CLIMATE CHANGE 2013

© Yann Arthus-Bertrand / Altitude
CLIMATE CHANGE 2013
The Physical Science Basis
Wolken und Aerosole: Quellen der Unsicherheit in Beobachtung und Projektion
Ulrike Lohmann
Hauptautorin Kapitel 7
Institut für Atmosphäre und Klima, ETH Zürich
Was ist neu?
•  Wolken und Aerosole haben ein eigenes Kapitel im 5.
Zustandsbericht
•  Geoengineering als mögliche Option zur mittelfristigen
Stabilisierung des Klimas durch Beeinflussung der
Solarstrahlung wird diskutiert
Inhaltlich:
•  Grösstenteils Bestätigung des 4. Zustandsberichts
•  Sicherere Aussagen dank verbesserter Datenlage und
Darstellung von Wolken und Aerosole in Klimamodellen
und besserem Prozessverständnis
•  Weiterhin unsicher: Rolle der Wolken bei der globalen
Erwärmung und Strahlungsantrieb der Aerosole
Beobachtete Temperaturänderung
1850-2012
Observed globally averaged combined land and ocean
(a)
surface temperature anomaly1850–2012
0.6
Annual average
0.4
Anomaly (°C) relative to 1961-1990
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
0.6
Decadal average
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
AR5, SPM, Fig. 1
-0.6
1850
1900
Year
1950
2000
Strahlungsantrieb der Aerosole
Short Lived Gases and Aerosols
Anthropogenic
Well-Mixed Greenhouse Gases
Emitted
Compound
Radiative Forcing by Emissions and Drivers
CO2
1.68 [1.33 to 2.03]
VH
CH4
CO2 H2Ostr O3 CH4
0.97 [0.74 to 1.20]
H
Halocarbons
O3 CFCs HCFCs
0.18 [0.01 to 0.35]
H
N 2O
N 2O
0.17 [0.13 to 0.21]
VH
CO
CO2
CH4 O3
0.23 [0.16 to 0.30]
M
NMVOC
CO2
CH4 O3
0.10 [0.05 to 0.15]
M
NOx
Nitrate CH4 O3
−0.15 [−0.34 to 0.03]
M
−0.27 [−0.77 to 0.23]
H
Cloud Adjustments
due to Aerosols
−0.55 [−1.33 to −0.06]
L
Albedo Change
due to Land Use
−0.15 [−0.25 to −0.05]
M
0.05 [0.00 to 0.10]
M
Aerosols and
precursors
Mineral Dust Sulphate Nitrate
Organic Carbon Black Carbon
Changes in
Solar Irradiance
2011
Total Anthropogenic
RF relative to 1750
−1
AR5, SPM, Fig. 5
Level of
Confidence
CO2
(Mineral dust,
SO2, NH3,
Organic Carbon
and Black Carbon)
Natural
Resulting Atmospheric
Drivers
2.29 [1.13 to 3.33]
H
1980
1.25 [0.64 to 1.86]
H
1950
0.57 [0.29 to 0.85]
M
0
1
2
3
−2
Radiative Forcing relative to 1750 (W m )
Strahlungsantrieb
der Aerosole
AR5, TS, Fig.6
Strahlungsantrieb der Aerosole
Irradiance Changes from
Aerosol-Radiation Interactions (ari)
Direct Effect
Radiative Forcing (RFari)
Semi-Direct Effects
Adjustments
Effective Radiative Forcing (ERFari)
AR5, WGI, Kapitel 7
Irradiance Changes from
Aerosol-Cloud Interactions (aci)
Cloud Albedo Effect
Lifetime (including glaciation
& thermodynamic) Effects
Radiative Forcing (RFaci)
Adjustments
Effective Radiative Forcing (ERFaci)
AR4
AR5
Radiative forcing due to aerosol-radiation
interactions 2
AeroCom mean
AeroCom 5%−95% range
Bellouin et al. (2013)
RFari (Wm-2)
1
Su et al. (2013)
0
−1
−2
AR5, WGI, Chapter 7
60 ºS
30 ºS
Eq
Latitude
30 ºN
60 ºN
Rückkopplungsmechanismen bei einer CO2
Verdopplung
additional feedbacks:
+0.2
K
+0.6K
???
albedo
feedback
cloud
feedback
+1.0 K
water vapor
+lapse rate
feedback
Doubling of
atmospheric
CO2
+1.2 K
initial warming
(Planck feedback)
+
+1.8 K
+3 K
(1.5-4.5K)
Total warming
Strahlungswirkung von Wolken
Hohe Wolken: wärmen
Tiefe Wolken: kühlen
Antwort der Wolken auf eine globale Erwärmung
Rising High Clouds
Broadening of the Hadley Cell
Narrowing of Tropical Ocean Rainfall Zones
Rising High Clouds
Poleward Shift of Storms
Rising of the Melting Level
More Polar Clouds
Less Low Clouds
Equator
AR5, WGI, Kapitel 7
30º
60º
Pole
Antwort der Wolken auf eine globale Erwärmung
CMIP5
Feedback (W m-2 ºC-1)
1.5
CMIP3
CFMIP
LW
CFMIP & CMIP3 Models
(by cloud level)
1.0
SW
Net
CFMIP Models
(by cloud property)
0.5
0.0
-0.5
-1.0
AR5, WGI, Kapitel 7
Total
High
Middle
Low
Amount Height Opacity
Geoengineering
Quelle: Miriam Kübbeler (2012)
Change in T
BNU-ESM
HadCM3
CanESM2
HadGEM2-ES
CCSM4
IPSL-CM5A-LR
CESM-CAM5.1-FV
MIROC-ESM
EC-Earth
MPI-ESM-LR
GISS-E2-R
NorESM1-M
Ensemble Mean
Change in Temperature (°C)
(a) 3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
cipitation (mm day-1)
(b)
0
10
20
0.10
0.08
0.06
AR5,
0.04 WGI, Kapitel 7
0.02
0
30
40
50
60
0.5
0.0
-0.5
(b)
Change in Precipitation (mm day-1)
Geoengineering
1.0
70
0
10
20
30
40
50
60
70
0
10
20
30
40
Year
50
60
70
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
Geoengineering
Temperatur
Niederschlag
AR5, Fig. 7.23
Wichtigste Aussagen:
•  Wolken stellen mit 66% Wahrscheinlichkeit eine
positive Rückkopplung dar
•  Der Strahlungsantrieb der Aerosole seit vorindustrieller
Zeit fällt mit -0.9 Wm-2 (Unsicherheitsbereich von -1.9
Wm-2 bis -0.1 Wm-2) weniger negativ aus als im 4.
Klimabericht
•  Sonnenlicht-Geoengineering kann zu einer Abkühlung
führen, aber nicht gleichzeitig sowohl die Temperaturals auch die Niederschlagsänderung kompensieren.
Zudem steckt es noch in den Kinderschuhen, ist
ungetestet und mit zahlreichen Nebenwirkungen und
Risiken verbunden
© Yann Arthus-Bertrand / Altitude
CLIMATE CHANGE 2013
The Physical Science Basis
Further Information
www.climatechange2013.org