CLIMATE CHANGE 2013 The Physical Science Basis

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1 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

2 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

3 Beobachtete Temperaturänderung (a) surface temperature anomaly Annual average 0.2 Anomaly ( C) relative to Decadal average AR5, SPM, Fig Year

4 Strahlungsantrieb der Aerosole Emitted Compound Resulting Atmospheric Drivers Radiative Forcing by Emissions and Drivers Level of Confidence Well-Mixed Greenhouse Gases CO 2 CH 4 Halocarbons N 2 O CO 2 CO 2 H 2 O str O 3 CH 4 O 3 N 2 O CFCs HCFCs 1.68 [1.33 to 2.03] 0.97 [0.74 to 1.20] 0.18 [0.01 to 0.35] 0.17 [0.13 to 0.21] VH H H VH Anthropogenic Short Lived Gases and Aerosols CO NMVOC NO x Aerosols and precursors (Mineral dust, SO 2, NH 3, Organic Carbon and Black Carbon) CO 2 CH 4 O 3 CO 2 CH 4 O 3 Nitrate CH 4 O 3 Mineral Dust Sulphate Nitrate Organic Carbon Black Carbon Cloud Adjustments due to Aerosols 0.23 [0.16 to 0.30] 0.10 [0.05 to 0.15] 0.15 [ 0.34 to 0.03] 0.27 [ 0.77 to 0.23] 0.55 [ 1.33 to 0.06] M M M H L Albedo Change due to Land Use 0.15 [ 0.25 to 0.05] M Natural Changes in Solar Irradiance 0.05 [0.00 to 0.10] M Total Anthropogenic RF relative to [1.13 to 3.33] 1.25 [0.64 to 1.86] 0.57 [0.29 to 0.85] H H M AR5, SPM, Fig Radiative Forcing relative to 1750 (W m 2 )

5 Strahlungsantrieb der Aerosole AR5, TS, Fig.6

6 Strahlungsantrieb der Aerosole Irradiance Changes from Aerosol-Radiation Interactions (ari) Irradiance Changes from Aerosol-Cloud Interactions (aci) Direct Effect Semi-Direct Effects Cloud Albedo Effect Lifetime (including glaciation & thermodynamic) Effects Radiative Forcing (RFari) Adjustments Effective Radiative Forcing (ERFari) Radiative Forcing (RFaci) Adjustments Effective Radiative Forcing (ERFaci) AR4 AR5 AR5, WGI, Kapitel 7

7 Radiative forcing due to aerosol-radiation interactions 2 AeroCom mean AeroCom 5% 95% range Bellouin et al. (2013) 1 Su et al. (2013) RFari (Wm -2 ) 0 1 AR5, WGI, Chapter ºS 30 ºS Eq 30 ºN 60 ºN Latitude

8 Rückkopplungsmechanismen bei einer CO 2 Verdopplung +1.0 K K K??? water vapor +lapse rate feedback additional feedbacks: albedo feedback cloud feedback Doubling of atmospheric CO K +1.8 K +3 K ( K) initial warming (Planck feedback) Total warming

9 Strahlungswirkung von Wolken Hohe Wolken: wärmen Tiefe Wolken: kühlen

10 Antwort der Wolken auf eine globale Erwärmung Rising High Clouds Broadening of the Hadley Cell Narrowing of Tropical Ocean Rainfall Zones Rising High Clouds Rising of the Melting Level Poleward Shift of Storms Less Low Clouds More Polar Clouds Equator 30º 60º Pole AR5, WGI, Kapitel 7

11 Antwort der Wolken auf eine globale Erwärmung CMIP5 CMIP3 CFMIP LW SW Net 1.5 CFMIP & CMIP3 Models (by cloud level) CFMIP Models (by cloud property) Feedback (W m -2 ºC -1 ) Total High Middle Low Amount Height Opacity AR5, WGI, Kapitel 7

12 Geoengineering Quelle: Miriam Kübbeler (2012)

13 Geoengineering (a) Change in Temperature ( C) (b) BNU-ESM CanESM2 CCSM4 CESM-CAM5.1-FV EC-Earth GISS-E2-R Ensemble Mean HadCM3 HadGEM2-ES IPSL-CM5A-LR MIROC-ESM MPI-ESM-LR NorESM1-M (b) Change in Precipitation (mm day -1 ) Year AR5, WGI, Kapitel 7

14 Geoengineering Temperatur Niederschlag AR5, Fig. 7.23

15 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

16 Yann Arthus-Bertrand / Altitude CLIMATE CHANGE 2013 The Physical Science Basis Further Information

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