Neues und altes aus der Klimadiskussion

Neues und altes
aus der Klimadiskussion
Christian-D. Schönwiese
Goethe-Universität Frankfurt a.M.
Institut für Atmosphäre und Umwelt
DPG-AKE-Frühjahrstagung, 19. April 2012, Bad Honnef
Klima-Buchveröffentlichungen
fachfremder Autoren (Auswahl)
Klima allgemein:
W. Thüne: Der Treibhaus-Schwindel.
Discovery Press, Saarbrücken, 1998.
K.G. Blüchel: Der Klimaschwindel.
C. Bertelsmann, München, 2007.
U. Berner und H. Streif: Klimafakten.
Schweizerbart (BGR), Stuttgart, 2000.
Klima speziell:
Solarhypothesen
T. Landscheidt: Säkularer Tiefpunkt der Sonnenaktivität –
Ursache für eine Kälteperiode
um das Jahr 2000? Jahrbuch
„Weisheit zu Bremen“, 1980.
H.-J. Lüdecke: CO2 und Klimaschutz.
Fakten, Irrtümer, Politik.
Bouvier, Bonn, 2010.
N. Calder: Die launische Sonne.
Böttiger, Wiesbaden, 1997.
G. Ganteför: Klima. Der Weltuntergang
findet nicht statt.
Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
F. Vahrenholt und S. Lüning:
Die kalte Sonne. Warum die
Klimakatastrophe nicht stattfindet. Hoffmann und Campe,
Hamburg, 2012.
Fred S. Singer: Falsche Klimaprognosen. TvR Medienverlag, Jena, 2011.
F. Vahrenholt und S. Lüning: „Hier irren die Klimapäpste“. Zeit, 1.3.2012.
Zusammenstellung der wichtigsten Argumente des „Sonnen-Buchs“.
Typische fachfremde Argumente
• In den letzten ca. 10 Jahren ist es im globalen Mittel
nicht wärmer geworden.
• Ca. 1945-1975 ist es global kälter geworden, trotz
weiterem Anstiegs der atmosphär. CO2-Konzentration.
• Ein CO2-Konzentrationsanstieg um 0,011 Prozent ist
viel zu gering, um Klimaeffekte zu bewirken.
• Der natürl. CO2-Austausch (Atmosphäre-Ozean bzw.
Vegetation) ist viel größer als die anthropog. Emission.
• Der Klimawandel der letzten Jahrtausende ist zu wenig
untersucht und verstanden.
• Wie früher ist die Sonnenaktivität auch im Industriezeitalter der treibende Klimafaktor. Der vom IPCC
behauptete Beitrag von 5 % ist eine Fehleinschätzung.
• Geringere Sonnenaktivität wird in den kommenden
Jahrzehnten für Abkühlung sorgen. Klimaschutzmaßnahmen (gegen Erwärmung) sind daher unnötig.
Temperaturanomalien in °C
0,8
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2011
0,6
CRU (Univ. Norwich, UK)
GISS (NASA, USA)
GHCN (NOAA, NCDC, USA)
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
Referenzperiode: 1951-1980
-0,6
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Zeit in Jahren
Aktuelle Stationsbasis: CRU 5583, GISS ca. 6300, GHCN 7280 Stationen
GISS: Goddard Institute for Space Studies; GHCN: Global Historical Climate Network, NOAA:
National Oceanic and Atmospheric Administration, NCDC: National Climate Data Center
Klimawandel der letzten ca. 160 Jahre
0,6
1998
Temperaturanomalien in °C
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1850 - 2011
0,4
(CRU, relativ zu 1961-1990)
0,2
20-jähr. Glättung
1944
1878
0
Polynomialer Trend
-0,2
1964
-0,4
1976
1956
Linearer Trend 1901-2000: + 0,7 °C
-0,6
1850
1911
1862
1875
1900
1925
1950
1975
2000
Zeit in Jahren
CRU: Climatic Research Unit, University of Norwich, UK; aktuell 5583 Stationen
Regionale Aspekte des Klimawandels
Temperaturtrends 1901-2000 (Jahreswerte)
Datenquelle: Jones et al., 2005; Analyse: Schönwiese et al, 2005
Nordhemisphärisch gemittelte
Temperaturvariationen
der letzten 10 000 Jahre
K-Niveau ca. 10-11 °C
Rasche
Erwärmung
im 20. Jh.
Viele Quellen, insbes. Dansgaard, 1969; Clark, 1984, hier nach Schönwiese, 1994
Klimawandel der letzten ca. 2000 Jahre
(rel. zu 1961-1990)
Unsicherheit
0
200
400
600
800
1000
1200
Zeit in Jahren
1400
1600 1800 2000
Jahr
Dazu gibt es 11 Alternativen→Balkenbereich
(Unsicherheit; IPCC,2007)
TNH-Rekonstruktionen 600-1998 n.C., Stand 2007
IPCC, 2007
Rekonstruktionen
Nordhem.
Mitteltemp.,
bodennah,
paläoklim.
Rekonstruktionen und
Modellrechnungen
(IPCC, 2007)
Modellierungen
(Sonnenaktivität, Vulkanismus, ENSO, …;
„Treibhausgase“, Partikel, …)
Klimafaktor Sonnenaktivität
Die Sonnenflecken (Fernrohrbeobachtungen seit 1610) sind
relative Dunkelgebiete auf der Photosphäre (sichtbare Sonnenoberfläche). Sie werden durch ungefähr gleichzeitig auftretende
Sonnenfackeln, Protuberanzen u.ä. überkompensiert, so dass
die „unruhige Sonne“ (relativ starke Fleckenaktivität) etwas
stärker ausstrahlt als die „ruhige“ (gem. Satellitenmessungen).
Diese Sonnenaktivität verläuft in verschiedenen sich überlagernden Zyklen (vgl. Sonnenflecken-Relativzahlen, SRZ):
• 11-jähriger Schwabe-Zyklus (genauer: 8-15 Jahre);
• 22-jähriger Hale-Zyklus;
• 40-50-jähriger Schove-Zyklus;
• 75-90-jähriger Gleissberg-Zyklus;
• 180-200-jähriger José-Zyklus usw.
Außerdem gibt es sog. solare Minima, d.h. Zeitintervalle mit
extrem wenig Sonnenaktivität (z.B. Maunder-Min., 1635-1715).
Zur Sonnenaktivität als Klimafaktor
Sonnenflecken-Relativzahlen .
200
Sonnenflecken-Relativzahlen 1600-2011
180
1778
160
1870
140
120
1957
50-jährige Glättung
100
DaltonMinimum
80
60
40
MaunderMinimum
20
0
1600
1650
1700
1750
1800
1850
Zeit in Jahren
1900
1950
2000
SIDC, 2012; bearbeitet
Satellitenmessungen der Sonneneinstrahlung außerhalb der Atmosphäre („Solarkonst.“)
seit 1978 zeigen parallel zu den Sonnenflecken Variationen im Promillebereich.
Zur Historie solarer Hypothesen (Auswahl) *
• Direkte formale Vergleiche (Korrelationen) SRZ-Temperatur,
z.B. W. Köppen 1914 (Lufttemperaturen, Sonnenflecken und
Vulkanausbrüche“, Met. Z. 31, 305); und viele andere.
• Verschiedene SRZ-basierte Modifikationen ( Regressionen),
z.B. Kondratyev und Nikolsky 1970, Hoyt 1979, …
• Sonnendurchmesser-Variationen (Gilliland 1980).
• Variationen des Massenzentrums der Sonne und großen
Planeten („Drehmomentänderungen“; Landtscheidt 1980).
• Variationen der quasi-11-jährigen SRZ-Zykluslänge,
(Friis-Christensen und Lassen 1991).
• Rückkopplungshypothesen, insbesondere aufgrund der SRZmodulierten Variationen der kosmischen Strahlung und
deren Einfluss auf die Bewölkung (Svensmark et al. 1997).
• Variationen der „Solarkonstanten“ aufgrund von Satellitenmessungen und SRZ-Regressionen (Lean 1995/2000/2009).
* Schönwiese et al.: Projektbericht 1992, div. Einzelpublikationen, Klimatologie 2008
Ursachen des Klimawandels (Industriezeitalter)
(ENSO)
► Interne Wechselwirkungen im Klimasystem (z.B. ENSO)
Cubasch
Kasang, 2000(z.B. Sonne, Mensch)
► Externe Einflüsse auf
das und
Klimasystem
Kohlendioxid-Konzentration, Mauna Loa
400
2011: 391,6 ppm
Konzentration in ppm .
390
380
370
360
350
Jahr - zu - Jahr - Anstieg in ppm
340
330
3
320
2
310
1
300
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
Zeit in Jahren
CDIAC, 2012; NOAA, 2012
2000
2005
2010
Folge: Anstieg der atm. CO2-Konzentration
(Darstellung: Holozän, d.h. letzte ca. 10 000 Jahre)
CO2
in
ppm
RF
2011: 392 ppm
in
W
m2
2005: 380 ppm
1750-2011: Anstieg
von 280 auf 392 ppm
(0,028 → 0,032 Vol.%,
Differenz 0,011 Vol.%)
entspricht 40 Prozent!
1750: ~ 280 ppm
7500 Jahre v.h.:
ca. 260 ppm
10 000
7500
5000
2500
0 J.v.h.*)
IPCC 2007, ergänzt 2012
Globaler Kohlenstoffkreislauf in Gt C bzw. Gt C/Jahr
Bezugsjahr 2010
Vulkanismus
0,1
100
Stratosphäre
2-15 J
720
Troposphäre
1-10 J
120
70
Landnutzung
(insbesondere
Waldrodung)
1,0
2,4
650 Landvegetation
3150 tote Biomasse
Biosphäre
0,5-50 J
200-400 J
?
920
Mischungsschicht 1-10 J
37 200
Sedimente
fossile Brennstoffe
8,8 *)
2,3
„tiefer“ Ozean
> 1000 J
Ozean
Bodenemission
20 000 000
106-109 J
davon: 4000 (700) Kohle
Pedosphäre/
Lithosphäre
Atmosphäre
750 (140) Erdöl
540 (110) Erdgas
Quellen: Heimann, 2000; IPCC, 2007; GCP, 2011; Sw/Buchal, 2012
Verwitterung
0,4
Maximalschätzungen
(sichere Reserven)
*) entspr. ca. 32, mit Landnutzung ca. 36 Gt CO2
Klimamodelle
IPCC, 2007: „The
observed widespread
warming of the atmosphere and ocean …
support the conclusion
that it is extremely
unlikely* that global
climate change of the
past fifty years can be
explained without
external forcing, and
very likely** that this is
not due to known
natural causes alone.“
-----------------*p = 5% (95%) ** p = 90%
Vgl. auch „Fingerprint“Studien, Hasselmann 1992
Globaltemperatur, Anomalien 1960 - 2011(2010)
Vergleich bodennah und Stratosphäre
(sowie einige explosive Vulkanausbrüche)
1,0
bodennah
Temperaturanomalien in °C
Agung(1963+1)
Trend: + 0,6 °C
0,5
El Chichón (1982)
Fernandia (1968+2)
St. Augustine(1976)
0,0
Kasatochi (2008/+1)
Pinatubo (1991+1)
-0,5
Stratosphäre
-1,0
Trend: - 2,2 °C
-1,5
-2,0
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
Zeit in Jahren
1995
2000
2005
2010
CRU 2012; Angell 2011; erg.
Beachte:
Vulkanismus kühlt die Troposphäre und wärmt die Stratosphäre (vgl. oben);
Sonnenaktivität wärmt die Troposphäre und Stratosphäre; „Treibhausgase“
wärmen die Troposphäre und kühlen die Stratosphäre; interne Wechselwirkungen (z.B. ENSO) beeinflussen nur die Troposphäre (bodennahe Atmosphäre).
Datenbasis, natürliche Antriebe
1366,8
Einstrahlung in W/m2 .
1366,6
Solare Einstrahlung (nach Lean)
1981
1957
1989
2000
(1860 - 2008)
1366,4
1969
1366,2
1366,0
1365,8
2008
1365,6
1986
1975
1365,4
1365,2
1996
1901
1365,0
1860
1880
1900
1920
1940
1960
Quelle: J. Lean, pers. Mitt., 2009
1980
2000
Datenbasis, natürliche Antriebe
Zeit in Jahren
Strahlungsdantrieb in W/m2 .
0
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
-1
2008
Kasatochi
-2
1963
Agung
1983 (+1)
El Chichón
-3
-4
1992(+1)
Pinatubo
-5
-6
-7
1903 (+1)
Santa Maria
1884 (+1)
Krakatau
Vulkanismus (global, nach Grieser)
(1860-2008)
Quelle: J. Grieser, C.-D. Schönwiese, 1999; erg. nach US Smiths. Inst., 2009
Datenbasis, anthropogene Antriebe
500
ppm
465,2 ppm
Treibhausgase (GHG)
Konzentration .
450
400
CO2 -Äquivalente
350
385,6 ppm
CO2
300
290 ppm
250
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
Quelle: CDIAC (Internet), 2009; bearbeitet; RF ca. 3 Wm-2.
2000
Datenbasis, anthropogene Antriebe
0,7
Sulfatbildung, untere Atmosphäre
Emission in mg/m2 .
0,6
(Schätzung aufgrund von anthropogener SO2-Emission)
0,5
1980
0,4
0,3
0,2
1950
0,1
0
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Quelle: R.J. Charlson et al., 1992; MPIM (Cubasch), extrapoliert; RF ca. 1,2 Wm-2.
Zur statistischen Ursachenanalyse (neuronales Netz)
Temperaturanomalien in °C .
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
Explosive Vulkanausbrüche:
Kr = Krakatau (1883)
SM = Santa Maria (1902)
Ag = Agung (1963)
SA = St. Augustine (1976)
EC = El Chichon (1982)
Pi = Pinatubo (1991)
Ka = Kasatochi (2008)
Globaltemperatur 1860-2008
Beobachtung und statistische
Simulation (neuronales Netz)
• mittleres bis starkes El Niño
Sim.
•
•
●
• •
●
●
●
●
Beob.
•
●
TR = Treibhausgassignal
SU = Sulfatpartikelsignal
TR+SU kombiniert
● sehr starkes El Niño
SU
TR
•
•
●
• •
•
TR + SU
•
EC
-0,4
Kr
1860
Ag
SM
-0,6
1880
1900
1920
• •
1940
Zeit in Jahren
1960
Pi
Ka
SA
1980
2000
Schönwiese et al., 2010
Erklärte Varianzen: anthropogen
61 %, natürlich
Schönwiese
et al. 2010 27 % (unerklärt 12 %)
Quantifizierung der Klimafaktoren
Mittlere globale troposphärische Strahlungsantriebe (ca. 1750-2000; IPCC, 2007)
und empirisch-statistisch geschätzte bodennaheTemperatursignale 1860-2008
Klimafaktor
Art
Strahlungsantrieb*
Signal***
Signalstruktur
„Treibhausgase“
Troposphär. Sulfat
Ruß
Stratosphär. Ozon
Strat. Wasserdampf
Albedo (Landnutzung)
Flugverkehr (Ci u.a.)
Vulkaneruptionen
Sonnenaktivität
El Niño (ENSO)
a
a
a
a
a
a
a
n
n
n
+ 3,0 (2,7 - 3,6)
- 1,2 (0,4 - 2,7)
+ 0,1 (0,0 - 0,2)
- 0,1 (0,05 - 0,15)
+ 0,07 (0,02 - 0,12)
- 0,2 (0 - 0,4)
+ 0,01 (0,003 - 0,03)
max. ≈ - 3 **
+ 0,1 (0,06 - 0,3)
(intern)
0,9 - 1,5 K
0,2 - 0,5 K
0,2 - 0,3 K
0,1 - 0,2 K
0,1 - 0,2 K
progressiver Trend
uneinheitlicher Trend
Trend
Trend
Trend
Trend
Trend
episodisch (1 - 3 Jahre)
fluktuativ
episodisch (Monate)
2 x CO2, Gleichgew.
a
+ 4,4
2,0 - 4,5 K progressiver Trend
* Strahlungsantrieb in Wm-2; + Erwärmung, - Abkühlung; Art: a = anthropogen, n = natürlich
** Pinatubo: 1991 → 2.4 Wm-2, 1992 → 3.2 Wm-2, 1993 → 0.9 Wm-2; nach McCormick et al. (1995)
*** Schönwiese, Walter u. Brinckmann (2009)
Quelle: IPCC, 2007, ergänzt; ***Schönwiese et al., 2010 (neuronale Netz-Analyse)
Zeitabhängige Beiträge der Klimafaktoren
(bodennahe Lufttemperatur, global, multiple lineare Regression)
90
%
Zeitlich gleitende EV-Analyse (MLR)
Erklärte Varianz (EV) .
80
(Zeitfenster 80 Jahre)
70
Total
60
GHG
50
40
Nat
30
SOL
20
10
0
1860
-1939
ENSO
1870
-1949
1880
-1959
1890
-1969
1900
-1979
1910
-1989
1920
-1999
1929
1930
-2008
Folgerungen
• Trotz erheblicher räumlich-zeitlicher Klimavariabilität
bleibt es dabei, dass zumindest im globalen Mittel und
in den letzten Jahrzehnten der Klimafaktor Mensch
(insbesondere „Treibhausgase“) immer mehr zum
dominanten Klimafaktor geworden ist.
• Das bedeutet für die Zukunft ein großes Risiko.
• Die Sonnenaktivität spielt demgegenüber eine sehr
untergeordnete Rolle.
• Diverse Buchpublikationen fachfremder Autoren, die
im Widerspruch zur klimatologischen Fachwissenschaft stehen (Lehrbücher, begutachtete Fachpublikationen, IPCC) enthalten eklatante Fehler bzw.
Fehlinterpretationen.
• Sie sollten von baldigen und wirkungsvollen Klimaschutzmaßnahmen (Anpassung, Vorsorge) und einer
entsprechend verantwortungsvollen Energiepolitik
nicht ablenken.
Vielen Dank
für Ihr Interesse
Homepage des Autors:
http://www.geo.uni-frankfurt.de/iau/klima