„Klimasensitivität“ – Versionsunterschied

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Die gegenwärtige CO<sub>2</sub>-Konzentration von ca 380 ppm führt zusammen mit den anderen Treibhausgasen zu einem Strahlungsantrieb von 2,6 Watt/m².<ref name="IPCC 2007"/> Dieser Strahlungsantrieb führt zu einer [[Globale Erwärmung|globalen Erwärmung]] von 2°C, wenn mit dem wahrscheinlichsten Wert für die Klimasensitivität von 3°C gerechnet wird. Jedoch wird diese Erwärmung erst nach langer Zeit sichtbar werden, da das Klima wegen der riesigen Wassermassen der Weltmeere sehr träge reagiert.Daher ist die gegenwärtig messbare globale Erwärmung von 0,7°C nur etwa ein Drittel bis die Hälfte des zu erwartenden Wertes.<ref name="Rahmstorf"/> So konnte im Rahmen einer Studie gemessen werden, dass die Erde zur Zeit 0,85 W/m² mehr Energie aufnimmt, als sie ins All abstrahlt.<ref>Hansen, J. et al. Earths energy imbalance: Confirmation and implications. Science 308, 1431-1435 (2005) [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5727/1431 (abstract online)]</ref>
Die gegenwärtige CO<sub>2</sub>-Konzentration von ca 380 ppm führt zusammen mit den anderen Treibhausgasen zu einem Strahlungsantrieb von 2,6 Watt/m².<ref name="IPCC 2007"/> Dieser Strahlungsantrieb führt zu einer [[Globale Erwärmung|globalen Erwärmung]] von 2°C, wenn mit dem wahrscheinlichsten Wert für die Klimasensitivität von 3°C gerechnet wird. Jedoch wird diese Erwärmung erst nach langer Zeit sichtbar werden, da das Klima wegen der riesigen Wassermassen der Weltmeere sehr träge reagiert.Daher ist die gegenwärtig messbare globale Erwärmung von 0,7°C nur etwa ein Drittel bis die Hälfte des zu erwartenden Wertes.<ref name="Rahmstorf"/> So konnte im Rahmen einer Studie gemessen werden, dass die Erde zur Zeit 0,85 W/m² mehr Energie aufnimmt, als sie ins All abstrahlt.<ref>Hansen, J. et al. Earths energy imbalance: Confirmation and implications. Science 308, 1431-1435 (2005) [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5727/1431 (abstract online)]</ref>


Selbst eine genaue Kenntnis von Klimasensitivität und Treibhausgas-Emissionen ermöglicht eine Abschätzung der künftigen klimatischen Entwicklung nicht. Etwa die Hälfte des heute in die Atmosphäre emittierten Kohlendioxids gelangt in Form von [[Kohlensäure]] in die Weltmeere. Da die Löslichkeit von CO<sub>2</sub> temperaturabhängig ist, wird eine Erwärmung der Weltmeere deren Speicherkapazität für dieses Treibhausgas verringern; auf lange Sicht könnte die globale Erwärmung also dazu führen, dass die Biosphäre von einer CO<sub>2</sub>-Senke zu einer CO<sub>2</sub>-Quelle wird.<ref>[http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6809/full/408184a0.html Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model, Nature 408, 184-187 (9 November 2000) | doi:10.1038/35041539]</ref><ref>Khvorostyanov, D. V., P. Ciais, G. Krinner, and S. A. Zimov (2008),Vulnerability of east Siberia's frozen carbon stores to future warming,''Geophys. Res. Lett.'',35, L10703,[http://www.globalcarbonproject.org/global/pdf/pep/Schuur2008_Permafrost_Bioscience2.pdf (pdf)]{{DOI|10.1029/2008GL033639}}</ref> So weiß man aus der Analyse von Eisbohrkernen, dass eine Klimaerwärmung die Konzentration an Treibhausgasen mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ansteigen ließ, was die Erwärmung weiter verstärkte.<ref>Torn, M. S., and J. Harte (2006), Missing feedbacks, asymmetric uncertainties, and the underestimation of future warming, Geophys. Res. Lett.,33, L10703 {{DOI|10.1029/2005GL025540}}</ref>
Selbst eine genaue Kenntnis von Klimasensitivität und Treibhausgas-Emissionen ermöglicht eine Abschätzung der künftigen klimatischen Entwicklung nicht. Etwa die Hälfte des heute in die Atmosphäre emittierten Kohlendioxids gelangt in Form von [[Kohlensäure]] in die Weltmeere. Da die Löslichkeit von CO<sub>2</sub> temperaturabhängig ist, wird eine Erwärmung der Weltmeere deren Speicherkapazität für dieses Treibhausgas verringern; auf lange Sicht könnte die globale Erwärmung also dazu führen, dass die Biosphäre von einer CO<sub>2</sub>-Senke zu einer CO<sub>2</sub>-Quelle wird.<ref>Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model, Nature 408, 184-187 (9 November 2000) {{DOI|10.1038/35041539}} [http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6809/full/408184a0.html (Online) ]</ref><ref>Khvorostyanov, D. V., P. Ciais, G. Krinner, and S. A. Zimov (2008),Vulnerability of east Siberia's frozen carbon stores to future warming,''Geophys. Res. Lett.'',35, L10703,[http://www.globalcarbonproject.org/global/pdf/pep/Schuur2008_Permafrost_Bioscience2.pdf (pdf)]{{DOI|10.1029/2008GL033639}}</ref> So weiß man aus der Analyse von Eisbohrkernen, dass eine Klimaerwärmung die Konzentration an Treibhausgasen mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ansteigen ließ, was die Erwärmung weiter verstärkte.<ref>Torn, M. S., and J. Harte (2006), Missing feedbacks, asymmetric uncertainties, and the underestimation of future warming, Geophys. Res. Lett.,33, L10703 {{DOI|10.1029/2005GL025540}}</ref>
<br />Um die gegenwärtige, anthropogene Klimaerwärmung zu stoppen, reicht auch eine große Reduktion der Treibhausgasemissionen nicht aus, wie eine Ende 2008 veröffentlichte Studie zeigt: Dazu wäre die sofortige und vollständige Beendigung der Emission von Klimagasen nötig.<ref>Matthews, H. D., and K. Caldeira (2008), Stabilizing climate requires near-zero emissions, Geophysical Research Letters, {{DOI|10.1029/2007GL032388}}</ref>
<br />Um die gegenwärtige, anthropogene Klimaerwärmung zu stoppen, reicht auch eine große Reduktion der Treibhausgasemissionen nicht aus, wie eine Ende 2008 veröffentlichte Studie zeigt: Dazu wäre die sofortige und vollständige Beendigung der Emission von Klimagasen nötig.<ref>Matthews, H. D., and K. Caldeira (2008), Stabilizing climate requires near-zero emissions, Geophysical Research Letters, {{DOI|10.1029/2007GL032388}}</ref>


Version vom 8. Januar 2009, 15:57 Uhr

Die Klimasensitivität ist eine Maßzahl, die die Erwärmung der Erdatmosphäre durch die Wirkung von Treibhausgasen ins Verhältnis zu einer Strahlungseinheit setzt. Man kann sie in °C/(Watt/m²) angeben. Geläufiger ist jedoch die Angabe der Klimaerwärmung bei Verdoppelung der CO2-Konzentration.[1] Das heißt, dass die Durchschnittstemperatur der Erde um diesen Betrag ansteigt, wenn sich die CO2-Konzentration von den vorindustriellen 280 ppm auf dann 560 ppm erhöht. Die genaue Kenntnis der Klimasensitivität ist für die künftige Entwicklung des Klimas von elementarer Bedeutung, da mit ihrer Hilfe die aus einer bestimmten Treibhausgaskonzentration resultierende Erwärmung errechnet werden kann.
Die National Academy of Sciences warnte als weltweit erste große Wissenschaftsorganisation vor einer globalen Erwärmung und gab im Jahr 1979 für die Klimasensitivität einen wahrscheinlichsten Wert zwischen 2 und 3,5°C an.[2] Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gibt in seinem 2007 erschienenen Vierten Sachstandsbericht Werte zwischen 2 und 4,5 °C als „wahrscheinlich“ an. Der beste mittlere Schätzwert liege bei 3 °C, und eine Sensititvät von unter 1,5 °C sei „sehr unwahrscheinlich“.[3]

Neben Kohlendioxid tragen auch noch weitere Gase zum Treibhauseffekt bei, so dass auch für diese jeweils eigene Klimasensitivitäten ermittelt werden können. Der Einfachheit halber wird deren Beitrag meist mittels der so genannten CO2-Äquivalente berechnet.

Bestimmungsmethoden

Milanković-Zyklen, resultierende Schwankungen der Solarkonstante sowie Glaziale und Interglaziale

Bei ausschliesslicher Betrachtung der im Labor messbaren Strahlungswirkung von CO2 ergibt sich eine Klimasensitivität von 1,2°C.[1]

Es existieren jedoch Rückkopplungseffekte, darunter im Wesentlichen die Wasserdampf-Rückkopplung, Eis-Albedo und Wolken. Beim Verständnis der Rückkopplungen bestehen noch Unsicherheiten; in erster Linie betrifft dies das Verhalten der Wolken.[1] Durch unterschiedliche Verfahren wird versucht, diese Unsicherheiten zu verringern.

Betrachtet man die Temperaturwechsel während der vergangenen Eiszeiten, konnte man anhand von Eisbohrkernen einen Temperaturwechsel von 5°C mit einem aus den Milankovich Zyklen und den Rückkopplungen (Albedo, Vegetation, Aerosole, CO2) resultierenden, veränderten Strahlungsantrieb von 7.1 W m-2 verknüpfen. Die daraus errechnete Klimasensitivität beträgt 5/7.1 = 0.7 K W-1 m-2. Man kann diese empirisch bestimmte Klimasenstitivität für die Berechnung des aus einem Strahlungsantrieb von 4 W m-2 resultierenden Temperaturanstiegs benutzen, was einer Verdopplung der atmosphärischen CO2-Konzentration im Vergleich zu vorindustriellen Werten entspricht. Im Ergebnis zeigt sich ein Anstieg um 3°C.[4]

Analyse des gegenwärtigen Klimas

Klima kann nur dann korrekt simuliert werden, wenn auch der Parameter der Klimasensitivität korrekt bestimmt wurde. Daher werden Klimamodelle getestet, ob sie das gegenwärtige.[5][6], aber auch das Klima während der Eiszeiten[7][8] korrekt simulieren können. Im Rahmen solcher Simulationen werden über 1000 Modelle durchgerechnet, wobei Eingangsparameter innerhalb ihrer angenommenen Fehlerbreite variiert werden. Modelle, die den Temperaturverlauf im betrachteten Zeitraum nicht korrekt wiedergeben (>90%), werden aussortiert. Hierbei wurden 3°C bzw. 3,4°C als wahrscheinlichster Wert für die Klimasensitivität gefunden.
In einer über 8 Jahre laufenden Messreihe konnte ein Anstieg der langwelligen atmosphärischen Gegenstrahlung durch den anthropogenen Treibhauseffekt messtechnisch belegt werden.[9] Der weitaus größte Teil des gemessenen zusätzlichen Strahlungsantriebs war erwartungsgemäß auf die positive Rückkopplung durch Wolken und Wasserdampf zurückzuführen.

Paläoklimatologische Methode

Eine 2007 in der Zeitschrift Nature erschienene paläoklimatologische Studie untersucht die Klimasensitivität über die letzten 420 Millionen Jahre. Die globale Durchschnittstemperatur und die Konzentration der Treibhausgase waren in diesem sehr großen Zeitraum starken Schwankungen unterworfen und die Strahlungsleistung der Sonne stieg in dieser Zeit um etwa 4% an, was eine gute Voraussetzung für eine darauf basierende Abschätzung der Klimasensitivität mit geringer Fehlerbreite ist. Leider reichen die Klimaarchive der Eisbohrkerne kaum weiter als eine Mio. Jahre in die Vergangenheit und die Anordnung der Landmassen war während dieser Zeit tiefgreifenden Änderungen unterworfen, so dass über viele klimabestimmende Parameter große Unsicherheit herrscht. Somit ergibt sich aus diesen Untersuchungen eine vergleichsweise große Unsicherheit, die 1,5 °C als unteren und 6,2 °C als oberen Grenzwert sowie 2,8 °C als beste Schätzung bringt.[10]

Regressionsanalysen

Bei guter Kenntnis aller klimabestimmenden Faktoren kann man versuchen, die Klimasensitivität mit Hilfe einer Regressionsanalyse zu isolieren. Hierzu werden die Eiszeitzyklen der vergangenen Jahrhunderttausende untersucht. In dieser Zeit schwankten die CO2-Konzentration und die Temperaturen stark, während sich andere klimatologisch wirksame Parameter nicht stark von der heutigen Situation unterschieden. Eisbohrkerne, die seit den 1990er Jahren an verschiedenen Orten auf der Erde gewonnen wurden, geben Aufschluss über die damals vorherrschenden Konzentrationen an Treibhausgasen, Aerosolen und Niederschlagsmengen, sowie die Temperaturverläufe der letzten ca. 1 Mio Jahre. Eine im Jahr 1990 durchgeführte Analyse ergab für die Klimasensitivität einen Wertebereich von 3 bis 4°C.[11]

Kombinierte Betrachtung

Die kombinierte Betrachtung unterschiedlicher Verfahren erlaubt zum Einen, systematische methodische Fehler eines Verfahrens zu erkennen und zum Anderen, Präzision und Genauigkeit des resultierenden Wertes zu erhöhen. Jeder Ansatz führt zu anderen Grenzwerten, womit der wahrscheinliche Wertebereich eingegrenzt werden kann. Damit hat man für die Klimasensitivität mit einer 95%igen Wahrscheinlichkeit einen Bereich zwischen 1,5 und 4,5 °C ermittelt.[12]

Implikationen

Die gegenwärtige CO2-Konzentration von ca 380 ppm führt zusammen mit den anderen Treibhausgasen zu einem Strahlungsantrieb von 2,6 Watt/m².[3] Dieser Strahlungsantrieb führt zu einer globalen Erwärmung von 2°C, wenn mit dem wahrscheinlichsten Wert für die Klimasensitivität von 3°C gerechnet wird. Jedoch wird diese Erwärmung erst nach langer Zeit sichtbar werden, da das Klima wegen der riesigen Wassermassen der Weltmeere sehr träge reagiert.Daher ist die gegenwärtig messbare globale Erwärmung von 0,7°C nur etwa ein Drittel bis die Hälfte des zu erwartenden Wertes.[1] So konnte im Rahmen einer Studie gemessen werden, dass die Erde zur Zeit 0,85 W/m² mehr Energie aufnimmt, als sie ins All abstrahlt.[13]

Selbst eine genaue Kenntnis von Klimasensitivität und Treibhausgas-Emissionen ermöglicht eine Abschätzung der künftigen klimatischen Entwicklung nicht. Etwa die Hälfte des heute in die Atmosphäre emittierten Kohlendioxids gelangt in Form von Kohlensäure in die Weltmeere. Da die Löslichkeit von CO2 temperaturabhängig ist, wird eine Erwärmung der Weltmeere deren Speicherkapazität für dieses Treibhausgas verringern; auf lange Sicht könnte die globale Erwärmung also dazu führen, dass die Biosphäre von einer CO2-Senke zu einer CO2-Quelle wird.[14][15] So weiß man aus der Analyse von Eisbohrkernen, dass eine Klimaerwärmung die Konzentration an Treibhausgasen mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ansteigen ließ, was die Erwärmung weiter verstärkte.[16]
Um die gegenwärtige, anthropogene Klimaerwärmung zu stoppen, reicht auch eine große Reduktion der Treibhausgasemissionen nicht aus, wie eine Ende 2008 veröffentlichte Studie zeigt: Dazu wäre die sofortige und vollständige Beendigung der Emission von Klimagasen nötig.[17]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d S. Rahmstorf, H.J. Schellnhuber: Der Klimawandel. C.H. Beck, 6. Auflage 2007, S.42ff
  2. ↑ Charney Report 1979 Online (pdf 0,3MByte)
  3. ↑ a b Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report on "The Physical Science Basis"
  4. ↑ John Farley: "The Scientific Case for Modern Anthropogenic Global Warming". Journal of Geophysical Research, 2008;.
  5. ↑ External Control of 20th Century Temperature by Natural and Anthropogenic Forcings; P. A. Stott et al, Science Vol. 290. no. 5499, pp. 2133 - 213715, December 2000: DOI: 10.1126/science.290.5499.2133
  6. ↑ Mehl et al: Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate; Journal of Climate, Vol. 17 2004
  7. ↑ PIK Potsdam: Eiszeittest bestätigt Sorge um künftige Klimaerwärmung
  8. ↑ Ergebnisse vom ClimatePrediction.net
  9. ↑ R. Philipona, B. Dürr, C. Marty, A. Ohmura, M. Wild (2004): Radiative forcing – measured at Earth's surface – corroborate the increasing greenhouse effect, in: Geophysical Research Letters, Vol. 31, 6. Februar, online
  10. ↑ Royer, Dana L., Robert A. Berner und Jeffrey Park (2007): Climate sensitivity constrained by CO2 concentrations over the past 420 million years, in: Nature, Vol. 446, 29. März Online (pdf) doi:10.1038/nature05699
  11. ↑ The ice-core record: climate sensitivity and future greenhouse warming C. Lorius, J. Jouzel, D. Raynaud, J. Hansen & H. Le Treut Online
  12. ↑ Annan, J.D. und J.C. Hargreaves (2006): Using multiple observationally-based constraints to estimate climate sensitivity, Entwurf vom 30. Januar Online (pdf)
  13. ↑ Hansen, J. et al. Earths energy imbalance: Confirmation and implications. Science 308, 1431-1435 (2005) (abstract online)
  14. ↑ Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model, Nature 408, 184-187 (9 November 2000) doi:10.1038/35041539 (Online)
  15. ↑ Khvorostyanov, D. V., P. Ciais, G. Krinner, and S. A. Zimov (2008),Vulnerability of east Siberia's frozen carbon stores to future warming,Geophys. Res. Lett.,35, L10703,(pdf)doi:10.1029/2008GL033639
  16. ↑ Torn, M. S., and J. Harte (2006), Missing feedbacks, asymmetric uncertainties, and the underestimation of future warming, Geophys. Res. Lett.,33, L10703 doi:10.1029/2005GL025540
  17. ↑ Matthews, H. D., and K. Caldeira (2008), Stabilizing climate requires near-zero emissions, Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2007GL032388
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