Neues und altes aus der Klimadiskussion

Neues und altes aus der Klimadiskussion Christian-D. Schönwiese Goethe-Universität Frankfurt a.m. Institut für Atmosphäre und Umwelt DPG-AKE-Frühjahrstagung, 19. April 2012, Bad Honnef

Klima allgemein: Klima-Buchveröffentlichungen fachfremder Autoren (Auswahl) W. Thüne: Der Treibhaus-Schwindel. Discovery Press, Saarbrücken, 1998. K.G. Blüchel: Der Klimaschwindel. C. Bertelsmann, München, 2007. U. Berner und H. Streif: Klimafakten. Schweizerbart (BGR), Stuttgart, 2000. H.-J. Lüdecke: CO 2 und Klimaschutz. Fakten, Irrtümer, Politik. Bouvier, Bonn, 2010. G. Ganteför: Klima. Der Weltuntergang findet nicht statt. Wiley-VCH, Weinheim, 2010. Fred S. Singer: Falsche Klimaprognosen. TvR Medienverlag, Jena, 2011. Klima speziell: Solarhypothesen T. Landscheidt: Säkularer Tiefpunkt der Sonnenaktivität Ursache für eine Kälteperiode um das Jahr 2000? Jahrbuch Weisheit zu Bremen, 1980. N. Calder: Die launische Sonne. Böttiger, Wiesbaden, 1997. F. Vahrenholt und S. Lüning: Die kalte Sonne. Warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet. Hoffmann und Campe, Hamburg, 2012. F. Vahrenholt und S. Lüning: Hier irren die Klimapäpste. Zeit, 1.3.2012. Zusammenstellung der wichtigsten Argumente des Sonnen-Buchs.

Typische fachfremde Argumente In den letzten ca. 10 Jahren ist es im globalen Mittel nicht wärmer geworden. Ca. 1945-1975 ist es global kälter geworden, trotz weiterem Anstiegs der atmosphär. CO 2 -Konzentration. Ein CO 2 -Konzentrationsanstieg um 0,011 Prozent ist viel zu gering, um Klimaeffekte zu bewirken. Der natürl. CO 2 -Austausch (Atmosphäre-Ozean bzw. Vegetation) ist viel größer als die anthropog. Emission. Der Klimawandel der letzten Jahrtausende ist zu wenig untersucht und verstanden. Wie früher ist die Sonnenaktivität auch im Industriezeitalter der treibende Klimafaktor. Der vom IPCC behauptete Beitrag von 5 % ist eine Fehleinschätzung. Geringere Sonnenaktivität wird in den kommenden Jahrzehnten für Abkühlung sorgen. Klimaschutzmaßnahmen (gegen Erwärmung) sind daher unnötig.

Temperaturanomalien in C 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4 Globaltemperatur, Jahresanomalien 1880-2011 CRU (Univ. Norwich, UK) GISS (NASA, USA) GHCN (NOAA, NCDC, USA) -0,6 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Zeit in Jahren Referenzperiode: 1951-1980 Aktuelle Stationsbasis: CRU 5583, GISS ca. 6300, GHCN 7280 Stationen GISS: Goddard Institute for Space Studies; GHCN: Global Historical Climate Network, NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration, NCDC: National Climate Data Center

Klimawandel der letzten ca. 160 Jahre Temperaturanomalien in C 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6 Globaltemperatur, Jahresanomalien 1850-2011 1878 1862 1911 (CRU, relativ zu 1961-1990) 20-jähr. Glättung Polynomialer Trend 1944 1976 1964 1956 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 1998 Linearer Trend 1901-2000: + 0,7 C Zeit in Jahren CRU: Climatic Research Unit, University of Norwich, UK; aktuell 5583 Stationen

Regionale Aspekte des Klimawandels Temperaturtrends 1901-2000 (Jahreswerte) Datenquelle: Jones et al., 2005; Analyse: Schönwiese et al, 2005

Nordhemisphärisch gemittelte Temperaturvariationen der letzten 10 000 Jahre K-Niveau ca. 10-11 C Rasche Erwärmung im 20. Jh. Viele Quellen, insbes. Dansgaard, 1969; Clark, 1984, hier nach Schönwiese, 1994

Klimawandel der letzten ca. 2000 Jahre (rel. zu 1961-1990) Unsicherheit 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Zeit in Jahren Jahr Dazu gibt es 11 Alternativen Balkenbereich (Unsicherheit; IPCC,2007)

TNH-Rekonstruktionen 600-1998 n.c., Stand 2007 IPCC, 2007

Rekonstruktionen Nordhem. Mitteltemp., bodennah, paläoklim. Rekonstruktionen und Modellrechnungen (IPCC, 2007) Modellierungen (Sonnenaktivität, Vulkanismus, ENSO, ; Treibhausgase, Partikel, )

Klimafaktor Sonnenaktivität Die Sonnenflecken (Fernrohrbeobachtungen seit 1610) sind relative Dunkelgebiete auf der Photosphäre (sichtbare Sonnenoberfläche). Sie werden durch ungefähr gleichzeitig auftretende Sonnenfackeln, Protuberanzen u.ä. überkompensiert, so dass die unruhige Sonne (relativ starke Fleckenaktivität) etwas stärker ausstrahlt als die ruhige (gem. Satellitenmessungen). Diese Sonnenaktivität verläuft in verschiedenen sich überlagernden Zyklen (vgl. Sonnenflecken-Relativzahlen, SRZ): 11-jähriger Schwabe-Zyklus (genauer: 8-15 Jahre); 22-jähriger Hale-Zyklus; 40-50-jähriger Schove-Zyklus; 75-90-jähriger Gleissberg-Zyklus; 180-200-jähriger José-Zyklus usw. Außerdem gibt es sog. solare Minima, d.h. Zeitintervalle mit extrem wenig Sonnenaktivität (z.b. Maunder-Min., 1635-1715).

Sonnenflecken-Relativzahlen. 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Zur Sonnenaktivität als Klimafaktor 50-jährige Glättung Sonnenflecken-Relativzahlen 1600-2011 Maunder- Minimum 1778 Dalton- Minimum 1870 1957 0 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Zeit in Jahren SIDC, 2012; bearbeitet Satellitenmessungen der Sonneneinstrahlung außerhalb der Atmosphäre ( Solarkonst. ) seit 1978 zeigen parallel zu den Sonnenflecken Variationen im Promillebereich.

Zur Historie solarer Hypothesen (Auswahl) * Direkte formale Vergleiche (Korrelationen) SRZ-Temperatur, z.b. W. Köppen 1914 (Lufttemperaturen, Sonnenflecken und Vulkanausbrüche, Met. Z. 31, 305); und viele andere. Verschiedene SRZ-basierte Modifikationen ( Regressionen), z.b. Kondratyev und Nikolsky 1970, Hoyt 1979, Sonnendurchmesser-Variationen (Gilliland 1980). Variationen des Massenzentrums der Sonne und großen Planeten ( Drehmomentänderungen ; Landtscheidt 1980). Variationen der quasi-11-jährigen SRZ-Zykluslänge, (Friis-Christensen und Lassen 1991). Rückkopplungshypothesen, insbesondere aufgrund der SRZmodulierten Variationen der kosmischen Strahlung und deren Einfluss auf die Bewölkung (Svensmark et al. 1997). Variationen der Solarkonstanten aufgrund von Satellitenmessungen und SRZ-Regressionen (Lean 1995/2000/2009). * Schönwiese et al.: Projektbericht 1992, div. Einzelpublikationen, Klimatologie 2008

Ursachen des Klimawandels (Industriezeitalter) (ENSO) Interne Wechselwirkungen im Klimasystem (z.b. ENSO) Externe Einflüsse auf Cubasch das und Klimasystem Kasang, 2000(z.B. Sonne, Mensch)

Kohlendioxid-Konzentration, Mauna Loa Konzentration in ppm. 400 2011: 391,6 ppm 390 380 370 360 Jahr - zu - Jahr - Anstieg in ppm 350 340 330 320 310 300 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Zeit in Jahren 3 2 1 CDIAC, 2012; NOAA, 2012

Folge: Anstieg der atm. CO 2 -Konzentration (Darstellung: Holozän, d.h. letzte ca. 10 000 Jahre) CO 2 in ppm RF in W m 2 2011: 392 ppm 2005: 380 ppm 1750-2011: Anstieg von 280 auf 392 ppm (0,028 0,032 Vol.%, Differenz 0,011 Vol.%) entspricht 40 Prozent! 1750: ~ 280 ppm 7500 Jahre v.h.: ca. 260 ppm 10 000 7500 5000 2500 0 J.v.h.*) IPCC 2007, ergänzt 2012

Globaler Kohlenstoffkreislauf in Gt C bzw. Gt C/Jahr Bezugsjahr 2010 Vulkanismus 0,1 Landnutzung (insbesondere Waldrodung) 1,0 2,4 100 Stratosphäre 2-15 J 720 Troposphäre 1-10 J 120? 70 2,3 Atmosphäre fossile Brennstoffe 8,8 *) 650 Landvegetation 0,5-50 J 3150 tote Biomasse 200-400 J 920 Mischungsschicht 1-10 J 37 200 tiefer Ozean > 1000 J Biosphäre Bodenemission Ozean Pedosphäre/ Lithosphäre 20 000 000 Sedimente 10 6-10 9 J davon: 4000 (700) Kohle 750 (140) Erdöl 540 (110) Erdgas Quellen: Heimann, 2000; IPCC, 2007; GCP, 2011; Sw/Buchal, 2012 Verwitterung 0,4 Maximalschätzungen (sichere Reserven) *) entspr. ca. 32, mit Landnutzung ca. 36 Gt CO 2

Klimamodelle IPCC, 2007: The observed widespread warming of the atmosphere and ocean support the conclusion that it is extremely unlikely* that global climate change of the past fifty years can be explained without external forcing, and very likely** that this is not due to known natural causes alone. ------------------ *p = 5% (95%) ** p = 90% Vgl. auch Fingerprint - Studien, Hasselmann 1992

Temperaturanomalien in C 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 Agung(1963+1) Globaltemperatur, Anomalien 1960-2011(2010) Vergleich bodennah und Stratosphäre (sowie einige explosive Vulkanausbrüche) Fernandia (1968+2) El Chichón (1982) St. Augustine(1976) Pinatubo (1991+1) bodennah Trend: + 0,6 C Kasatochi (2008/+1) Stratosphäre Trend: - 2,2 C -2,0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Zeit in Jahren CRU 2012; Angell 2011; erg. Beachte: Vulkanismus kühlt die Troposphäre und wärmt die Stratosphäre (vgl. oben); Sonnenaktivität wärmt die Troposphäre und Stratosphäre; Treibhausgase wärmen die Troposphäre und kühlen die Stratosphäre; interne Wechselwirkungen (z.b. ENSO) beeinflussen nur die Troposphäre (bodennahe Atmosphäre).

Datenbasis, natürliche Antriebe Einstrahlung in W/m2. 1366,8 1366,6 1366,4 1366,2 1366,0 1365,8 1365,6 1365,4 Solare Einstrahlung (nach Lean) (1860-2008) 1957 1981 2000 1989 1969 2008 1986 1996 1975 1365,2 1901 1365,0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Quelle: J. Lean, pers. Mitt., 2009

Datenbasis, natürliche Antriebe Zeit in Jahren 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Strahlungsdantrieb in W/m2. -1-2 -3-4 -5-6 -7 1884 (+1) Krakatau 1903 (+1) Santa Maria 1963 Agung 1983 (+1) El Chichón 1992(+1) Pinatubo 2008 Kasatochi Vulkanismus (global, nach Grieser) (1860-2008) Quelle: J. Grieser, C.-D. Schönwiese, 1999; erg. nach US Smiths. Inst., 2009

Datenbasis, anthropogene Antriebe 500 ppm 450 Treibhausgase (GHG) 465,2 ppm Konzentration. 400 350 300 CO2 -Äquivalente CO2 385,6 ppm 250 290 ppm 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Quelle: CDIAC (Internet), 2009; bearbeitet; RF ca. 3 Wm -2.

Datenbasis, anthropogene Antriebe Emission in mg/m2. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Sulfatbildung, untere Atmosphäre (Schätzung aufgrund von anthropogener SO2-Emission) 1980 1950 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Quelle: R.J. Charlson et al., 1992; MPIM (Cubasch), extrapoliert; RF ca. 1,2 Wm -2.

Temperaturanomalien in C. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6 Zur statistischen Ursachenanalyse (neuronales Netz) Explosive Vulkanausbrüche: Kr = Krakatau (1883) SM = Santa Maria (1902) Ag = Agung (1963) SA = St. Augustine (1976) EC = El Chichon (1982) Pi = Pinatubo (1991) Ka = Kasatochi (2008) sehr starkes El Niño mittleres bis starkes El Niño SU Sim. Beob. Kr SM Globaltemperatur 1860-2008 Beobachtung und statistische Simulation (neuronales Netz) TR = Treibhausgassignal SU = Sulfatpartikelsignal TR+SU kombiniert 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Zeit in Jahren Ag SA TR TR + SU EC Pi Ka Schönwiese et al., 2010 Erklärte Varianzen: anthropogen 61 %, natürlich 27 % (unerklärt 12 %) Schönwiese et al. 2010

Quantifizierung der Klimafaktoren Mittlere globale troposphärische Strahlungsantriebe (ca. 1750-2000; IPCC, 2007) und empirisch-statistisch geschätzte bodennahetemperatursignale 1860-2008 Klimafaktor Art Strahlungsantrieb* Signal*** Signalstruktur Treibhausgase a + 3,0 (2,7-3,6) 0,9-1,5 K progressiver Trend Troposphär. Sulfat a - 1,2 (0,4-2,7) 0,2-0,5 K uneinheitlicher Trend Ruß a + 0,1 (0,0-0,2) - Trend Stratosphär. Ozon a - 0,1 (0,05-0,15) - Trend Strat. Wasserdampf a + 0,07 (0,02-0,12) - Trend Albedo (Landnutzung) a - 0,2 (0-0,4) - Trend Flugverkehr (Ci u.a.) a + 0,01 (0,003-0,03) - Trend Vulkaneruptionen n max. - 3 ** 0,2-0,3 K episodisch (1-3 Jahre) Sonnenaktivität n + 0,1 (0,06-0,3) 0,1-0,2 K fluktuativ El Niño (ENSO) n (intern) 0,1-0,2 K episodisch (Monate) 2 x CO 2, Gleichgew. a + 4,4 2,0-4,5 K progressiver Trend * Strahlungsantrieb in Wm -2 ; + Erwärmung, - Abkühlung; Art: a = anthropogen, n = natürlich ** Pinatubo: 1991 2.4 Wm -2, 1992 3.2 Wm -2, 1993 0.9 Wm -2 ; nach McCormick et al. (1995) *** Schönwiese, Walter u. Brinckmann (2009) Quelle: IPCC, 2007, ergänzt; ***Schönwiese et al., 2010 (neuronale Netz-Analyse)

Zeitabhängige Beiträge der Klimafaktoren (bodennahe Lufttemperatur, global, multiple lineare Regression) 90 % Zeitlich gleitende EV-Analyse (MLR) 80 (Zeitfenster 80 Jahre) Erklärte Varianz (EV). 70 60 50 40 30 20 SOL Total Nat GHG 10 ENSO 0 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1929 1930-1939 -1949-1959 -1969-1979 -1989-1999 -2008

Folgerungen Trotz erheblicher räumlich-zeitlicher Klimavariabilität bleibt es dabei, dass zumindest im globalen Mittel und in den letzten Jahrzehnten der Klimafaktor Mensch (insbesondere Treibhausgase ) immer mehr zum dominanten Klimafaktor geworden ist. Das bedeutet für die Zukunft ein großes Risiko. Die Sonnenaktivität spielt demgegenüber eine sehr untergeordnete Rolle. Diverse Buchpublikationen fachfremder Autoren, die im Widerspruch zur klimatologischen Fachwissenschaft stehen (Lehrbücher, begutachtete Fachpublikationen, IPCC) enthalten eklatante Fehler bzw. Fehlinterpretationen. Sie sollten von baldigen und wirkungsvollen Klimaschutzmaßnahmen (Anpassung, Vorsorge) und einer entsprechend verantwortungsvollen Energiepolitik nicht ablenken.

Vielen Dank für Ihr Interesse Homepage des Autors: http://www.geo.uni-frankfurt.de/iau/klima