkerungswachstum ist moderat und schwächt sich in der zweiten Jahrhunderthälfte ab. Umweltsysteme erfahren eine gewisse Verschlechterung.
  • SSP3: Regionale Rivalitäten. - Eine Wiederbelebung des Nationalismus und regionale Konflikte rücken globale Themen in den Hintergrund. Die Politik orientiert sich zunehmend an nationalen und regionalen Sicherheitsfragen. Investitionen in Bildung und technologische Entwicklung nehmen ab. Ungleichheiten nehmen zu. In einigen Regionen kommt es zu starken Umweltzerstörungen.
  • SSP4: Ungleichheit. - Die Kluft zwischen entwickelten Gesellschaften, die auch global kooperieren, und solchen, die auf einer niedrigen Stufe der Entwicklung mit niedrigem Einkommen und geringem Bildungsstand verharren, nimmt weiter zu. In einigen Regionen ist Umweltpolitik bei lokalen Problemen erfolgreich, in anderen nicht.
  • SSP5: Die fossile Entwicklung. - Die globalen Märkte sind zunehmend integriert, mit der Folge von Innovationen und technologischem Fortschritt. Die soziale und ökonomische Entwicklung basiert jedoch auf der verstärkten Ausbeutung der fossilen Brennstoffressourcen mit einem hohen Kohleanteil und einem energieintensiven Lebensstil weltweit. Die Weltwirtschaft wächst und lokale Umweltprobleme wie die Luftverschmutzung werden erfolgreich bekämpft.

Abb. 1 zeigt die Beziehung der SSP- zu den RCP-Szenarien anhand der CO2-Emissionen. Die Kohlendioxid-Emissionen der SSP-Basisszenarien SSP5 und SSP3 sind ähnlich hoch wie die des RCP-Szenarios RCP8.5. Auch das Weiter-so-wie-bisher-Szenario SSP2 erreicht mit 80 GtCO2/Jahr am Ende des Jahrhunderts fast vergleichbare Emissionen. Die niedrigsten Basis-Szenarien SSP1 und SSP4 bewegen sich lediglich im mittleren Niveau der RCP-Szenarien zwischen RCP4.5 und RCP6.0. Das bedeutet: Ohne neue klimapolitische Maßnahmen werden die Ziele des Pariser Klimaabkommens selbst von einer nachhaltig sich entwickelnden Weltgesellschaft wie in SSP1 deutlich verfehlt.

Die Beziehung von SSP- zu RCP-Szenarien

Abb. 1: Die Abb. zeigt die Entwicklung der globalen CO2-Emissionen 2000 bis 2100 in GtCO2/Jahr nach den fünf SSP-Basis-Szenarien, ohne neue klimapolitische Maßnahmen (farbig). Außerdem sind die CO2-Emissionen der RCP-Szenarien (gestrichelt) eingetragen sowie die der höchsten und niedrigsten Modellergebnisse des 5. IPCC-Berichts (Riahi et al., 2017).

Abb. 1: Die Abb. zeigt die Entwicklung der globalen CO2-Emissionen 2000 bis 2100 in GtCO2/Jahr nach den fünf SSP-Basis-Szenarien, ohne neue klimapolitische Maßnahmen (farbig). Außerdem sind die CO2-Emissionen der RCP-Szenarien (gestrichelt) eingetragen sowie die der höchsten und niedrigsten Modellergebnisse des 5. IPCC-Berichts (Riahi et al., 2017).


Das zeigt auch der Strahlungsantrieb durch die Emissionen sämtlicher Treibhausgase nach den SSP-Basis-Szenarien (Abb. 2). Sie decken einen hohen Bereich zwischen 5,0 und 8,7 W/m2 um 2100 ab, wobei allerdings nur SSP5 ähnlich hohe Strahlungsveränderungen bewirkt wie das höchste RCP-Szenario RCP8.5. Andererseits ist die Strahlungswirkung des niedrigsten SSP-Basis-Szenarios SSP1 mit 5,0-5,8 W/m2 etwa doppelt so hoch wie die des niedrigsten RCP-Szenarios im 5. IPCC-Bericht RCP2.6, das die Einhaltung der 2°C-Grenze ermöglichen soll (Riahi et al., 2017).

Abb. 2: Strahlungsantrieb 2000 bis 2100 nach verschiedenen SSP-Basis-Szenarien (ohne klimapolitische Maßnahmen) im Vergleich zu RCP-Szenarien (Riahi et al., 2017).

Abb. 2: Strahlungsantrieb 2000 bis 2100 nach verschiedenen SSP-Basis-Szenarien (ohne klimapolitische Maßnahmen) im Vergleich zu RCP-Szenarien (Riahi et al., 2017).

Klimaschutz-Szenarien und Klimaanpassung

Die Simulationen nach den SSP-Basis-Szenarien zeigen also: Um die Welt vor einem „gefährlichen“ Klimawandel zu bewahren, sind neue Maßnahmen zur Begrenzung der globalen Erwärmung notwendig. Je nach SSP-Szenario können sich die Klimaschutzmaßnahmen erheblich unterscheiden. Wichtige Punkte sind die internationale Zusammenarbeit, der Beginn und die Nachhaltigkeit neuer Klimaschutzmaßnahmen, die Einbeziehung des landwirtschaftlichen Sektors etc. Bei den Szenarien SSP1 und SSP4 kann mit einer frühen globalen Kooperation bereits ab 2020 und einer starken Kontrolle der landwirtschaftlichen und industriellen Emissionen gerechnet werden. Bei SSP2 und SSP5 wird es zu gewissen Verzögerungen kommen, so dass sich global abgestimmte Maßnahmen erst zwischen 2020 und 2040 einstellen werden. Bei SSP3 werden Regionen mit höherem Einkommen ebenfalls zwischen 2020 und 2040 bei neuen Klimaschutzmaßnahmen international kooperieren. Bei Ländern bzw. Regionen mit niedrigerem Einkommen ist dagegen bei diesem Szenario erst zwischen 2030 und 2050 damit zu rechnen, wobei hier der landwirtschaftliche Sektor vernachlässigt wird. Die unterschiedliche Bereitschaft zu globalen Klimaschutzmaßnahmen führt bereits um 2030 zu stärker differierenden Treibhausgasemissionen. Von da an driften die Emissionsszenarien immer weiter auseinander.

Abb. 4:  Die Abb. zeigt in der farbigen Darstellung die CO2-Emissionen zwischen 2005 und 2100 entsprechend den Szenarien SSP1 (grün), SSP2 (blau) und SSP3 (rot) mit neuen klimapolitischen Maßnahmen. Grau: die SSP-Szenarien SSP1-SSP5 ohne neue Klimaschutzmaßnahmen (Riahi et al., 2017).

Abb. 4: Die Abb. zeigt in der farbigen Darstellung die CO2-Emissionen zwischen 2005 und 2100 entsprechend den Szenarien SSP1 (grün), SSP2 (blau) und SSP3 (rot) mit neuen klimapolitischen Maßnahmen. Grau: die SSP-Szenarien SSP1-SSP5 ohne neue Klimaschutzmaßnahmen (Riahi et al., 2017).


SSP1, SSP2 und SSP3 entsprechen im Fall von neuen Klimaschutzmaßnahmen den RCP-Szenarien RCP2.6, RCP4.5 und RCP6.0 (Abb. 4). Die CO2-Emissionen erreichen entweder bereits um 2020 (SSP1) ihren Höhepunkt oder aber erst um 2030 (SSP2) und 2040-2050 (SSP3). Je später der Höhepunkt erreicht wird, desto geringer fällt die Reduzierung der CO2-Emissionen aus. Nur bei SSP1 (bzw. RCP2.6) kann dabei die globale Erwärmung auf weniger als 2 °C begrenzt werden, wobei das wiederum nur möglich sein wird, wenn es in der 2. Hälfte des Jahrhunderts zum Einsatz von sog. negativen Emissionen (Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre) kommt, worauf die negativen Werte in Abb. 4 weisen. Das ehrgeizige Ziel des Pariser Klimaabkommens von 2015, die globale Erwärmung gegenüber dem vorindustriellen Stand möglichst auf 1,5 °C bis 2100 zu begrenzen, hat zu einem weiteren Szenario geführt, das auf einen Strahlungsantrieb von 1,9 W/m2 bis zum Ende des Jahrhunderts hinausläuft. Weitere hinzugefügte Szenarien (mit Antrieben von 3,4 und 7,0 W/m2) füllen Lücken zwischen den RCP-Szenarien.

Obwohl die Strahlungsantriebe der SSP-Szenarien mit dem Strahlungsantrieb der RCP-Szenarien vergleichbar sind und am Ende des 21. Jahrhunderts auch zu ähnlichen Ergebnissen führen, sind die Entwicklungspfade nicht identisch. Das liegt zum einen daran, dass die neuen Modelle der CMIP6-Generation eine höhere Klimasensitivität aufweisen (Vgl. Dossier Globale Klimamodellierung: Erdsystemmodelle/Klimasensitivität). Zum anderen beginnen die Rechnungen der CMIP6-Modelle 2014, während die RCP-Rechnungen 2007 starteten. In diesem Zeitraum haben die Treibhausgasemissionen stärker zugenommen, als von den älteren Modellen berechnet wurde (Hausfather, Z. – CarbonBrief, 2019).

Abb. 5:  Die Abb. zeigt den Strahlungsantrieb 2005 bis 2100 nach verschiedenen SSP-Szenarien mit klimapolitischen Maßnahmen in Bezug zu RCP-Szenarien. Rot: SSP3-Szenarien liegen im Bereich des RCP6.0-Szenarios; blau:  SSP2-Szenarien liegen im Bereich des RCP4.5-Szenarios; grün:  SSP1-Szenarien liegen im Bereich des RCP2.6-Szenarios; grau: die SSP-Szenarien SSP1-SSP5 ohne Klimaschutzmaßnahmen (Riahi et al., 2017).

Abb. 5: Die Abb. zeigt den Strahlungsantrieb 2005 bis 2100 nach verschiedenen SSP-Szenarien mit klimapolitischen Maßnahmen in Bezug zu RCP-Szenarien. Rot: SSP3-Szenarien liegen im Bereich des RCP6.0-Szenarios; blau: SSP2-Szenarien liegen im Bereich des RCP4.5-Szenarios; grün: SSP1-Szenarien liegen im Bereich des RCP2.6-Szenarios; grau: die SSP-Szenarien SSP1-SSP5 ohne Klimaschutzmaßnahmen (Riahi et al., 2017).


Die SSP-Szenarien unterscheiden sich auch in den Möglichkeiten, sich an den unvermeidlichen Klimawandel anzupassen, wobei auch die Anpassungsanforderungen je nach Szenario geringer oder höher ausfallen. So besitzt die SSP1-Welt aufgrund einer gut ausgebildeten und wohlhabenden Bevölkerung, eines hohen technologischen Entwicklungsstands und einer effektiven Verwaltung große Kapazitäten zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels. Dagegen ist die Anpassungs-Kapazität in der SSP3-Welt durch das Fehlen internationaler Kooperation, der langsamen technologischen Entwicklung und der weit verbreiteten Armut sehr gering.