StartClim2005: "Klimawandel und Gesundheit"

Für StartClim2005 wurde als Schwerpunkt das Thema „Klimawandel und Gesundheit“ ausgewählt, um eine erste Aufarbeitung gesundheitsspezifischer Fragestellungen zum Klimawandel, die sich insbesondere im Extremjahre 2003 gezeigt haben, zu ermöglichen. Dabei wurden in sieben Teilprojekten Fragen, die direkt mit der menschlichen Gesundheit zu tun haben, bearbeitet z.B. welchen Effekt extreme Temperaturen auf die Sterblichkeit der österreichischen Bevölkerung haben bzw. möglicherweise in Zukunft haben werden, aber auch Fragen zur Trinkwassersicherheit oder zur Ausbreitung Allergie erregender Pflanzen.

Veränderungen im Lebensraum bestimmter Tierarten können zur Ausbreitung von Tierseuchen führen. Im Falle der Nagetiere befallenden Tularämie ist dies auch für die Gesundheit bestimmter Risikogruppen (z.B. Jäger) von Relevanz.

Am Beispiel des Biolandbaus wurde untersucht, ob das Auftreten von Schädlingen und Nützlingen mit dem Klima in Zusammenhang steht. Auch die mögliche Ausbreitung von Gewächshausschädlingen wurde behandelt. Veränderungen von Lebensmittelqualität und Pestizideinsatz können unmittelbare Auswirkungen auf die Gesundheit haben.

Die Ereignisdatenbank MEDEA wurde in StartClim2005 ebenfalls weiter entwickelt.

Endberichte der einzelnen StartClim2005-Teilprojekte:

StartClim2005.A1a: Einflüsse der Temperatur auf Mortalität und Morbidität in Wien

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Kurzfassung

Im heißen Sommer 2003 kam es in weiten Teilen West- und Südeuropas zu einer erhöhten Sterblichkeit. Die Auswirkung dieser Wetterphase auf eine Bevölkerung im alpinen Raum bzw. in Ost-Mitteleuropa wurde bisher noch nicht ausreichend untersucht. In Hinblick darauf, dass ähnliche Sommertemperaturen voraussichtlich häufiger werden (starker Anstieg der Tropentage in Zukunftsszenarien), wird eine Analyse der zu erwartenden Änderungen der Mortalität für Wien durchgeführt. Als für Mitteleuropa meteorologisch relevante Definition der Hitzetage wird die nach Kysely verwendet.

Mittels Zeitreihenanalysen werden die Einflüsse relevanter meteorologischer Parameter an mehreren Wiener Stationen auf die tägliche Sterblichkeit der Wiener Bevölkerung von 1990 bis 2004 untersucht.

Die Aufnahme der Luftschadstoffe (insbesondere hohe Ozon-Konzentrationen für die heißen Tage) ins Modell änderte nicht den Risikoschätzer für „Kysely-Tage“. An diesen ist die Gesamtsterblichkeit um etwa 10% erhöht (7,8 bis 15,8% je nach verwendetem Modell). Diese Zunahme ist in der gleichen Größenordnung wie die an epidemischen Grippetagen.

Zur Ableitung der täglichen Maximaltemperatur aus den Feldern globaler Klimamodelle wird der im Projekt Startclim 2004-B entwickelte Ansatz des Synoptischen Downscalings verwendet. Als Prädiktorgröße wird einzig die Temperatur in 850 hPa verwendet, da dieser Parameter bereits 90 Prozent der Varianz des Regressionsmodells erklärt.

Basierend auf den Klimaprojektionen des ECHAM5 Modells werden für drei unterschiedliche Emissionsszenarien und für drei verschiedene Zeitscheiben Temperaturszenarien abgeleitet. Anschließend werden für je dreißig Jahre sowohl die Hitzetage pro Jahr, als auch die Anzahl an Tagen innerhalb von Hitzeperioden pro Jahr berechnet. Es zeigt sich, dass derzeit im Mittel etwa 12 Hitzetage pro Jahr auftreten und diese Anzahl bereits in den Jahren 2011-2040 im Mittel auf 18 Tage ansteigt. Bis zum Ende des Jahrhunderts sind je nach Szenario 26 bis 38 Hitzetage pro Jahr zu erwarten. In der Innenstadt liegen diese Werte noch höher.

Alle Modelle und alle Klimaszenarien lassen somit einen Anstieg der hitzebedingten Sterblichkeit erwarten. Die Schätzungen stehen mit den Beobachtungen zur Hitzewelle im Jahr 2003 im Einklang. Damals war eine Übersterblichkeit von etwa 5 Todesfällen pro Tag im Vergleich zum Vorjahr in Wien zu beobachten.

StartClim2005.A1b: Untersuchung zur nächtlichen Abkühlung in einem sich ändernden Klima

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Kurzfassung

Es ist bekannt, dass die nächtliche Abkühlung in heißen Gebieten oder Perioden hoher Temperatur für die physiologische Entlastung des Menschen von zentraler Bedeutung ist. Aus Klimaanalysen weiß man, dass im Zuge des klimawandelbedingten Temperaturanstie-ges die nächtliche Minimumtemperatur rascher ansteigt als die Maximumtemperatur (IPCC 2001). Im Hinblick auf die Klimaszenarien, die eine weiter steigende Anzahl von Sommer- und Hitzetagen erwarten lassen, wurden bisherige und mögliche künftige Veränderungen der Häufigkeitsverteilungen von Minimumtemperaturen und deren Auswirkung auf die Mortalität analysiert.

Die geringere nächtliche Abkühlung in Städten ist aus den aktuellen Klimadaten gut erkennbar, unabhängig vom Ausmaß der nächtlichen Abkühlung. So gibt es an der Station Wien Innere Stadt pro Jahr 30 Tage mehr mit einer Minimumtemperatur von 15 °C oder mehr als an der Station Hohe Warte (85,8 zu 55,5 Tage/Jahr). In Innsbruck beträgt die Differenz zwi-schen Stadt und Stadtrand 10 Tage (31,0 zu 20,4 Tage/Jahr). Infolge der nächtlichen Inver-sionsbildung durch Kaltluftabfluss von den Hängen treten in Tal- und Beckenlagen hohe nächtliche Temperaturen weniger häufig auf als im östlichen Flachland.

Aus dem Vergleich der Klimanormalperiode (1961-1990) und der Periode 1985-2005 ergibt sich für die meisten der betrachteten Stationen bereits mindestens eine Verdoppelung der Anzahl warmer Nächte. Regional (z.B. Bad Gleichenberg) treten in jüngster Vergangenheit hohe Temperaturminima auf, die es während der Klimanormalperiode noch nicht gegeben hat.

Das nächtliche Temperaturminimum hat deutlichen Einfluss auf die Zunahme der Sterblichkeit, und zwar einen größeren als das Tagesmaximum. Einmalig auftretende Minimumtemperaturen von mindestens 20 °C, die gerade in Städten häufiger vorkommen, haben bei-nahe denselben Effekt wie Hitzeperioden, die zumindest 3 Tage andauern. Noch wirksamer sind warme Nächte zwischen zwei Hitzetagen.

Klimaszenarien für die nächsten 20 bzw. 50 Jahre lassen einen Anstieg der Häufigkeit hoher nächtlicher Temperaturen im Sommer und damit auch eine steigende physiologische Belas-tung erwarten. Für die Station Graz-Universität ergibt sich z.B. ein Anstieg von 4,5 Ta-gen/Jahr für die Periode 1989-2018 bzw. 15,1 Tage/Jahr für die Periode 2019-2048 mit Mi-nimumtemperaturen von 18 °C oder darüber. Für Wien Hohe Warte lässt die Periode 2019-2048 ähnliche Verhältnisse erwarten, wie sie sich heute in der Inneren Stadt zeigen.

StartClim2005.A4: Auswirkungen von Extremereignissen auf die Sicher-heit der Trinkwasserversorgung in Österreich

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Kurzfassung

Meteorologische Extremereignisse – insbesondere Hochwasser und Dürre - haben in den letzten Jahren immer wieder zu Stör- und Notfällen in der Trinkwasserversorgung in Öster-reich geführt. Bei Niederschlagsereignissen hängen die Art und das Ausmaß der auftreten-den Schäden von der Intensität des Niederschlags ab: bei Starkregen vor allem Zerstörung der Infrastruktur, bei Landregen z.B. Überstauung des Gewinnungsgebietes. Ein Beispiel für die Zerstörung der Infrastruktur bei Starkniederschlägen war das Hochwasser in Vorarlberg und Tirol 2005. Typische Schadensbilder für länger andauernde Niederschläge traten beim zweiten Augusthochwasser 2002 in Ober- und Niederösterreich auf.

Bei Trockenheit sind hauptsächlich jene Gewinnungsgebiete betroffen, die eine geringe Ü-berdeckung des Gewinnungsgebiets aufweisen. Um die Versorgung auch bei solchen Ex-tremereignissen gewährleisten zu können, sind Maßnahmen in unterschiedlichen Bereichen erforderlich: in der Störfallvorsorge (organisatorische und technische Maßnahmen), Vorsor-gemaßnahmen bei drohender Gefahr und ein Krisen- und Katastrophenmanagement im Ernstfall (Trinkwassernotversorgung, Informationspolitik und Medienarbeit, Zusammenarbeit mit Krisen- und Katastrophenstäben).

Der Vergleich verschiedener Konzepte in Österreich hat gezeigt, dass die Strategien und Maßnahmen der Wasserversorger sehr stark von den Vorgaben und Anreizen der jeweiligen Bundesländer - z.B. finanzielle Förderungsmaßnahmen - beeinflusst werden. Als Resultat waren z.B. die Auswirkungen der Trockenheit 2003 im Land Steiermark, das Maßnahmen zur Verhinderung einer Versorgungsunterbrechung durch Wassermangel finanziell fördert, nicht so gravierend wie in anderen Bundesländern.

Ein neues integrales Konzept zur Sicherung der Wasserqualität ist der Wassersicherheits-plan (WSP), wie er in den Richtlinien der World Health Organisation vorgeschlagen wird. Im Rahmen der Umsetzung des Wassersicherheitsplans bei Wasserversorgungsanlagen kann auch auf die Störfallvorsorge bzw. das notwendige Krisenmanagement eingegangen werden, wodurch eine Versorgungsunterbrechung weitestgehend verhindert werden kann.

Betrachtet man die aktuellen Klimaprognosen, so nimmt die Häufigkeit von meteorologischen Extremereignissen zu. Diese Zukunftsszenarien müssen in die Planungsgrundsätze integriert werden, damit die Wasserversorger für solche Ereignisse besser gewappnet sind. Die Was-serversorgungssysteme sind verstärkt auf ihre Vulnerabilität hin zu überprüfen, was unter anderem die Forderung nach einer größeren Diversität bei den zur Nutzung herangezogenen Wasserressourcen mit einschließt.

StartClim2005.C2: Untersuchung zur Verbreitung der Tularämie unter dem Aspekt des Klimawandels

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Kurzfassung

Im Untersuchungsgebiet (Niederösterreich, Burgenland, Steiermark) wurden im Zeit-raum von 1994 bis 2005 insgesamt 271 Fälle von Tularämie, einer auf den Men-schen übertragbaren bakteriellen Infektionskrankheit, bei Feldhasen erfasst und geo-referenziert. Zusätzlich standen für die gewählte Region die Temperatur und Nieder-schlagsdaten zur Verfügung. Aus diesen wurde für geeignete Monatsmittelwerte bzw. Periodensummen eine höhenabhängige Temperaturverteilung berechnet. Der Nie-derschlag wurde ohne Einfluss der Höhe mit der geostatistischen Methode des Uni-versal-Kriging berechnet. Aus den beiden Klimaparametern und den lokal auftreten-den Erkrankungsfällen konnte ein erstaunlich guter Zusammenhang mittels eines linearen Regressionsmodel-es erstellt werden. Beachtlich ist der hoch signifikante (p< 0,05) Einfluss der gewählten Parameter (Durchschnitt der Monatsmitteltempera-tur Dezember, Jänner und Februar; Monatsmitteltemperatur Mai; Niederschlags-summe Juni und Juli) auf die Häufigkeit der Erkrankungen und das erzielte Be-stimmtheitsmaß (R²) von 74,6 %.

Auf Basis dieser Erkenntnisse wurden empirische Grenzen für die in der Formel defi-nierten Parameter festgelegt, die der tatsächlichen räumlichen Ausbreitung in der Geoanalyse am Besten entsprechen. Demzufolge ist die Wahrscheinlichkeit des Auf-tretens der Tularämie hoch bei einer Jahresniederschlagssumme unter 720 mm, ei-nem Sommerniederschlag um 180 mm, einer Wintertemperatur über 0,5 ° Celsius und einer Maitemperatur unter 14° Celsius.

Für eine Prognose des Ausbreitungsgebietes im Jahr 2035 wurde eine Temperatur-erhöhung zwischen 2 und 4 ° Celsius unterstellt. Unter diesen Bedingungen könnte sich die Tularämie aus dem östlichen Flachland langsam über das Donautal weiter in den Westen und über die Südsteiermark weiter in den Süden verbreiten. Zusätzlich wären Fälle in inneralpinen Gunstlagen möglich. Dies bedeutet, dass mit einer Aus-weitung des potenziellen Tularämie-Verbreitungsgebietes (von dzt. 13% auf 46,5% der österreichischen Landesfläche) gerechnet werden muss. Eine entsprechende Information an die Risikogruppen (Jäger, Förster, Landwirte, Laborpersonal, Präpara-toren, Hausfrauen u.a.), verbunden mit Verhaltensempfehlungen erscheint ratsam.

StartClim2005.C3a: Einflüsse des Klimawandels auf landwirtschaftliche Schädlinge und Nützlinge im Biologischen Landbau Ostösterreichs

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Kurzfassung

Im vorliegenden Projekt wurde untersucht, ob und inwieweit die in den letzten Jahren augen-scheinlichen Veränderungen in der Zusammensetzung und Häufigkeit von Schädlingen und Nütz-lingen im ostösterreichischen Bio-Ackerbau auf die Klimaänderung zurückzuführen sind. Dazu wurde eine Literaturrecherche nach bekannten Zusammenhängen zwischen Klimafaktoren und Biologie bzw. Auftreten von Schadinsekten mit Schwerpunkt auf Österreich und Ost-Mitteleuropa durchgeführt. Weiters wurden bemerkenswerte, witterungsbedingte Schädlingsausbrüche in Ös-terreich dokumentiert und hinsichtlich ihres Klimahintergrunds untersucht. Rezente Status-Änderungen heimischer bzw. neuzugewanderter Schädlinge und die möglichen Ursachen dafür wurden aufgrund des Mangels an publizierten Daten hauptsächlich durch Befragung von Pflan-zenschutzexperten erhoben. Für eine Reihe von Schädlingen aus Getreide-, Hackfrucht-, Öl-, Eiweiß- und Futterkulturen wurde ein in den letzten Jahren zunehmender Schaddruck festgestellt, dessen Ursachen eher in Veränderungen des Bewirtschaftungssystems (Fruchtfolge, reduzierte Bodenbearbeitung) als im Klimawandel liegen dürften. Andere Schädlinge, v.a. aus dem Getreide inklusive Mais zeigten Schadausbrüche in einzelnen Jahren ab dem Jahr 2000, mit Höhepunkt im extrem warmen und trockenen Jahr 2003. In Fallstudien wurden für zwei ausgewählte Schäd-lingsarten (Getreidewanze und Rübenderbrüssler) sowie für eine Nützlingsart (Ampferblattkäfer) mit Verdacht auf klimabedingte Veränderungen die witterungs- bzw. klimabedingten Hintergründe ihres Auftretens bzw. ihrer Verbreitung untersucht. Ein Vergleich der „Wanzenjahre“ 1953 und 2003 ergab Ähnlichkeiten im Witterungsverlauf, die zu den Schädlingskalamitäten geführt haben dürften. Das Extremjahr 2003 ermöglichte eine Massenvermehrung des wärmeliebenden Zucker-rüben-Derbrüsslers mit einem Höhepunkt der Schäden im Folgejahr 2004. Verbreitungs- und Häufigkeitsangaben zum Ampferblattkäfer in Niederösterreich konnten mit regionalen Klimaun-terschieden bzw. –anomalien in Zusammenhang gebracht werden. Abschließend wurde ein me-thodischer Ansatz für ein langfristiges Monitoring zur klimabedingten Faunenveränderung im landwirtschaftlichen Bereich mit dem Ziel der Risikovorbeuge von klimabedingten Schädlingska-lamitäten erarbeitet.

StartClim2005.C3b: Abschätzung des Risikos einer dauerhaften Festset-zung von Gewächshausschädlingen im Freiland als Folge des Klima-wandels am Beispiel des Kalifornischen Blütenthripses (Frankliniella oc-cidentalis)

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Kurzfassung

Die Auswertung bereits publizierter Laborversuche zur Mortalität von Frankliniella occidentalis bei niedrigen Temperaturen zeigte, dass diese die Überwinterungsmög-lichkeiten nur mangelhaft beschreiben können, da adulte Thripse bei der vergleichs-weise sehr milden Wintertemperatur von +5°C bloß für einen Zeitraum von 26 Tagen überleben konnten. Es wird daher vermutet, dass erfolgreiche Überwinterung nicht an ein einzelnes Entwicklungsstadium des Kalifornischen Blütenthripses gebunden ist, sondern nur dann erfolgt, wenn eine kontinuierliche Entwicklung ohne lange Un-terbrechungen möglich ist. Es gibt bislang keine genaue Verbreitungskarte für Frankliniella occidentalis, aus der sich die nördliche Grenze für die Freilandverbrei-tung herauslesen ließe, da hierbei meist das Vorkommen in Gewächshäusern nicht von der Verbreitung im Freien klar getrennt wird. Jedoch lieferten zahlreiche Veröf-fentlichungen über Schäden durch Frankliniella occidentalis an verschiedenen typi-schen Freilandkulturen, Orte mit gesicherter Überwinterung im Freien. Die Darstel-lung der Temperaturbedingungen (mittlere Tagesmaxima und mittlere Wiederkehrs-dauer von Tagen mit einem Temperaturmaximum von mehr als 15°C) an jenen Orten mit Freilandüberwinterung zeigte übereinstimmend, dass Überwinterungsorte in der Emilia Romagna (Brisighella) tiefere Temperaturwerte besitzen, als jene aus weiter südlich gelegenen Verbreitungsgebieten. Man kann daher davon ausgehen, dass diese Orte in der Emilia Romagna schon viel näher an der Temperaturschwelle gele-gen sind, welche eine Überwinterung im Freiland gerade noch ermöglicht. Demnach wäre ein Überleben im Winter dann möglich, wenn durchschnittlich alle 3 Wochen Temperaturen oberhalb von 15°C aufträten. Nach den derzeitigen  Klimaszenarios für den Alpenraum wäre es denkbar, dass sich ähnliche Wintertemperaturen wie sie in der Emilia Romagna heute herrschen, in den wärmsten Regionen auch bei uns bis zur Mitte des Jahrhunderts einstellen könnten. Demgemäß müsste für Österreich ab der Mitte unseres Jahrhunderts mit der dauerhaften Festsetzung des Kalifornischen Blütenthripses im Freiland sowie gerechnet werden.

StartClim2005.C5: Ein allergener Neophyt und seine potentielle Ausbrei-tung in Österreich – Arealdynamik der Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia) unter dem Einfluss des Klimawandels

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Kurzfassung

Die prognostizierte Klimaerwärmung wird das potentielle Areal kälteempfindlicher Pflanzenarten in Österreich vergrößern. Überdurchschnittlich mobile Arten werden auf diese Arealerweiterung besonders schnell reagieren. Die aus Nordamerika stammende, thermophile Ambrosie muss aufgrund ihrer raschen rezenten Invasion in viele Teile Ost- und Mitteleuropas zu diesen besonders mobilen Pflanzen gezählt werden. Wegen ihrer stark allergenen und in großer Menge produzierten Pollen stellt die Ambrosie ein beträchtliches Gesundheitsrisiko dar und gilt in dieser Hinsicht als der momentan problematischste Neophyt in Österreich. Aktuell ist ihre Hauptverbrei-tung auf die warmen Tieflagen Ostösterreichs beschränkt. Als Folge des Klimawan-dels ist allerdings eine rasante Ausbreitung der Art in andere Teile Österreichs zu befürchten und damit eine Zunahme der von der Ambrosie ausgelösten Allergien.

Das Ausmaß dieser Arealerweiterung unter verschiedenen Klimawandelszenarien wurde hier mit Hilfe von Simulationsmodellen eingeschätzt. Die Modelle basieren auf einer vorhergehenden klimatischen und biogeographischen Charakterisierung des aktuellen Areals der Ambrosie in Österreich unter Verwendung von Kartierungsdaten in Kombination mit Klima- und Umweltdaten.

Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass selbst bei sehr vorsichtigen Schätzun-gen der Temperaturzunahme (rund +2°C im Juli) bis zum Jahr 2050 eine Versechs-fachung der potentiell besiedelbaren Landesfläche realistisch ist. Noch gravierender ist die Vergrößerung des potentiellen Areals bei Erhöhung der Julimitteltemperatur um 4,8°C bzw. 6,4°C (verschiedene Szenarien bis Ende 21. Jahrhundert), nämlich auf beinahe 67% bzw. 80% der Fläche Österreichs. Die Ausbreitung der Art wird hauptsächlich durch menschliche Aktivität (Handel mit kontaminiertem Getreide und Vogelfutter, Verschleppung mit Erdaushubmaterial u.ä.) vorangetrieben. Präventiv-Maßnahmen gegen die Etablierung neuer Populationen gestalten sich aufgrund der Komplexität des Problems als schwieriges Unterfangen, das nur mittels eines in Ko-operation mit Österreichs Nachbarländern ausgearbeiteten Aktionsplans zielführend erscheint.

StartClim2005.F: GIS-gestützte Ermittlung der Veränderung des Lebens-raumes alpiner Wildtierarten (Birkhuhn, Schneehuhn, Gamswild, Stein-wild) bei Anstieg der Waldgrenze aufgrund Klimaveränderung

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Kurzfassung

Die Wildtierarten Birkhuhn, Schneehuhn sowie Gams- und Steinwild haben sich im Laufe ihrer Evolution perfekt an das Leben in alpinen Lagen, hauptsächlich über der Waldgrenze, angepasst und sind somit Teil dieses sehr empfindlichen Ökosystems. Unter Annahme des Ansteigens der Waldgrenze aufgrund Klimaerwärmung verringert sich der Lebensraum dieser Wildtierarten mas-siv. Als Grundlage für die Ermittlung der Veränderungen wurde die Temperaturentwicklung der vergangenen 50 Jahre genauer betrachtet sowie das Klimamodell MM5 für eine Abschätzung der zukünftigen Erwärmung herangezogen. Die Temperaturentwicklung in den vergangenen 50 Jah-ren zeigt für die ersten zwei Dekaden sogar eine Abkühlung, seit 1970 aber einen starken An-stieg. Das Klimamodell prognostiziert für die nächsten 50 Jahre eine Erwärmung von ca. 2,2°C für das Untersuchungsgebiet in den Niederen Tauern.

Das Baumwachstum ist sehr stark von der Temperatur abhängig und eine hohe Korrelation zwi-schen der Wachstumsgrenze von Bäumen und der 10°C Juli-Isotherme wurde nachgewiesen. Das Klimamodell MM5 zeigt für die nächsten 50 Jahre einen prognostizierten Anstieg der Iso-thermen um ca. 450 Höhenmeter. Prognostizierte Temperaturveränderungen hängen jedoch sehr stark vom verwendeten Klimamodell ab. Über die Geschwindigkeit, mit der sich die Waldgrenze zur temperaturbedingten Wachstumsgrenze hin bewegt, kann keine Aussage getroffen werden und wäre Gegenstand zukünftiger Forschungsarbeiten. Weiters übt die Bewirtschaftung durch den Menschen einen sehr großen Einfluss auf den Verlauf der Waldgrenze aus. Daher ist noch nicht absehbar, wie diese sich verändern wird. 

Die aktuellen Lebensräume wurden nach einem wissensbasierten Habitatmodell mit Hilfe eines Geografischen Informationssystems (GIS) erstellt. Unter der Annahme, dass die zukünftige Waldgrenze die Höhe der berechneten Isotherme für die Dekade 2040-2050 erreicht, führt diese Verschiebung zu einem dramatischen Verlust an Lebensraum.

Nähere Informationen:

Nikolaus Becsi und Univ.Prof. Dr. Helga Kromp-Kolb
BOKU, Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt
Institut für Meteorologie, Peter Jordan-Straße 82, A-1190 Wien
Tel.: 01/476 54/81418

startclim@boku.ac.at
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http://www.wau.boku.ac.at/met.html