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Manifestation – Detektion – Attribution
Hans von Storch
Institut für Küstenforschung, Helmholtz Zentrum Geesthacht
Diese und folgende Graphiken: Michael Schrenck, Berlin; ©Hans von Storch
Klimawandel:
Hans von Storch
•Klimaforscher
•Spezialgebiet: Küstenklima, also
Windstürme, Sturmfluten, Seegang,
Nordsee, Nordatlantik
•Kooperation auch mit
Sozialwissenschaftlern
•Direktor des Instituts für
Küstenforschung des HelmholtzZentrums Geesthacht
•Mitglied des Hamburger KlimaExzellenzentrums „CliSAP“
Klimawandel –
wissenschaftliche Herausforderungen
mit gesellschaftlicher Signifikanz
Für die gesellschaftliche Debatte sind mehrere Fargen, die wissenschaftlich zu
beantworten sind, von Bedeutung:
a) Gibt es einen Klimawandel (Änderung der Wetterstatistik), welche maßgeblichen
Gründe gibt es dafür, und wie wird er sich vermutlich zukünftig fortsetzen?
b) Welche Folgen für Mensch, Gesellschaft und Ökosysteme hat dieser Klimawandel?
Hier behandele ich nur (a), mit den Herausforderungen
•
•
•
Manifestation: Der konstatierte Wandel ist real. Dabei gibt es das Problem, dass die
Daten sind sehr gut sind (zeitliche und räumliche Abdeckung; über die Zeit
veränderte Meßmethoden)
“Detektion” – Der der konstatierte Klimawandel bewegt sich ausserhalb des
Rahmens “normaler” Schwankungen
“Attribution” – Der als “nicht-im-Rahme-der-normalen-Schwankungen” gefundene
Wandel lässt sich am besten durch bestimmte (zu benennende) “Antriebe” erklären.
Fehlerbalken an der Schätzung der
globale gemittelten Lufttemperatur
Wärmeinseleffekt - Beispiel Rostock
Richter et al., 2011
Jahresgang des Temperaturunterschieds zwischen dem Zentrum von Rostock (Holbeinplatz;
Ho) und Orten in einigem Abstand vom Zentrum (Stuthof (St), Warnemünde (War) and
Gülzow (Gü))
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Jährliche Lufttemperaturen Deutschland, 1901-2014
Quelle: Deutscher Wetterdienst, DWD
Abschätzungen durch verschiedene
Analysezentren
Manifestation: Ja, es wird
wärmer im globalen Mittel
Quelle: http://www.dmi.dk/nyheder/arkiv/nyheder-2015/01/2014-er-klodens-varmeste-aar
Detektion: Haben wir Veränderungen jenseits der
normalen Schwankungen? Also, Veränderungen, die
einer Erklärung bedürfen?
Oft wird die Frage darauf reduziert, ob Trends “signifikant” seien.
Dies ist kein sinnvoller Zugang, da „signifikante Trends“ selbst keine
ungewöhnlichen Veränderungen sind – die Frage ist vielmehr, ob die Trends
jenseits einer kritischen Grenze liegen, und ob wir Gründe haben zu glauben,
dass sie sich zukünftig fortsetzen werden.
Technisch: „Signifikanz“ bedeutet, dass ein Trend, wie der vorliegende, in weniger
als (z.B. 5%) aller Zeitserien auftritt, deren Zahlen erstens unabhängig
voneinander sind und zweitens von der gleichen Grundgesamtheit (insbesondere
trendfreien) stammen. Man schließt dann, dass eine Voraussetzung, z.B. die
Trendfreiheit, nicht gegeben ist.
Wenn dies der Fall ist, gibt es keine Gründe anzunehmen, dass der Trend sich
fortsetzt – wie etwa das Beispiel der signifikante Trend der Temperaturen von
Januar bis Juli zeigt – der September ist meist kälter als der vorangehende Juli.
Detektion: Haben wir Veränderungen jenseits der
normalen Schwankungen?
Bei Detektion geht es darum, in einem statistischen Test zu zeigen, dass die
vorliegenden Änderungen nicht von einem stationären Prozess (etwa mit
erheblicher zeitlicher Abhängigkeit) erzeugt worden ist. Für Kennzahlen dieses
Prozesses kann man Verteilungen ableiten. Wenn diese Kennzahl für die zu
untersuchende Zeitserie in den äußeren Bereichen (etwa größten 5%) zu liegen
kommt, schließt mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%, dass die zu
untersuchende Zeitserie NICHT von einem stationären Prozess erzeugt wurde,
sondern dass andere Faktoren am Werke sind.
Erfolgreiche Detektion heißt daher:
Es gibt “Antrieb”, die zu den ungewöhnlichen Veränderungen führen.
Wenn man diese Antriebe vorhersagen kann, dann kann man im Groben
die Fortsetzung der Zeitserie vorhersagen.
Nicht-Detektion ist kein Beweis für die Abwesenheit von solchen Antrieben,
sondern nur, dass die vorliegende Evidenz unzureichend ist, um ihre Gegenwart
nachzuweisen.
Kennzahl: Häufung von
(global) warmen Jahren in
den letzten Jahrzehnten
Detektion
In 2013 wurde festgestellt, dass die 20
wärmsten Jahren seit beginn der
Zeitreihe (in 1880) in die letzten 23
Jahren (seit 1990) fielen.
Wie wahrscheinlich ist dies, wenn wir
es mit stationären Bedingungen zu tun
haben? Unabhängig von der Art der
seriellen Unabhängigkeit von
aufeinanderfolgenden Temperaturen,
tritt so ein Ereignis einmal, oder noch
seltener, in 1000 Versuchen auf.
Die Häufung der warmen Jahren in den
letzten Jahrzehnten kann also kaum als
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Zufall
erklärt werden.
Zorita, E., T. Stocker and H. von Storch, 2008: How unusual is the
recent series of warm years? Geophys. Res. Lett. 35, L24706,
doi:10.1029/2008GL036228
Detektion
Kennzahl: Änderung von mjährigen TemperaturMittelwerten, die um L Jahre
getrennt sind: ∆T(m,L), normalisiert
durch die Standard-abweichung σ dieser
Größe, wie sie aus paläoklimatischen
Rekonstruktionen geschätzt wurden.
Wenn diese normierten Unterschiede
größer als 2 sind, ist die Wahrscheinlichkeit, so ein Ergebnis unter stationären
Bedingungen zu erhalten, weniger als
2.5%.
Für verschiedene Konfigurationen
finden wir solch geringe
Wahrscheinlichkeiten zwischen etwa
1980 und 1990.
Rybski, D., A. Bunde, S. Havlin,and H. von Storch, 2006: Longterm persistence in climate and the detection problem.
Geophys. Res. Lett. 33, L06718, doi:10.1029/2005GL025591
Detektion
Wir schließen daraus, dass die
Entwicklung der global
gemittelten Lufttemperatur
seit 1850 bis heute nicht im
Rahmen der normalen
(natürlichen) Schwankungen
des Klimasystems verläuft.
Dies manifestiert sich insbesondere in
den letzten Jahrzehnten.
Die Schlussfolgerung, wonach hier
neben natürlichen Faktoren auch
menschgemachten Faktoren am Werk
sind, kann mit einer
Irrtumswahrscheinlichkeit von
weniger als 2.5% gezogen werden.
IPCC AR5, SPM
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Attribution: Können wir die Entwicklung der Lufttemperaturen
beschreiben, wenn wir Antriebe durch Treibhausgase annehmen?
Only natural
factors
Additional ly man
made factors
„observations“
IPCC 2007
Regionale Attribution
Im Ostseeraum
Observed CRU, EOBS (1982-2011)
Projected GS signal, A1B scenario
10 simulations (ENSEMBLES)
Beobachtete und aufgrund
von GHG erwarteter
Temperaturtrends (19822011)
Die beobachteten Trends (grau)
sind im Winter und Gfrühjahr (DJF
und MAM) konsistent mit den
Vorschlägen für Änderungen
aufgrund erhöhten Treibhausgase
(grün); im Sommer und Herbst
finden wir eine Diskrepanz.
Die DJF/MAM Änderungen können
durch Treibhausgase erklärt
werden; im JJA und SON sind
weitere Faktoren nötig –
verminderte regionale Emission
von Aerosolen?
Der Anstieg der Temperaturen in vergangenen
Jahrhundert ist real, liegt nicht im Rahmen
natürlicher Schwankungen (im Rahmen unseres
derzeitigen Wissens) und kann weitgehend durch
die Akkumulation von Treibhausgasen in der
Atmosphäre erklärt werden .
Die Klimawissenschaft hat Wissen
erarbeitet und bereitgestellt, auf
dessen Basis Gesellschaften
entscheiden können, wie mit diesen
Änderungen umgegangen werden kann
– in einem Mix aus Minderung der
Änderungen und Anpassung an Folgen.
Aus diesem Wissen folgt aber nicht, was
gesellschaftlich geschehen muss,
sondern nur, welche klimatischen
Wirkung gewissen gesellschaftliche
Reaktionen haben würden – ob diese
erwünscht sind, ist eine Frage
gesellschaftlicher Präferenzen und
Entscheidungsprozesse.
www.norddeutscher-klimamonitor.de - informiert über Klima und
Klimaentwicklungen seit 1950 in Norddeutschland
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Welcher ist der sonnigste Ort im Norden?
Ist es in Norddeutschland bereits wärmer geworden?
Wird sich die Erwärmung künftig weiter so fortsetzen?
Diese und andere Fragen beantwortet der Norddeutsche
Klimamonitor, den das Norddeutsche Klimabüro am HelmholtzZentrum Geesthacht (HZG) und das Regionale Klimabüro
Hamburg des Deutschen Wetterdienstes (DWD) entwickelt
haben.
Mit dem Norddeutschen Klimamonitor wird das Klima der
letzten 60 Jahre für Norddeutschland erstmals umfangreich
ausgewertet und interaktiv vorgestellt. So lässt sich beispielsweise
erkennen, dass Norddeutschland sich von 1951 bis 2010
erwärmt hat. Im Jahresdurchschnitt beträgt die Erwärmung
etwa 1,2 Grad Celsius.
Darüber hinaus bietet der Klimamonitor die Möglichkeit, Klimaentwicklungen der
Vergangenheit mit regionalen Klimaszenarien zu vergleichen. Auf diese Weise können
Nutzer erkennen, ob es sich bei den bereits eingetretenen Änderungen um natürliche
Schwankungen oder schon um menschlich mitverursachte Änderungen handelt.
Mehr erfahren Sie im Norddeutschen Klimamonitor:
www.norddeutscher-klimamonitor.de
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www.norddeutscher-klimaatlas.de
zeigt mögliche Klimaänderungen bis 2100
Temperatur
2071-2100
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Wie warm kann es in Norddeutschland künftig werden?
Wird es im Winter vielleicht bald nur noch regnen?
Stimmen die Klimaszenarien tendenziell überein?
Solche und andere Fragen beantwortet der Norddeutsche
Klimaatlas. Der Internetatlas bündelt Rohdaten von numerischen
Klimarechenmodellen verschiedener Forschungseinrichtungen. Die
Rohdaten werden speziell für Norddeutschland ausgewertet.
Daraus abgeleitete Ergebnisse werden in allgemeinverständlicher
Form bereitgestellt.
Winterniederschlag
2071-2100
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Norddeutschland kann sich bis zum Ende des 21. Jahrhunderts
um etwa 1,3 bis 4,7°C erwärmen. Die Änderung des Niederschlages
kann in den Jahreszeiten sehr unterschiedlich ausfallen: Im
Sommer zeigen die Klimaszenarien in Norddeutschland ein
unklares Bild – sowohl Zu- als auch Abnahmen sind plausibel. Im
Winter müssen wir dagegen mit einer Niederschlagszunahme von
bis zu 41% rechnen.
•
Mehr erfahren Sie im Norddeutschen Klimaatlas:
•
www.norddeutscher-klimaatlas.de