Klimawandel verstehen: Fakten und Hintergründe zur Klimadebatte

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1 Klimawandel verstehen: Fakten und Hintergründe zur Klimadebatte Prof. Dr. Werner Aeschbach-Hertig Heidelberg Center for the Environment (HCE) Institut für Umweltphysik (IUP) Universität Heidelberg Inhalt Fakten und Hintergründe zur Klimadebatte Klimaforschung im historischen Überblick Beobachteter und prognostizierter Klimawandel Hintergründe zur Klimadebatte Regionaler und globaler Klimawandel 2 1

2 Klimaforschung im historischen Überblick 3 Meilensteine der Klimaforschung 1896: Treibhauseffekt von anthropogenem CO 2 Svante Arrhenius ( ) Schwedischer Physiker und Chemiker Nobelpreis für Chemie

3 Der natürliche Treibhauseffekt 5 Meilensteine der Klimaforschung 1896: Treibhauseffekt von anthropogenem CO 2 Svante Arrhenius ( ) Schwedischer Physiker und Chemiker Nobelpreis für Chemie : Astronomische Theorie der Eiszeiten Milutin Milanković ( ) Serbischer Geophysiker 6 3

4 Milankovic-Theorie: Erdbahnparameter Exzentrizität (E): Abweichung von der Kreisbahn (Periode 400 ka und 100 ka) Obliquität (T = tilt): Neigung der Erdachse gegen die Erdbahnebene (Periode 41 ka) Präzession (P): Drehung der Erdachse um das Lot auf der Erdbahnebene (Periode 23 ka) 1 ka = 1000 Jahre Abb. aus IPCC, Klimageschichte: Eiszeitalter Pleistozäne Kaltzeiten: Globale Durchschnittstemperatur um 7-10 C unter der heutigen Abb. aus Bubenzer und Radtke,

5 Meilensteine der Klimaforschung 1958: Erste CO 2 Zeitreihe in Hawaii Charles David Keeling ( ) Amerikanischer Geochemiker Tyler Prize for Environmental Achievement Der Anstieg von Kohlendioxid

6 Messnetz für Atmosphärisches CO Die beiden Keeling Kurven Dave Keeling Ralph Keeling [Keeling, R., 2010, Royal Society Meeting] 12 6

7 Meilensteine der Klimaforschung 1958: Erste CO 2 Zeitreihe in Hawaii Charles David Keeling ( ) Amerikanischer Geochemiker Tyler Prize for Environmental Achievement : CO 2 und Paläoklima aus Eisbohrkernen Hans Oeschger ( ) Schweizer Physiker Tyler Prize 1996, Revelle Medal 1997 Auch: Willi Dansgaard ( ) 13 Rekonstruktion des CO 2 Anstiegs CO 2 [ppm] Atmospheric CO Neumayer South Pole 320 Schauinsland [UBA] South Pole [Keeling et al.] Antarctica: Ice [Neftel et al., 1994; Etheridge et al., 1998] Year 14 7

8 CO 2 Anstieg aus Eiskern-Perspektive Treibhausgase und Temperatur über 400'000 Jahre Kohlendioxid Methan Temperatur Jahrtausende vor heute Hansen, Clim. Change 68: CO 2 Anstieg aus Eiskern-Perspektive 400'000 a Kohlendioxid 100 a Methan Temperatur Jahrtausende vor heute Hansen, Clim. Change 68:

9 Leben wir im Anthropozän? Paul Crutzen: Holländ. Chemiker am MPI für Chemie in Mainz 1995: Nobelpreis für Arbeiten zum Ozonloch 17 Meilensteine der Klimaforschung 1988: IPCC gegründet durch WMO/UNEP Intergovernmental Panel on Climate Change Reports in 1990, 1995, 2001, 2007 Friedensnobelpreis 2007 Nächster Bericht soll Sept erscheinen Thomas Stocker, Klima- und Umweltphysik, Universität Bern Co-Chair Working Group I, IPCC 4th Assessment Report 2007: 996 Pages 152 Lead authors ~ 450 Contributing authors online:

10 Evolution der Klimamodelle FAR, SAR, TAR, AR4: First, second, third, 4th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Published in 1990, 1995, 2001, 2007 IPCC, AR4, Evolution der Klimamodelle IPCC, AR4,

11 Beobachteter und prognostizierter Klimawandel 21 Aktuelle Globale Erwärmung 22 11

12 Aktuelle Globale Erwärmung Temperaturentwicklung im 20. Jahrhundert ( ) C pro Jahrhundert Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht, 23 Aktuelle Globale Erwärmung Wärmste Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen NASA 24 12

13 Rückgang des Meereises 25 Rückgang des Meereises

14 Reduction of Sea Ice Extent 27 Rückgang der Gletscher Rhonegletscher, Schweiz

15 Klima der Zukunft: IPCC-Szenarien Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht, 29 Szenario A1B: Temperatur verglichen mit Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht,

16 Szenario A1B: Niederschlag im Vergleich zu Jun. Aug. Dez. Feb. IPCC, Meeresspiegelanstieg IPCC, AR4,

17 Klima der Zukunft Um unter 2 C Erwärmung zu bleiben, muss der CO 2 Ausstoß bis 2050 halbiert werden. Globale Erwärmung relativ zu ( C) Jahr Immer mehr CO 2 Ausstoß halbierter CO 2 Ausstoß Meinshausen et al., 2009, Nature, 458: Hintergründe zur Klimadebatte 34 17

18 Klimaskeptiker: Was ist davon zu halten? 35 Reports zum Hintergrund Union of Concerned Scientists: Exxon Report (2007) global_warming/exxon_report.pdf 36 18

19 Anthropogene vs. natürliche Ursachen 37 Sonnenaktivität 11-jähriger Schwabe-Zyklus 22-jähriger Hale-Zyklus 80-jähriger Gleißberg-Zyklus 19

20 Zuordnung der Klimaänderung IPCC, Regionaler und globaler Klimawandel 40 20

21 Winter Winter 2013 NASA 42 21

22 NAO: Nord-Atlantische Oszillation Oszillation der Luftdruck-Differenz zwischen Island- Tief und Azoren-Hoch NAO Index: Normiertes Maß der Druckdifferenz Besonders relevant for Winterklima in Europa NAO+ NAO NAO und AO Die NAO ist Teil der allgemeineren Arktischen Oszillation (AO)

23 Winter 2013 Greene, Spektrum d. Wiss., März 2013, Winter 2013 Rückgang des arktischen Meereises begünstigt kalte Winter in Europa Mechanismus: Albedo-Rückkopplung Greene, 2013 vermehrte sommerliche Schmelze des Meereises -> dunklere Oberfläche -> weniger Strahlung reflektiert -> Oberflächenwasser erwärmt sich -> Wärme wird im Herbst an Atmosphäre abgegeben -> Druckverteilung: schwächer ausgeprägte Differenz zwischen arktischen und mittleren Breiten, Polarwirbel und Westwinde geschwächt -> Eindringen sehr kalter Luft aus Nordosten nach Mitteleuropa = NAO

24 Energiebilanz der Erde Möglichkeiten der Änderung der GLOBALEN Energiebilanz: Änderung der eintreffenden Strahlungsmenge (Stichwort Sonnenaktivität) Änderung der Rückstrahlungsmenge (Stichwort Albedo) Änderung der Zusammensetzung der Atmosphäre (Stichwort Treibhauseffekt) 47 Strahlungsantrieb IPCC,

25 Wärmeinhalt der Weltmeere 49 Balmaseda et al., 2013, doi: /grl Vielen Dank! 25

26 Der Anstieg von Kohlendioxid 51 Erwärmung in Deutschland DWD 52 26

27 Rekonstruktion der letzten 2000 Jahre 53 PAGES 2k Network, 2013, doi: /NGEO Rekonstruktion der letzten 2000 Jahre 54 PAGES 2k Network, 21 APRIL 2013 DOI: /NGEO1797 PAGES 2k Network, 2013, doi: /NGEO

28 anthropogener CO 2 -Ausstoß / a: ca. 35Gt China 8,9 Milliarden Tonnen (2010: 8,3 Mrd.) USA 6 Mrd. t Indien 1,8 Mrd. t Russland 1,6 Mrd. t Japan 1,3 Mrd. t Deutschland 0,8 Mrd. t natürlicher CO 2 -Ausstoß / a: ca. 550Gt natürliche Senken nehmen etwa gleich viel wieder auf zusätzliches CO 2 etwa zur Hälfte von Biosphäre und Ozean aufgenommen andere Hälfte verbleibt in der Atmosphäre 55 28