Neues von der Klimaforschung

Christian-D. Schönwiese
Universität Frankfurt/Main
Institut für Atmosphäre und Umwelt
© ESA/EUMETSAT: METEOSAT 8 SG – multi channel artificial composite colour image, 23-5-2003, 12:15 UTC
Vortragsübersicht
• Die These vom „Hiatus“
• Übersicht der globalen Temperaturdatensätze (ab 1850 bzw. 1880)
• Trendanalyse (verschied. Zeitintervalle)
• Ein Blick auf Deutschland
• Kurze Ursachendiskussion
• DMG-Stellungnahme zum Klimawandel
(Sept. 2015)
Die These vom Hiatus
• „Hiatus“ hat verschiedene Bedeutungen.
• Im speziellen klimatologischen Sinn ist damit
eine Verlangsamung oder gar ein Stillstand der
globalen Erwärmung seit 1998 gemeint.
• Viele Medien haben immer wieder darauf
hingewiesen und sprechen von „rätselhaft“.
• Wissenschaftlich ist dagegen klar, dass sich
aus verschiedenen, weitgehend bekannten
Gründen ständig verschiedene Variationsanteile
überlagern (► Zeitreihenzerlegung).
• Das Auftreten von lediglich einem einheitlichen
Trend war und ist daher niemals zu erwarten.
Globaler Klimawandel, Land und Ozean
0,6
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1850 - 2014
1998
(CRU, Version 4N*, relativ zu 1961-1990)
Temperaturanomalien in °C
2014
0,4
0,2
1944
20-jähr. Glättung
1878
0
Hiatus?
polynomialer Trend
-0,2
1956
1976
-0,4
-0,6
1850
1911
1862
1875
1900
1925
„großer Hiatus“
1950
Zeit in Jahren
1975
2000
* Stand 1.7.2015
Rezente Rekorde: 1998 ►0,535; 2005 ►0,543; 2010 ►0,555; 2014 ►0,564 °C; 2015 ►?
0,8
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2014
NOAA-NCDC-GHCN
Temperaturanomalien in °C
0,6
Versionen Jan. 2015 und Juli 2015
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
- - - - polynomialer Trend (zu Version Juli 2015)
-0,6
1880
1890
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
ZeitininJahren
Jahren
Zeit
Jahresanomalien, Referenzperiode 1951-1980
T.R. Karl et al. (Science, 4.6.2015): Datenkorrekturen haben den (rezenten) Hiatus beseitigt.
K. Trenberth (Science, 14.8.2015): Hiatus-Frage abhängig von Zeitintervall und Ursachen.
Temperaturanomalien in °C
0,8
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2014
CRU4 (Univ. Norwich, UK)
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
Referenzperiode: 1951-1980
-0,6
1880
1900
1920
1940
1960
Zeit in Jahren
1980
2000
Temperaturanomalien in °C
0,8
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2014
CRU4 (Univ. Norwich, UK)
GISS (NASA, USA)
GHCN (NOAA, NCDC, USA)
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
Referenzperiode: 1951-1980
-0,6
1880
1900
Korrelationen jeweils + 0,99
1920
1940
1960
1980
2000
Zeit in Jahren
Stationsbasis (Land, 2014): CRU 5583, GISS ca. 6300, GHCN 7280 Stationen. CRU: Climatic
Research Unit; GISS: Goddard Institute for Space Studies; GHCN: Global Historical Climate
Network; NCDC: Nat. Climate Data Center; NOAA: Nat. Oceanic and Atmospheric Administration.
1,2
Temperaturanomalien in °C .
1,0
0,8
Globaltemperatur (Land und Ozean)
Jahresanomalien 1850-2014 (rel. zu 1961-1990)
im Vergleich zur
2007
1998
Nordhemisphäre (Land)
0,6
0,4
1938
0,2
1998
0,0
-0,2
1944
-0,4
-0,6
1911
-0,8
-1,0
1850
polynomiale Trends
1875
1870
1890
1910
1930
1950
Zeit in Jahren
Stand: 1.7.2015
1970
1990
2010
GL: CRU4N; NH: CRU4N
Trendtabelle Globaltemperatur, Land + Ozean
Stand Juli 2015, NOAA-alt Januar 2015; D = Dekade
Zeitspanne
CRU
GISS
NOAA
NOAA-alt
1880 - 2012*
0,83 °C
0,87 °C
0,85 °C
0,85 °C
0,063 °C/D 0,066 °C/D 0,064 °C/D 0,064 °C/D
1880 - 2014
0,86 °C
0,90 °C
0,89 °C
0,88 °C
0,064 °C/D 0,067 °C/D 0,066 °C/D 0,065 °C/D
1998 - 2012
0,08 °C
0,10 °C
0,12 °C
0,05 °C
0,054 °C/D 0,068 °C/D 0,080 °C/D 0,035 °C/D
1998 - 2014
0,11 °C
0,13 °C
0,17 °C
0,10 °C
0,062 °C/D 0,075 °C/D 0,098 °C/D 0,056 °C/D
* IPCC (2014): 0,85 ± 0,2 °C
1976 - 1998: 0,19 °C/D (0,44 °C; CRU) bzw. 0,17 °C/D (0,39 °C; NOAA)
1911 - 1944: 0,13 °C/D (0,46 °C; CRU)
Trendtabelle Globaltemperatur, Land + Ozean
Stand Juli 2015, NOAA-alt Januar 2015; D = Dekade
Zeitspanne
CRU
GISS
NOAA
NOAA-alt
1880 - 2012*
0,83 °C
0,87 °C
0,85 °C
0,85 °C
0,063 °C/D 0,066 °C/D 0,064 °C/D 0,064 °C/D
1880 - 2014
0,86 °C
0,90 °C
0,89 °C
0,88 °C
0,064 °C/D 0,067 °C/D 0,066 °C/D 0,065 °C/D
1998 - 2012
0,08 °C
0,10 °C
0,12 °C
0,05 °C
0,054 °C/D 0,068 °C/D 0,080 °C/D 0,035 °C/D
1998 - 2014
0,11 °C
0,13 °C
0,17 °C
0,10 °C
0,062 °C/D 0,075 °C/D 0,098 °C/D 0,056 °C/D
* IPCC (2014): 0,85 ± 0,2 °C
1976 - 1998: 0,19 °C/D (0,44 °C; CRU) bzw. 0,17 °C/D (0,39 °C; NOAA)
1911 - 1944: 0,13 °C/D (0,46 °C; CRU)
Trendtabelle Globaltemperatur, Land + Ozean
Stand Juli 2015, NOAA-alt Januar 2015; D = Dekade
Zeitspanne
CRU
GISS
NOAA
NOAA-alt
1880 - 2012*
0,83 °C
0,87 °C
0,85 °C
0,85 °C
0,063 °C/D 0,066 °C/D 0,064 °C/D 0,064 °C/D
1880 - 2014
0,86 °C
0,90 °C
0,89 °C
0,88 °C
0,064 °C/D 0,067 °C/D 0,066 °C/D 0,065 °C/D
1998 - 2012
0,08 °C
0,10 °C
0,12 °C
0,05 °C
0,054 °C/D 0,068 °C/D 0,080 °C/D 0,035 °C/D
1998 - 2014
0,11 °C
0,13 °C
0,17 °C
0,10 °C
0,062 °C/D 0,075 °C/D 0,098 °C/D 0,056 °C/D
* IPCC (2014): 0,85 ± 0,2 °C
1976 - 1998: 0,19 °C/D (0,44 °C; CRU) bzw. 0,17 °C/D (0,39 °C; NOAA)
1911 - 1944: 0,13 °C/D (0,46 °C; CRU)
Fazit: 1998-2012 hat es durchaus eine deutliche Erwärmung gegeben, noch
deutlicher 1998-2014; jedoch war 1976-1998 der dekadische Trend ungefähr
doppelt so stark. 2015 bahnt sich jedoch ein deutlicher neuer Rekord an.
Temperaturanomalien in °C
0,8
Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2014
2014
CRU4 (Univ. Norwich, UK)
GISS (NASA, USA)
GHCN (NOAA, NCDC, USA)
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
Referenzperiode: 1951-1980
-0,6
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Zeit in Jahren
Bisheriges Rekordjahr: 2014; neue Monatsrekorde 2015: März, Mai - Aug., …?
Somit wird es 2015 höchstwahrscheinlich ein neues Wärmerekordjahr geben.
* Derzeitiger Schätzwert (GISS): + 0,81 °C (Anomaliewert, Stand 12. Okt. 2015)
*
Temperaturanomaliekarte für das Jahr 2014
°C
Quelle: GISS, Abruf 10.02.2015
Temperaturanomaliekarte für Juli 2015
°C
°C
Quelle: GISS, Abruf 16.09.2015
Deutschland-Temperatur, Jahresanomalien 1761-2014
Temperaturanomalien in °C
.
(relativ zu 1961-1990) *
2007
2000
1994
1989/90
2,0
1,0
1822 1834
1779
2014
1934
1868
0,0
2010
-1,0
1962/63
1940
-2,0
1799
1805
1996
1956
30-jährige Glättung
polynomialer Trend
1829
-3,0
1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Zeit in Jahren
Datenquelle:
Rapp, 2000; DWD;
Analyse:
Schönwiese
* Mittelwert 1961-1990: 8,3 °C
Mittelwert (1961-1990): 8,3 °C; 2014: 10,4 °C
Deutschland-Temperatur, Sommeranomalien 1761-2015
Temperaturanomalien in °C .
4
(relativ zu 1961-1990)
2003
3
2
1781
1826 1834
1947
1859
1992/94
2015
1983
1
0
1993
-1
-2
-3
1805 1821
1816
1916
1913
1987
1978
1962
1956
Mittelwert (1961-1990): 16,2 °C; 2003: 19,6 °C
1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Zeit in Jahren
Datenquelle:
Rapp, 2000; DWD;
Analyse:
Schönwiese
Abs. Temperaturrekorde: 40,3 °C am 5.7. und 7.8.2015, Kitzingen
(Main, Bay.), 40,2 °C am 9.8.2003, Karlsruhe, und 13.8.2003, Karlsruhe, Freiburg, sowie am 27.7.1983 in Gärmersdorf (bei Amberg).
Deutschland-Temperatur, Winteranomalien 1761-2015
Temperaturanomalien in °C .
6
(relativ zu 1961-1990)
2007
4
1796
1975
1834
1990
1998
2
0
2010
-2
1970
-4
1929 1940 1947
-6
-8
1985 1996
1963
1830
1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
Zeit in Jahren
Datenquelle:
Rapp, 2000;
DWD; Analyse:
Schönwiese
Mittelwert (1961-1990): 0,2 °C: 2006/07: 4,5 °C
Zur Ursachendiskussion
(ENSO)
Cubasch und
Kasang, 2000
► Interne Wechselwirkungen im Klimasystem (Zirkulation, insbes. ENSO)
► Externe Einflüsse auf das Klimasystem (insbes. Sonnenaktivität,
Vulkanismus; Mensch: u.a. Emission von Gasen und Partikeln)
Erfassung externer Einflüsse: Strahlungsantriebe F
Für die Reaktion ∆T der bodennahen Lufttemperatur gilt
im globalen Mittel (Marotzke u. Forster, 2015):
∆T = (α +λ)•F mit λ = Sensitivitätsparameter
α = ozean. Wärmeaufnahme-Effizienz
Klimasensitivität bzgl. einer atm. CO2-Konzentrationsverdoppelung (relativ. zum vorindustriellen Niveau,
Klimamodelle, Gleichgewicht): 1,5 - 4,5 K (IPCC, 2014).
Mit F2xCO2 = 4,4 Wm-2 folgt annähernd: 1/3 < λ < 1.
Empirische Schätzungen (paläoklimatolog.): λ ≈ 3/4.
Probleme: ► Rückkopplungen
► transiente Reaktion (Zeitverzögerungen)
► λ prozess- und skalenabhängig
► weitere Strahlungsantriebe
► interne Wechselwirkungen oder Antriebe
► Wärmeaufnahme des Ozeans
Globale Strahlungsantriebe (RF) 1750-2011 (IPCC, 2014)
-1
0
+1
+2
Explosiver Vulkanismus im Industriezeitalter episodisch bis ~3 Wm-2 (z.B. Pinatubo, 1991)
Modellsimulationen Globaltemperatur, 1860-2012
(24 Modellsim., Meehl et al., 2007)
(39 Modellsim., Taylor et al., 2012)
Beobachtungen
Alle Antriebe
Beob.
Modelle
Referenzperiode: 1880-1919
„Der menschliche Einfluss
ist mit extrem hoher* Wahrscheinlichkeit die dominante
Ursache der beobachteten**
Erwärmung seit der Mitte des
20. Jahrhunderts“ (IPCC, 2014).
* p > 95%
Nur natürliche Antriebe
Beob.
Modelle
** bodennah und global
Die dem weitgehend anthopogenen Langfristtrend überlagerten
relativ kurzfristigen natürlichen
Variationen betragen ca. ± 0,1 °C
(IPCC, 2014). Sie bedürfen für die
jüngste Zeit jedoch einer näheren
Diskussion („Hiatus“).
IPCC, 2014
Index des El Niño / Südoszillation – Mechanismus
(Monatsdaten)
1983
1998
2015
Dieser Index berücksichtigt: Meeresoberflächentemperatur (SST),
bodennahe Lufttemperatur, Luftdruck und Wind in Meeresspiegelnähe und Wolkenbedeckungsgrad, jeweils im tropischen Ostpazifik.
(EN-SST- Gebiete, „1+2“: 0°- 10° S/ 80°- 90° W; „3.4“: 5° S - 5° N/120°-170° W.)
Quelle: Wolter und Timbin, 1993, 2011; NOAA, 2015 (Abruf 13.10.2015)
Klimamodellsimulationen ohne und mit ENSO*-Berücksichtigung
(d.h. ohne/mit der Temperatur des trop. Ostpazifiks als Antrieb)
▲
Kasatochi
Beobachtung
Modell POGA-H
(mit ENSO)
Modell HIST
(ohne ENSO)
1950
1960
1970
* El Nino / Südl. Oszillation
1980
1990
2000
2010
Kosaka und Xie, 2013 (Nature), erg.
Temperaturanomalien, saisonal
Hiatus ?
„Großer Hiatus“
PDO, saisonal
Mehrere Autoren
(zuletzt Trenberth,
2015) weisen auf
eine formale
Ähnlichkeit der Kaltund Warmphasen
der globalen
mittleren
bodennahen
Lufttemperatur
(GMST) mit den
entsprechenden
PDO - Phasen hin
(Kaltphasen: großer
und rezenter Hiatus).
Quelle: K.E. Trenberth
(NCAR), Science, 14.8.2015;
Temperaturdaten: NOAA
Die PDO (Pazifische Dekaden-Oszillation) beschreibt die SST-Anomalien des
Nordpazifiks an der US-amerikanischen Westküste (20° - 70° N). Außer relativ
kurzfristigen Fluktuationen, die mit dem Verhalten des Aleuten-Tiefs verknüpft
sind (z.T. bei der US-Wettervorhersage genutzt), gibt es auch dekadische
Zustände (Kalt-Phasen zuletzt 1947-1976 u. 1999-2013); Ursachen unbekannt.
Folgerungen
• Der global gemittelte relativ langfristige Temperaturanstieg (untere Atmosphäre, Land und Ozean, sog.
(„global warming“) ist stets von diversen kürzerfristigen
Variationen überlagert.
• Sie können die langfristige Erwärmung zeitweise
abschwächen oder sogar umkehren („Hiatus“).
• Ab 1998 ist wieder ein solcher Effekt (Abschwächung)
eingetreten, der jedoch je nach Datensatz bzw. Datenkorrektur unterschiedlich ausgeprägt war.
• Trotzdem hat sich die Erwärmung (seit Messbeginn) mit
immer neuen Temperaturrekorden fortgesetzt.
• Ab 2014, dem bisher wärmsten Jahr, hat sie sich wieder
verstärkt (2015 wahrscheinlich deutlicher neuer Rekord).
• Auch in Deutschland war das Jahr 2014 bisher am
wärmsten. Am 5.7. und 7.8.2015 traten mit 40,3 °C in
Kitzingen (Main) neue Temperaturrekorde auf.
DMG-Stellungnahme zum Klimawandel
vom Sept. 2015; kurze Auszüge
• Sowohl in Deutschland als auch weltweit war 2014 das
wärmste Jahr (oberflächennah, Flächenmittel seit 1880).
→ Indiz dafür, dass die Erwärmung…weiter fortschreitet.
• Die Erderwärmung erfolgt zeitlich nicht gleichmäßig.
Phasen stärkerer und schwächerer Temperaturzunahme
und sogar [relativ] kurzfristige Temperaturrückgänge
überlagern den langfristigen Anstieg.
• In der Stratosphäre stellt man eine Abkühlung fest. Dies
ist, zusammen mit der troposphärischen Erwärmung,
genau der Effekt, den man aufgrund der Strahlungswirkung der in ihren Konzentrationen zunehmenden
Treibhausgase erwartet.
• Der Einfluss der Meere im Klimasystem ist gravierend …
Der Wärmeinhalt der oberen zwei Kilometer der Ozeane
zeigt … einen recht kontinuierlichen Anstieg seit Jahrzehnten. … Das zeigt, dass die Erwärmung des Klimasystems unvermindert fortschreitet.
DMG-Stellungnahme zum Klimawandel, Fortsetzung
• Obwohl die Ursachen des Klimawandels … kontrovers
diskutiert werden, ist ein anthropogener Einfluss immer
deutlicher nachweisbar … [durch] insbesondere Ausstoß
von CO2 durch Nutzung fossiler Energieträger, …von
Partikeln, … Erdoberflächeneigenschaften.
• Viele Aspekte vergangener Klimaänderungen lassen sich
mit Klimamodellen nachvollziehen. Sie stellen die Wirklichkeit jedoch nur in sehr grober Annäherung dar. Das
führt zwangsläufig zu erheblichen Unsicherheiten in der
Berechnung des zukünftigen Klimas.
• Die Temperatur wird weiter steigen. [IPCC zitiert: 0,3 °C
bis 4,8 °C bis 2100 je nach Szenario.] … Tendenz zu
häufigeren sommerlichen Hitzewellen.
• Viele Unsicherheiten beim zukünftigen Anstieg des
Meeresspiegels. Niederschlag und Extremwetterereignisse zeigen uneinheitliche Änderungstendenzen.
• Vielfältige Auswirkungen, Anpassungsmaßnahmen nötig.
Die DMG-Stellungnahme zum Klimawandel
vom Sept. 2015 (anlässlich der 10. Deut.
Klimatagung (10DKT) ist verfügbar über:
http://www.dmg-ev.de/gesellschaft
Stellungnahmen/documents/
DMG-Klimastatement_2015.pdf
Vielen Dank
für Ihr Interesse
Homepage des Autors:
http://www.geo.uni-frankfurt.de/iau/klima