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
Klimaforschung im historischen Überblick 3 Meilensteine der Klimaforschung 1896: Treibhauseffekt von anthropogenem CO 2 Svante Arrhenius (1859 1927) Schwedischer Physiker und Chemiker Nobelpreis für Chemie 1903 4 2
Der natürliche Treibhauseffekt 5 Meilensteine der Klimaforschung 1896: Treibhauseffekt von anthropogenem CO 2 Svante Arrhenius (1859 1927) Schwedischer Physiker und Chemiker Nobelpreis für Chemie 1903 1930: Astronomische Theorie der Eiszeiten Milutin Milanković (1879 1958) Serbischer Geophysiker 6 3
11.10.13 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, 2007 7 Klimageschichte: Eiszeitalter Pleistozäne Kaltzeiten: Globale Durchschnittstemperatur um 7-10 C unter der heutigen Abb. aus Bubenzer und Radtke, 2007 8 4
Meilensteine der Klimaforschung 1958: Erste CO 2 Zeitreihe in Hawaii Charles David Keeling (1928 2005) Amerikanischer Geochemiker Tyler Prize for Environmental Achievement 2005 9 Der Anstieg von Kohlendioxid http://scrippsco2.ucsd.edu/ 10 5
11.10.13 Messnetz für Atmosphärisches CO2 http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/ 11 Die beiden Keeling Kurven Dave Keeling Ralph Keeling [Keeling, R., 2010, Royal Society Meeting] 12 6
Meilensteine der Klimaforschung 1958: Erste CO 2 Zeitreihe in Hawaii Charles David Keeling (1928 2005) Amerikanischer Geochemiker Tyler Prize for Environmental Achievement 2005 1979: CO 2 und Paläoklima aus Eisbohrkernen Hans Oeschger (1927 1998) Schweizer Physiker Tyler Prize 1996, Revelle Medal 1997 Auch: Willi Dansgaard (1922 2011) 13 Rekonstruktion des CO 2 Anstiegs CO 2 [ppm] 380 360 340 320 300 390 380 370 360 350 340 Atmospheric CO 2 330 Neumayer South Pole 320 Schauinsland [UBA] 310 1970 1980 1990 2000 2 280 South Pole [Keeling et al.] Antarctica: Ice [Neftel et al., 1994; Etheridge et al., 1998] 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Year 14 7
CO 2 Anstieg aus Eiskern-Perspektive Treibhausgase und Temperatur über 400'000 Jahre Kohlendioxid Methan Temperatur Jahrtausende vor heute Hansen, 2005. Clim. Change 68: 269 15 CO 2 Anstieg aus Eiskern-Perspektive 400'000 a Kohlendioxid 100 a Methan Temperatur Jahrtausende vor heute Hansen, 2005. Clim. Change 68: 269 16 8
11.10.13 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. 2013 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: http://www.ipcc.ch 18 9
11.10.13 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, 2007 19 Evolution der Klimamodelle IPCC, AR4, 2007 20 10
Beobachteter und prognostizierter Klimawandel 21 Aktuelle Globale Erwärmung 22 11
Aktuelle Globale Erwärmung Temperaturentwicklung im 20. Jahrhundert (1901 2005) C pro Jahrhundert Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht, http://www.ipcc.ch 23 Aktuelle Globale Erwärmung Wärmste Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen NASA 24 12
Rückgang des Meereises http://nsidc.org/arcticseaicenews/ 25 Rückgang des Meereises http://nsidc.org/arcticseaicenews/ 26 13
11.10.13 Reduction of Sea Ice Extent http://nsidc.org/arcticseaicenews/2012/10/ 27 Rückgang der Gletscher Rhonegletscher, Schweiz 1900 2008 http://www.gletscherarchiv.de 28 14
11.10.13 Klima der Zukunft: IPCC-Szenarien Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht, http://www.ipcc.ch 29 Szenario A1B: Temperatur 2080 2099 verglichen mit 1980-1999 Weltklimarat (IPCC), 2007, Vierter Sachstandsbericht, http://www.ipcc.ch 30 15
11.10.13 Szenario A1B: Niederschlag 2090-99 im Vergleich zu 1980-99 Jun. Aug. Dez. Feb. IPCC, 2007 31 Meeresspiegelanstieg IPCC, AR4, 2007 32 16
Klima der Zukunft Um unter 2 C Erwärmung zu bleiben, muss der CO 2 Ausstoß bis 2050 halbiert werden. Globale Erwärmung relativ zu 1860-1899 ( C) Jahr Immer mehr CO 2 Ausstoß halbierter CO 2 Ausstoß Meinshausen et al., 2009, Nature, 458:1158-1162. 33 Hintergründe zur Klimadebatte 34 17
11.10.13 Klimaskeptiker: Was ist davon zu halten? 35 Reports zum Hintergrund Union of Concerned Scientists: Exxon Report (2007) http://www.ucsusa.org/assets/documents/ global_warming/exxon_report.pdf 36 18
11.10.13 Anthropogene vs. natürliche Ursachen 37 Sonnenaktivität 11-jähriger Schwabe-Zyklus 22-jähriger Hale-Zyklus 80-jähriger Gleißberg-Zyklus 19
Zuordnung der Klimaänderung IPCC, 2007 39 Regionaler und globaler Klimawandel 40 20
11.10.13 Winter 2013 41 Winter 2013 NASA 42 21
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- http://www.cru.uea.ac.uk/~timo/datapages/naoi.htm 43 NAO und AO Die NAO ist Teil der allgemeineren Arktischen Oszillation (AO) http://nsidc.org/arcticseaicenews/ 44 22
11.10.13 Winter 2013 Greene, Spektrum d. Wiss., März 2013, 76-81 45 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- 46 23
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, 2007 48 24
11.10.13 Wärmeinhalt der Weltmeere 49 Balmaseda et al., 2013, doi: 10.1002/grl.50382 49 Vielen Dank! 25
Der Anstieg von Kohlendioxid http://scrippsco2.ucsd.edu/ 51 Erwärmung in Deutschland DWD 52 26
Rekonstruktion der letzten 2000 Jahre 53 PAGES 2k Network, 2013, doi: 10.1038/NGEO1797 53 Rekonstruktion der letzten 2000 Jahre 54 PAGES 2k Network, 21 APRIL 2013 DOI: 10.1038/NGEO1797 PAGES 2k Network, 2013, doi: 10.1038/NGEO1797 54 27
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