Der 5. UN-Klimareport

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1 Der 5. UN-Klimareport Arbeitsgruppe 1: Wissenschaftliche Grundlagen Im Jahr 2013 hat der Klimarat der Vereinten Nationen (IPCC) begonnen, seinen fünften Klimareport zu veröffentlichen. Der Klimareport fasst regelmäßig den Stand der weltweiten Klimaforschung zusammen. Arbeitsgruppe 1 hat den aktuellen Kenntnisstand über Klimaänderungen, die hierfür verantwortlichen Antriebskräfte, unser Verständnis des Klimasystems und unser Wissen über künftige Klimaänderungen zusammengefasst. Die wesentlichen Ergebnisse sind im Folgenden dargestellt. Für Eilige: >> Erkenntnisfortschritte gegenüber dem 4. UN-Klimareport. Klimaänderungen An einer Erwärmung des Klimas gibt es keinen Zweifel: Die Atmosphäre und der Ozean haben sich erwärmt, Schnee und Eis sind geschmolzen, der Meeresspiegel ist gestiegen und die Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre ist gestiegen. Erdatmosphäre Beobachtete Änderung der durchschnittlichen Erdoberflächentemperatur seit Beginn der flächendeckenden Temperaturmessung. Die Kurve zeigt Jahresmittelwerte; die Abweichung bezieht sich auf die Durchschnittstemperatur des Zeitraums von Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Die Temperatur der Erdoberfläche ist seit 1880 um 0,85 Grad Celsius gestiegen (siehe Abb. oben). Die letzten drei Jahrzehnte waren jeweils wärmer als alle Jahrzehnte seit Beginn der flächendeckenden Temperaturmessungen im Jahr Aufgrund der hohen natürlichen

2 Schwankung der jährlichen Temperatur können kurzfristige Betrachtungen, die mit einem warmen Jahr beginnen, von der langjährigen Klimaentwicklung abweichen: So hat sich die Erde in den 15 Jahren seit 1998 (einem Jahr mit einem starken >> El Niño) "nur" um 0,075 Grad Celsius erwärmt. Ozean Die Weltmeere erwärmen sich langsamer als die Erdatmosphäre, nehmen aber insgesamt eine wesentlich größere Wärmemenge auf; sie stellen damit einen noch besseren Indikator für den Klimawandel dar - über 90 Prozent der zusätzlichen Energie, die die Erde erwärmt, wird im Ozean gespeichert, über 60 Prozent in den oberen 700 Metern. Es ist nahezu sicher, dass die oberen 700 Meter sich seit 1971 erwärmt haben (unklar ist, ob sich diese Erwärmung im letzten Jahrzehnt verlangsamt hat); wahrscheinlich ist eine Erwärmung der oberen 2000 Meter. In den oberen 75 Metern betrug die Erwärmung seit ,11 Grad Celsius pro Jahrzehnt. Veränderung des Wärmeinhalts in den oberen 700 Metern der Weltmeere seit 1951 im Verhältnis zum Bezugsjahr Der grüne Bereich zeigt die Unsicherheiten an. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Schnee und Eis Im Zeitraum von 1993 bis 2009 nahm die Eismasse der Gletscher um 275 Milliarden Tonnen pro Jahr ab (sehr wahrscheinlich); die Eismasse des grönländischen Eisschildes im Zeitraum von 2002 bis 2011 um 215 Milliarden Tonnen pro Jahr (sehr wahrscheinlich) und die des antarktischen Eisschildes im gleichen Zeitraum um 147 Milliarden Tonnen pro Jahr (wahrscheinlich). Die Ausdehnung des arktischen Meereises während des arktischen Sommers ging im Zeitraum von 1979 bis 2012 jedes Jahrzehnt um 9,4-13,6 Prozent, das sind bis Quadratkilometer, zurück (sehr wahrscheinlich).

3 Ausdehnung des arktischen Meereises im Sommer. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Meeresspiegel Seit 1901 ist der Meeresspiegel im 19 Zentimeter angestiegen (sehr wahrscheinlich). Dieser Anstieg ist schneller als jede Veränderung des Meeresspiegels in den letzten Jahren. Zwischen 1993 und 2010 betrug der Anstieg sogar 3,2 Millimeter pro Jahr (sehr wahrscheinlich). Der Anstieg des Meeresspiegels geht im wesentlichen auf die Ausdehnung des wärmer werdenden Meerwassers und das schmelzende Eis aus Gletschern und Eisschilde zurück, die einen Anstieg von 2,8 Millimetern im Jahr verursachen. Anstieg des Meeresspiegels seit Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Kohlenstoff- und andere biogeochemische Kreisläufe Von 1750 bis 2011 hat die Menschheit durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Zementproduktion 365 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, weitere 180 Milliarden Tonnen stammen aus der Abholzung von Wäldern und anderen Änderungen der Landnutzung, so dass in der Summe 545 Milliarden Tonnen Kohlendioxid freigesetzt wurden. Von diesen blieben 240 Milliarden Tonnen in der Atmosphäre, 155 Milliarden Tonnen wurden von den Weltmeeren und 150 Milliarden Tonnen von den Ökosystemen auf dem Festland aufgenommen. Die 240 Milliarden Tonnen, die in der Atmosphäre blieben, erhöhten hier die Konzentration bis 2011 auf 391 ppm, rund 40 Prozent über der vorindustriellen Konzentration. Die 155 Milliarden Tonnen, die von den Weltmeeren

4 aufgenommen wurden, senkten den ph-wert an der Meeresoberfläche um 0,1 (sehr wahrscheinlich). Auch die Konzentration der Treibhausgase Methan und Distickstoffoxid (Lachgas) in der Atmosphäre nahmen durch menschliche Aktivitäten zu. Bei Methan liegen sie um 150 Prozent, beim Lachgas um 20 Prozent über der vorindustriellen Konzentration. Die Zunahme der Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre. Dargestellt ist die Entwicklung an zwei Messstationen seit 1958: Mauna Loa auf Hawaii (rot) und am Südpol (schwarz). Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Antriebskräfte der Klimaänderungen Klimaänderungen wurden durch natürliche und vom Menschen verursachte Treiber ausgelöst, die den Strahlungshaushalt der Erde verändern. Beziffert werden die Änderungen mit dem sogenannten Strahlungsantrieb, der in Watt pro Quadratmeter angegeben wird. Ein positiver Strahlungsantrieb führt zu einer Erwärmung der Erde, ein negativer Strahlungsantrieb zu einer Abkühlung. Die folgende Abbildung zeigt den durchschnittlichen Strahlungsantrieb für den Zeitraum von 1750 bis 2011:

5 Schätzung des Strahlungsantriebs verschiedener Treiber des Klimawandels im Jahr Die schwarzen Rauten geben die besten Schätzung an, die Linien stellen die Unsicherheiten dar. Rechts stehen die Zahlenangaben (Unsicherheiten in Klammern) in Watt/m², ganz rechts ist das Ausmaß des wissenschaftlichen Verständnisses (AWV) dargestellt. SH steht für sehr hoch, H für hoch, M für mittel und N für niedrig. Ganz unten die Abschätzung der Summe der vom Menschen verursachten Klimaveränderungen für drei Jahre dargestellt. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Die Abbildung zeigt, dass der Strahlungsantrieb von 1980 bis 2011 um über ein Watt/m² zugenommen hat, schneller als zuvor. Die Veränderung der Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre seit Beginn der Industriellen Revolution hat alleine einen Strahlungsantrieb von 1,68 Watt/m² verursacht. Aerosole (in der Luft gelöste oder schwebende Flüssigkeiten und Schwebstoffe) in der Atmosphäre haben die Auswirkungen des Klimawandels wahrscheinlich gemindert, insbesondere wenn man ihren Einfluss auf die Wolkenbildung berücksichtigt. Diese Prozesse sind aber noch nicht gut verstanden, das Ausmaß des wissenschaftlichen Verständnisses ist niedrig. Änderungen in der Sonneneinstrahlung haben nur einen Strahlungsantrieb von 0,05 Watt/m² ausgelöst, ihr Beitrag zum Klimawandel ist gering.

6 Unser Verständnis des Klimasystems Unser Wissen über das Klimasystem stammt aus der Verknüpfung von Erkenntnissen aus Beobachtungen, der Untersuchung von Rückkoppelungen und der Simulation mit Klimamodellen. Die Qualität von Klimamodellen wird getestet, indem die Ursachen beobachteter Klimaänderungen mit ihrer Hilfe untersucht werden. Inzwischen sind die Modelle in der Lage, die Klimaänderungen seit 1950 mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu erklären. Kurzfristige Änderungen werden weniger gut abgebildet. So besteht am überwiegenden menschlichen Beitrag zum Klimawandel fast kein Zweifel mehr, er gilt als extrem wahrscheinlich (siehe auch Abb. unten). Es ist aber weniger klar, ob der langsamere Anstieg der Erdtemperatur seit 1998 an Änderungen des Strahlungsantriebs (durch Schwankungen in der Sonnenstrahlung und häufigere Vulkanausbrüche) oder durch eine erhöhte Wärmeaufnahme durch die Weltmeere verursacht ist. Auch sind regionale Voraussagen noch weniger zuverlässig als globale. Unser begrenztes Wissen über komplexe Rückkoppelungen führt auch dazu, dass nach wie vor nur ungenau bekannt ist, zu welcher Temperaturänderung die Änderung des Strahlungsantriebs führen wird: Eine Änderung des Strahlungsantriebs, die einer Verdoppelung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre entspricht, wird wahrscheinlich zu einer Temperaturänderung von 1,5 bis 4,5 Grad Celsius führen. Vergleich beobachteter und simulierter Klimaveränderungen: Klimamodelle, die nur natürliche Faktoren berücksichtigen, können die beobachteten Klimaveränderungen nicht erklären. Erst die Berücksichtigung der vom Menschen verursachten Faktoren erklärt den Klimawandel. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Dass menschliche Aktivitäten den größten Anteil an diesen Klimaveränderungen haben, bedeutet auch, dass der Mensch verantwortlich ist für die Erwärmung der Erde einschließlich der oberen 700 Meter der Weltmeere; wahrscheinlich hat dieser Einfluss auch den globalen Wasserkreislauf verändert, die Gletscher und das grönländische Eisschild abschmelzen lassen und sehr wahrscheinlich die Häufung von Wetterextremen erhöht sowie den Anstieg des Meeresspiegels verursacht. Künftige Klimaänderungen

7 Die weitere Freisetzung von Treibhausgasen wird zu einer weiteren Klimaerwärmung und den damit einhergehenden Änderungen am Klimasystem führen. Um mögliche Auswirkungen abschätzen zu können, wurden eine Reihe von Szenarien (RCPs, von engl. representative concentration pathways, "repräsentative Konzentrationspfade") untersucht, die zu unterschiedlichen Entwicklungen der Konzentration von Treibhausgasen führen würden. Das Ausmaß der künftigen Klimaänderung hängt davon ab, welche Mengen an Treibhausgasen tatsächlich noch freigesetzt werden. Dies zeigt die folgende Abbildung: Die vom Menschen verursachte Temperaturerhöhung der Erde hängt von der Summe der vom Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen ab. Die Abbildung zeigt ausgewählte Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100 sowie zum Vergleich die Entwicklung, wenn die Kohlendioxid-Konzentration um ein Prozent pro Jahr zunimmt (schwarz-grau dargestellte untere Entwicklung). Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Wenn wir das Ziel, die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius zu begrenzen, mit einer Wahrscheinlichkeit von 66 Prozent erreichen wollen, dürften - wenn auch andere Treibhausgase berücksichtig werden - insgesamt nicht mehr als 800 Mrd. Tonnen Kohlendioxid emittiert werden (das entspräche dem Szenario RCP 2.6, das ambitionierte Klimaschutzmaßnahmen voraussetzt). Erdatmosphäre Bis zum Zeitraum wird die Erdatmosphäre in jedem Fall wahrscheinlich um weitere 0,3 bis 0,6 Grad Celsius wärmer. Bis zum Ende des Jahrhunderts (Zeitraum 2081 bis 2100) hängt die Erderwärmung vom gewählten Szenario ab (siehe Abb. unten): Im besten Fall

8 bleibt sie bei 0,3 bis 1,7 Grad Celsius (so beim erwähnten "Klimaschutz-Szenario" RCP 2.6), sie könnte aber auch 2,6 bis 4,8 Grad Celsius betragen (bei zukünftig hohen Treibhausgas- Emissionen, Szenario 8.5). Wahrscheinliche zukünftige Entwicklung der Temperatur der Erdoberfläche für verschiedene Emissionsszenarien. Die mittlere Abbildung zeigt die Ergebnisse verschiedener Modellrechnungen für zwei Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100, die Balken rechts den Durchschnittswert für vier Emissionsszenarien. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Wetterextreme werden fast sicher zunehmen, sehr wahrscheinlich sind heißere und längere Hitzewellen. Kalte Winter wird es gelegentlich auch in Zukunft geben. Auch extreme Regenfälle werden sehr wahrscheinlich sowohl häufiger als auch heftiger werden, vor allem in den mittleren Breiten und in den Tropen. Monsunregen werden wahrscheinlich zunehmen und ein größeres Gebiet betreffen. Wahrscheinlich werden Rückkoppelungen dazu führen, dass in Gebieten mit hoher Umweltverschmutzung die Konzentration von erdnahem Ozon und von Feinstaub in der Atemluft zunehmen wird. Ozean Die Weltmeere werden weiter erwärmt, besonders betroffen sind die tropischen Gewässer und die subtropischen der Nordhalbkugel. Hier nimmt die Temperatur der oberen 100 Meter je nach Szenario zwischen 0,6 und 2,0 Grad Celsius zu. Sehr wahrscheinlich wird die atlantische Meeresströmung (der "Golfstrom") durch die Erwärmung abgeschwächt. Diese allgemeine Tendenz kann von natürlichen Schwankungen überlagert werden. Ein Zusammenbrechen oder eine abrupte Verlagerung der Meeresströmung im 21. Jahrhundert gilt als sehr unwahrscheinlich, danach kann sie aber nicht ausgeschlossen werden. Schnee und Eis Sehr wahrscheinlich wird das arktische Meereis weiter zurückgehen. Je nach Szenario beträgt der projizierte Rückgang im Sommer (September) zwischen 43 und 94 Prozent. Bereits vor 2050 könnte der arktische Ozean bei fortgesetzt sehr hohen Treibhausgas-Emissionen (Szenario RCP 8.5) im Sommer eisfrei sein.

9 Das Volumen der Gletscher auf der Erde könnte bis zum Ende des Jahrhunderts je nach Emissionen zwischen 15 und 55 (RCP 2.6) und 25 und 85 Prozent (RCP 8.5) zurückgehen. Die Ausdehnung der Permafrost-Böden könnte zwischen 37 Prozent (RCP 2.6) und 81 Prozent (RCP 8.5) zurückgehen. Meeresspiegel Der Meeresspiegel wird sehr wahrscheinlich - und unabhängig vom Emissionsszenario - während des 21. Jahrhunderts schneller ansteigen als in den letzten 50 Jahren, da die Erwärmung der Weltmeere und das Abtauen der Eisschilde und Gletscher zunehmen. Das Ausmaß des Anstiegs hängt aber vom Emissionsszenario ab: Die Spannweite des wahrscheinlichen Anstiegs bis zum Zeitraum 2081 bis 2100 reicht von 26 bis 55 Zentimeter für Szenario RCP 2.6 und von 45 bis 82 Zentimeter für Szenario 8.5 (bei dem der wahrscheinliche Anstieg im Jahr 2100 zwischen 52 und 98 Zentimeter beträgt). Wahrscheinlicher zukünftiger Anstieg des Meeresspiegels für verschiedene Emissionsszenarien. Die mittlere Abbildung zeigt die Ergebnisse verschiedener Modellrechnungen für zwei Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100, die Balken rechts den Durchschnittswert für vier Emissionsszenarien. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, eigene Übersetzung. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Anstieg auch deutlich stärker ausfällt, falls Teile des antarktischen Eisschildes kollabieren. Die Wahrscheinlichkeit hierfür kann aber zur Zeit noch nicht abgeschätzt werden. Der Anstieg des Meeresspiegels wird schon aufgrund der Ausdehnung des erwärmten Wassers auch nach 2100 noch für viele Jahrhunderte weitergehen, er könnte bis 2300 alleine hierdurch mehr als drei Meter betragen. Darüber hinaus könnte das Abschmelzen der Eisschilde auf Grönland und in der Antarktis zu einem noch deutlich höheren Anstieg führen. Deren Wahrscheinlichkeit kann mit heutigem Wissen noch nicht abgeschätzt werden - aber das Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland könnte nach (noch unsicheren) neueren Erkenntnissen durch eine Temperaturerhöhung zwischen 1

10 und 4 Grad Celsius ausgelöst werden und würde langfristig zu einem Anstieg des Meeresspiegels um sieben Meter führen. Kohlenstoff- und andere biogeochemische Kreisläufe Je nach Emissionsszenario werden von 2012 bis 2100 sehr unterschiedliche Mengen an Kohlendioxid freigesetzt - von 270 Milliarden Tonnen Kohlenstoff (Szenario RCP 2.6) bis Milliarden Tonnen (Szenario RCP 8.5). Die Ozeane werden sehr wahrscheinlich weiter einen großen Anteil des freigesetzten Kohlendioxids aufnehmen. Unklarer ist das zukünftige Verhalten der Land-Ökosysteme: Die meisten Modelle gehen davon aus, dass diese auch zukünftig Kohlendioxid aufnehmen, nach manchen Modellen kommt es infolge des Klimawandels und von Änderungen der Landnutzung aber auch zu einer Freisetzung von Kohlendioxid. So könnte das Tauen der Permafrostböden große Mengen der dort gespeicherten Treibhausgase Kohlendioxid und Methan freisetzten. Insgesamt ist es sehr wahrscheinlich, dass ein größerer Anteil des freigesetzten Kohlendioxids in der Atmosphäre verbleibt. Die weitere Aufnahme von Kohlendioxid in die Weltmeere führt zu einer weiteren Versauerung des Ozeans: Je nach Emissionsszenario sinkt der ph-wert von 0,06 bis 0,32. Geo-Engineering Zur Bekämpfung der Erderwärmung wurden zahlreiche Maßnahmen des Geo-Engineering vorgeschlagen, etwa eine Verringerung der Sonneneinstrahlung oder die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Mit heutigem Wissen kann der potenzielle Beitrag solcher Methoden zur Bekämpfung der Erderwärmung nicht abgeschätzt werden; sicher ist aber, dass sie Nebenwirkungen haben. Eine Verringerung der Sonneneinstrahlung etwa würde den Wasserkreislauf der Erde verändern und die Versauerung der Weltmeere nicht verhindern. Würden die Maßnahmen aus irgendeinem Grund eingestellt, würden sehr wahrscheinlich alle möglichen Effekte schnell wieder wirkungslos. Neue Erkenntnisse gegenüber dem 4. Klimareport Vorweg: Die wichtigste Erkenntnis aus dem 5. UN-Klimareport ist, dass die Erkenntnisse des 2007 erschienen >> 4. UN-Klimareports weitgehend bestätigt wurden. Das dort gezeichnete Bild vom Ausmaß, den Ursachen und möglichen Auswirkungen des Klimawandels wurde nicht wesentlich verändert. Sechs Jahre intensiver weltweiter Forschung haben keine Tatsachen zutage gefördert, die das Bild revidiert hätten. Zu Entwarnung ist also kein Anlass: Der Klimawandel bleibt eine zentrale Herausforderung der Zukunft. Die neuen Erkenntnisse, die es den Forschern erlauben, im Detail ein genaueres Bild zu malen, führen überwiegend sogar dazu, dass insbesondere die Gefährdungen durch den Klimawandel höher eingeschätzt werden. So dürfte der Meeresspiegel schneller ansteigen als zuvor erwartet: Der 4. UN-Klimareport ging noch davon aus, dass der Meeresspiegel bei ungebremst ansteigenden Treibhausgas-Emissionen zum Jahr 2100 um 18 bis 59 Zentimeter ansteigen würde, nach dem 5. UN-Klimareport würde der Anstieg in diesem Fall 28 bis 98 Zentimeter betragen. Auch könnte in diesem Fall der arktische Ozean bereits vor 2050 im Sommer eisfrei sein; der 4. UN-Klimareport rechnete damit erst gegen Ende des Jahrhunderts. Das Abschmelzen der grönländischen und antarktischen Eisschilde könnte zudem den Anstieg des Meeresspiegel weiter erhöhen. Das Wissen der Klimaforscher reicht noch nicht aus, um sich auf Wahrscheinlichkeiten hierfür einigen zu können, aber die Gefahr wird

11 deutlicher benannt als im 4. UN-Klimareport, und die genannten Zahlen sinken: Im 4. Klimareport wurde nach davon ausgegangen, dass das grönländische Eisschild bei einer Temperaturerhöhung der Erde irgendwo zwischen 1,9 und 4,6 Grad Celsius abschmelzen könnte, im 5. Klimareport wird ein Temperaturbereich zwischen 1 und 4 Grad Celsius genannt. Das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes würde zu einem Anstieg des Meeresspiegels um weitere sieben Meter führen. Dass diese Gefahr ab einer Temperaturerhöhung von 1,9 Grad Celsius gesehen wurde, war eines der Argumente dafür, dass die Klimapolitik sich auf das Ziel geeinigt hat, die Erderwärmung auf höchstens 2 Grad Celsius zu begrenzen. Die neuen Zahlen zeigen, dass dieses Ziel womöglich nicht ausreicht, die Überflutung zahlreicher Küsten zu verhindern - wenn es denn überhaupt erreicht wird. Weitere Informationen: Der Bericht der Arbeitsgruppe 1 "Wissenschaftliche Grundlagen" und die offizielle Zusammenfassung "Summary for Policymakers" können in englischer Sprache als pdf-datei auf der Webseite >> heruntergeladen werden. (Der Bericht liegt zur Zeit als "finaler Entwurf" vor. Die fertige Fassung, an der noch redaktionelle Bearbeitungen vorgenommen werden, soll im Januar 2014 veröffentlicht werden. Dort werden auch die Änderungen aufgenommen werden, die notwendig sind, damit der Bericht mit der Zusammenfassung übereinstimmt. Diese sind in einem >> Änderungsbericht [pdf, 210 kb] zusammengestellt.) Zur Zusammenfassung des vorherigen >> 4. UN-Klimareport.