Klimawandel und Ozonloch

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1 Klimawandel und Ozonloch Über die Einflüsse der Sonne und menschlicher Aktivitäten auf Veränderungen des Erdklimas Prof. Dr. Martin Dameris Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen

2 Aufbau der Erdatmosphäre (~ 70 N) Winter Sommer Höhe [km] Mesosphäre Stratosphäre Mittlere Atmosphäre Troposphäre re Temperatur [ C]

3 Polare Stratosphärenwolken im Winter (~ 20 km Höhe)

4 Polare Stratosphärenwolken im Winter (~ 20 km Höhe)

5 Aufbau der Erdatmosphäre (~ 70 N) Winter Sommer Höhe [km] Mesosphäre Stratosphäre Mittlere Atmosphäre Troposphäre re Temperatur [ C]

6 Leuchtende Nachtwolken im Sommer (~ 83 km Höhe) Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik, Kühlungsborn

7 Leuchtende Nachtwolken im Sommer (~ 83 km Höhe)

8 Messmethoden in der Mittleren Atmosphäre Boden gestützt - Spektrophotometer - Lidars In-situ - Radio-, Ozonsonden - Forschungsballone Fernerkundung - Flugzeuge - Satelliten

9 Messmethoden in der Mittleren Atmosphäre

10 Was bestimmt unser Klima? Wechselwirkungen im Klimasystem - Antriebe von "außen" Einstrahlung der Sonne Konzentration von Treibhausgasen (natürliche und anthropogene) und anderer strahlungsaktiver Substanzen Orographie, Land-See-Verteilung, Bodeneigenschaften Vulkanausbrüche...

11 Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter

12 Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter

13 Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Variation der Erdbahnparameter CO 2 -Mischungsverhältnis [ppmv] Jahre v.h. ~ + 10 C in Jahren = C in 100 Jahren Temperaturänderung

14 Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung - Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus Solare Einstrahlung [Wm -2 ] Jahr

15 Spektrale Verteilung und Variabilität der Sonnenstrahlung Variabilität der solaren Einstrahlung [%] Wellenlänge [nm] Lean et al., 1997

16 Entwicklung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre 2007: 383 ppmv CO 2 -Mischungsverhältnis [ppmv] Schwankungsbreite der letzten Jahre Jahre v.h.

17 Globale Jahresmittelwerte der bodennahen Lufttemperatur und des Meeresspiegels : +0,74 C : + 17 cm seit 1993: +3 mm/jahr IPCC, 2007

18 Temperaturtrends Die Temperaturzunahme der letzten 50 Jahre ist doppelt so hoch wie die der letzten 100 Jahre!

19 Strahlungsantrieb: Maßstab für den Einfluss, den ein einzelner Faktor auf die Veränderung des Strahlungshaushalts der Atmosphäre hat Strahlungsantrieb [Wm -2 ] Strahlungsantrieb [Wm -2 ]

20 Wie funktioniert ein Klimamodell? Diskretes Gitter über den Globus

21 Simulationen mit Klimamodellen für IPCC Temperaturabweichung [ C] (a) natürliche Antriebskräfte Jahr Temperaturabweichung [ C] Temperaturabweichung [ C] (c) alle Antriebskräfte Jahr (b) anthropogene Antriebskräfte Jahr C in den letzten 100 Jahren

22 Szenarien der Zukunft (Konzentrationen und Emissionen)

23 Zukünftige Entwicklung der globalen Oberflächentemperatur +4,0 C (2,4-6,0 ) +1,8 C (1,1-2,9 ) +0,6 C +2 C (bis 2050) 50% CO 2 bzgl % CO 2 bzgl. heute

24

25 Ozon in der Atmosphäre Höhe (in Kilometer) Stratosphärisches Ozon (Die Ozonschicht) Troposphärisches Ozon Ozonmenge [in mpa]

26 Entwicklung des Ozonlochs über der Antarktis

27 Entwicklung des Ozonlochs über der Antarktis Ozonminimum über der Antarktis Größe des Ozonlochs Ozonminimum [DU] Größe [Mio. km 2 ] Fläche von Nordamerika Fläche der Antarktis Jahr Jahr

28 FCKW-Gehalt in der Troposphäre Chlorgehalt in der Stratosphäre

29 Entwicklung der Ozonschicht über der Arktis

30 Jahresgang der stratosphärischen Temperatur polare Südhemisphäre 90 0 C polare Nordhemisphäre 80 0 C

31 Schema eines gekoppelten Klima-Chemie-Modells

32 Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell: Treibhausgase und stratosphärischer Chlorgehalt (Cl y ) Volumenmischungsverhältnis CO2 und N 2 O [ppmv] Volumenmischungsverhältnis CH4 und Cl y [ppbv] Jahr

33 Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell: Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus 10.7 cm Radiofluss [10-22 Wm -2 ] Jahr Agung El Chichón Pinatubo

34 Entwicklung der globalen mittleren Jahrestemperatur in der unteren Stratosphäre (20 km) Beobachtung: 0.77 C/Dek. Anomalie [ C] CCM-Mittelwert: 0.64 C/Dek. Jahr WMO, 2007

35 Variabilität und Trend der Temperatur in der Stratosphäre Linearer Trend Sonnenzyklus Trend + Sonnenzyklus + Vulkane Vulkane "stufenweise" Abkühlung der unteren Stratosphäre

36 Entwicklung der globalen mittleren Jahrestemperatur in der unteren Stratosphäre (20 km) Anomalie [ C] Ergebnisbereich der CCMs: C/Dek. Jahr WMO, 2007

37 Entwicklung der Ozonschicht ( ) 60 N - 60 S Ozonanomalie [DU] Jahr

38 Zukünftige Entwicklung der Ozonschicht Abkühlung führt zu einer Zunahme der Netto- Ozonproduktion Rückgang der Temperatur: Ozonabbau wird verstärkt Rückgang der Temperatur: Ozonabbau wird verstärkt

39 Was wissen wir bisher? Die Veränderungen des Klimas und der Ozonschicht können mittels von Klima-Chemie-Modellen nachvollzogen werden, wenn sowohl natürliche als auch anthropogene Antriebe berücksichtigt werden. Klima-Chemie-Modelle zeigen in konsistenter Weise, dass die Erholung der Ozonschicht in einigen Regionen schneller von statten geht, wenn die Stratosphärentemperatur aufgrund des Klimawandels weiter sinkt; dies gilt nicht für die Polregionen. Dort führen niedrigere Temperaturen zu einer stärkeren Bildung von polaren Stratosphärenwolken (PSCs). Die Erholung der Ozonschicht verläuft möglicherweise regional unterschiedlich. Sie ist keine simple Umkehrung des Abbaus. Eine vollständige Erholung der Ozonschicht einschließlich der Polarregionen wird etwa zur Mitte des Jahrhunderts erwartet.? Ein "super-recovery" der Ozonschicht scheint möglich.

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