Klimasensitivität: Unterschied zwischen den Versionen

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==Was ist die Klimasensitivität?==
 
==Was ist die Klimasensitivität?==
Die '''Klimasensitivität''' ist ein Maß dafür, wie sensibel die global gemittelte bodennahe [[Lufttemperatur]] auf der Erde auf Änderungen der [[Kohlendioxid-Konzentration]] reagiert.
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Die '''Klimasensitivität''' ist ein Maß dafür, wie sensibel die global gemittelte bodennahe [[Lufttemperatur]] auf der Erde auf Änderungen der [[Kohlendioxid-Konzentration]] reagiert. Sie wird daher in °C angegeben und steht für die Temperaturänderung, die die Erde bei einer Verdoppelung des vorindustriellen CO<sub>2</sub>-Gehalts erfahren würde. Eine Verdoppelung des CO<sub>2</sub>-Gehalts der [[Atmosphäre]] von 280 ppm vorindustriell auf 560 ppm wird ohne weitere Maßnahmen gegen die Emission von anthropogenen [[Treibhausgase]]n um 2060 erwartet. Gegenwärtig liegt die CO<sub>2</sub>-Konzentration bei 416 ppm. D.h. etwa der halbe Weg zu einer Verdoppelung ist bereits erfolgt
Sie wird daher in °C angegeben und steht für die Temperaturänderung, die die Erde bei einer Verdoppelung des CO<sub>2</sub>-Gehalts erfahren würde. Dabei wird angenommen, dass sich das [[Klima_und_Wetter#Klima|Klima]] vor und nach der Änderung im Gleichgewicht befindet; man betrachtet also einen Anfangs- und Endzustand ohne die allmähliche Erwärmung dazwischen. Betrachtet man dagegen die Änderung des Klimas bis zu einem bestimmten (z.B. dem aktuellen) Zeitpunkt, spricht man auch von der „effektiven Klimasensitivität“.  
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Es gibt zwei Arten von Klimasensitivität:
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# Die '''Gleichgewichts-Klimasensitivität''' (engl. ECS = equilibrium climate sensistivity) meint den Klimazustand, der eintritt, nachdem das [[Klimasystem]] sich an die doppelte Menge von CO<sub>2</sub> in der Atmosphäre angepasst hat. Das kann hunderte bis über 1000 Jahre dauern, vor allem weil der Austausch der Erwärmung der Atmosphäre mit der des Ozeans ([[Erwärmung des Ozeans]]) sehr langsam erfolgt.
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# Die '''transiente Klimasensitivität''' bezieht sich auf die Erwärmung zum Zeitpunkt der CO<sub>2</sub>-Verdoppelung. Dabei geht man von einer Zunahme des Kohlendioxids von 1% jährlich aus. Die Erwärmung ist geringer, weil die Verteilung der Wärme zwischen Ozean und Atmosphäre noch keinen Gleichgewichtszustand erreicht hat.
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Die Klimasensitivität wird auf verschiedene Art und Weise berechnet. Zum einen gilt es, ein belastbares theoretisches Verständnis des Klimasystems mit all seinen [[Feedback]]prozessen, z.B. zwischen [[Wolken]] und [[Strahlung]], zu entwickeln. Das leisten im wesentlichen [[Klimamodelle|Computermodelle]], die das Klimasystem und seine Dynamik möglichst genau abbilden. Zweitens werden die bisherigen Klimaänderungen seit Beginn der Industrialisierung und ihre Beziehung zum Anstieg des CO<sub>2</sub>-Gehalts der Atmosphäre untersucht. Hier lässt sich immerhin ablesen, dass der CO<sub>2</sub>-Gehalt um fast 50% zugenommen hat und die globale Mitteltemperatur im selben Zeitraum um 1 °C gestiegen ist. Daraus lässt sich aber noch keine mathematische Formel ableiten, mit der sich die Klimasensitivität berechnen ließe. Die Gleichgewichts-Sensitivität liegt erst in ferner Zukunft vor und ließe sich nur mit Modellen simulieren. Die transiente Sensitivität lässt sich für 2060 ebenfalls nicht berechnen, weil die beteiligten Feedbackprozesse, z.B. durch [[Aerosole]], [[Kryosphäre im Klimasystem|Eis]] oder Wolken, in den nächsten Jahrzehnten ganz anders ablaufen könnten als bisher. Eine dritte Quelle der Erkenntnisse über die Klimasensitivität der Erde sind Untersuchungen über das Verhalten des Klimas in der fernen Vergangenheit, des Paleoklimas, bei Änderungen des CO<sub>2</sub>-Gehalts. Hier haben sich besonders das [[Eiszeitalter|letzte glaziale Maximum]] (ca. 20 000 Jahre vh.) und das [[Warmes Klima im Pliozän|mittlere Pliozän]] (3,3 bis 3,0 Mio. Jahre vh.) als lohnend erwiesen.
  
 
== Wie groß ist die Klimasensitivität? ==
 
== Wie groß ist die Klimasensitivität? ==
 
Das Gedankenexperiment der plötzlichen CO<sub>2</sub>-Verdopplung hat natürlich keine Entsprechung in der Realität, sondern liefert eine einfache Kennzahl zur Beschreibung der Empfindlichkeit der Erde gegenüber Kohlendioxid und anderen das Klima beeinflussenden Faktoren (die meist - mit Einschränkungen - in CO<sub>2</sub>-Äquivalente umgerechnet werden können).   
 
Das Gedankenexperiment der plötzlichen CO<sub>2</sub>-Verdopplung hat natürlich keine Entsprechung in der Realität, sondern liefert eine einfache Kennzahl zur Beschreibung der Empfindlichkeit der Erde gegenüber Kohlendioxid und anderen das Klima beeinflussenden Faktoren (die meist - mit Einschränkungen - in CO<sub>2</sub>-Äquivalente umgerechnet werden können).   
  
Diese Zahl zu kennen ist also der Schlüssel zu einer verlässlichen Vorhersage des Klimas. Sie ist allerdings kein vorgegebener Wert in globalen [[Klimamodelle|Klimamodellen]], sondern Resultat vieler verschiedener Rückkopplungseffekte, wie z.B. der Wasserdampf-Rückkopplung (je wärmer es wird, desto mehr erwärmender Wasserdampf befindet sich auch in der Luft; vgl. [[Wasserkreislauf und Klima]]) und der [[Eis-Albedo-Rückkopplung]]. Insbesondere die Veränderung der Bewölkung und deren Rückwirkung auf die globale Erwärmung ist schwer abschätzbar und vergrößert die Unsicherheitsspanne. Da frühere Modelle nur die Atmosphäre beinhalteten, beinhaltet die Klimasensitivität im engeren Sinne übrigens nur Rückkopplungen in der Atmosphäre. Die Unsicherheiten des sich ändernden [[Kohlenstoffkreislauf]]s (z.B. die zusätzlichen Emissionen aus Pflanzen und Böden) werden nicht dazu gerechnet, obwohl sie natürlich ebenfalls zu Klimaänderungen beitragen werden.
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Diese Zahl zu kennen ist also der Schlüssel zu einer verlässlichen [[Klimaprojektionen|Projektion des Klimas]]. Sie ist allerdings kein vorgegebener Wert in globalen [[Klimamodelle|Klimamodellen]], sondern Resultat vieler verschiedener Rückkopplungseffekte, wie z.B. der [[Wasserdampf]]-Rückkopplung (je wärmer es wird, desto mehr erwärmender Wasserdampf befindet sich auch in der Luft; vgl. [[Wasserkreislauf und Klima]]) und der [[Eis-Albedo-Rückkopplung]]. Insbesondere die Veränderung der Bewölkung und deren Rückwirkung auf die globale Erwärmung ist schwer abschätzbar und vergrößert die Unsicherheitsspanne. Die Unsicherheiten des sich ändernden [[Kohlenstoffkreislauf]]s (z.B. die zusätzlichen Emissionen aus Pflanzen und Böden) werden nicht dazu gerechnet, obwohl sie natürlich ebenfalls zu Klimaänderungen beitragen werden.
 
 
Auch aus Beobachtungen ist die Klimasensitivität schwer abschätzbar, da die Klimaantriebe (also die Ursachen von Klimaänderungen) und die Klimaänderungen selbst zu ungenau bekannt sind, und da das Klima sich in Wahrheit nicht im Gleichgewicht befindet, sondern immer dem Antrieb hinterher hinkt.
 
  
 
[[Bild:Climate sensitivity.jpg|thumb|520px|Klimasensitivität im 5. IPCC-Bericht, bei den CMIP5-Modellen, die für den 5. IPCC-Bericht entwickelt wurden und bei den bisherigen CMIP6-Modellen für den 6. IPCC-Bericht]]
 
[[Bild:Climate sensitivity.jpg|thumb|520px|Klimasensitivität im 5. IPCC-Bericht, bei den CMIP5-Modellen, die für den 5. IPCC-Bericht entwickelt wurden und bei den bisherigen CMIP6-Modellen für den 6. IPCC-Bericht]]
Der Wert der Klimasensitivität liegt nach Einschätzung des vierten Sachstandsberichts des Intergovernmental Panel on Climate Change ([[IPCC]]) von 2007 zwischen 2 und 4,5 °C. Das IPCC bezeichnet diese Spanne als „wahrscheinlich“, der beste mittlere Schätzwert liege bei 3 °C; eine Sensititvät von unter 1,5 °C sei „sehr unwahrscheinlich“.<ref name="IPCC 2007">Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): [http://www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-wg1.htm ''IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report "The Physical Science Basis"'']</ref> 
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Der Wert der Klimasensitivität liegt nach Einschätzung des vierten Sachstandsberichts des Intergovernmental Panel on Climate Change ([[IPCC]]) von 2007 zwischen 2 und 4,5 °C. Das IPCC bezeichnet diese Spanne als „wahrscheinlich“, der beste mittlere Schätzwert liege bei 3 °C; eine Sensititvät von unter 1,5 °C sei „sehr unwahrscheinlich“.<ref name="IPCC 2007">Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): [http://www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-wg1.htm ''IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report "The Physical Science Basis"'']</ref> Der fünfte Sachstandsbericht des IPCC von  2013 korigierte seine Schätzung von 2007 auf 1,5 - 4,5 °C, bei einem Mittelwert von 3,2 °C. Der Grund für die Korrektur des unteren Wertes von 2 °C auf 1,5 °C  liegt in Unsicherheiten über die Wärmeaufnahme des Ozeans.<ref>IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Box 12.2</ref>
 
 
In einzelnen Studien wurde als Wert für die Klimasensitivität ein Bereich zwischen  1,5 und 4,5 °C ermittelt, um die sich die Erde mit 95%iger Wahrscheinlichkeit bei einer solchen Verdoppelung erwärmen wird.<ref name="Annan 2006">Annan, J.D. und J.C. Hargreaves (2006): ''Using multiple observationally-based constraints to estimate climate sensitivity'', Entwurf vom 30. Januar [http://www.jamstec.go.jp/frcgc/research/d5/jdannan/GRL_sensitivity.pdf (PDF)]</ref> Eine 2007 in der Zeitschrift Nature erschienene geologische Studie untersucht die Klimasensitivität über die letzten 420 Millionen Jahre und ergibt 1,5&nbsp;°C als unteren und 6,2&nbsp;°C als oberen Grenzwert sowie 2,8&nbsp;°C als beste Schätzung.<ref>Royer, Dana L., Robert A. Berner und Jeffrey Park (2007): ''Climate sensitivity constrained by CO2 concentrations over the past 420 million years'', in: Nature, Vol. 446, 29. März, [http://droyer.web.wesleyan.edu/climate_sensitivity.pdf (PDF)]</ref> Der fünfte Sachstandsbericht des IPCC von  2013 korigierte seine Schätzung von 2007 auf 1,5 - 4,5 °C, bei einem Mittelwert von 3,2 °C. Der Grund für die Korrektur des unteren Wertes von 2 °C auf 1,5 °C  liegt in Unsicherheiten über die Wärmeaufnahme des Ozeans.<ref>IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Box 12.2</ref>
 
  
 
Die Auswertung von ersten Modellrechnungen zum 6. Report des IPCC, der ab 2021 erscheinen soll, zeigt, dass die Klimasensitivität der neuen Modelle deutlich höher als die der vorherigen Modellgeneration ist. Die bisher gerechneten 31 Modell-Simulationen zeigen eine Klimasensitivität von 1,8-5,6 °C, zehn von ihnen sogar mehr als den höchsten Wert der Modelle für den 5. IPCC-Bericht von 4,5 °C.<ref name="Hausfather 2019">Hausfather, Carbon Brief (2019): [https://www.carbonbrief.org/cmip6-the-next-generation-of-climate-models-explained CMIP6: the next generation of climate models explained]</ref>  Noch liegen allerdings weniger als ein Drittel der erwarteten Modellergebnisse zu dem Thema vor. Daher lassen sich auch die Gründe für die höhere Klimasensitivität nicht endgültig bestimmen. Eine wichtige Rolle dürfte die Darstellung von tieferen außertropischen Wolken besonders über dem Südlichen Ozean spielen. Eine mögliche positive Rückkopplung könnte darin bestehen, dass sich durch die globale Erwärmung die tiefere Wolkenbedeckung stärker auflöst und damit mehr Sonneneinstrahlung absorbiert wird.<ref name="Zelinka 2020">Zelinka, M.D., T.A. Myers, D.T. McCoy, et al. (2020): Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models, Geophysical Research Letters, doi: 10.1029/2019GL085782</ref>
 
Die Auswertung von ersten Modellrechnungen zum 6. Report des IPCC, der ab 2021 erscheinen soll, zeigt, dass die Klimasensitivität der neuen Modelle deutlich höher als die der vorherigen Modellgeneration ist. Die bisher gerechneten 31 Modell-Simulationen zeigen eine Klimasensitivität von 1,8-5,6 °C, zehn von ihnen sogar mehr als den höchsten Wert der Modelle für den 5. IPCC-Bericht von 4,5 °C.<ref name="Hausfather 2019">Hausfather, Carbon Brief (2019): [https://www.carbonbrief.org/cmip6-the-next-generation-of-climate-models-explained CMIP6: the next generation of climate models explained]</ref>  Noch liegen allerdings weniger als ein Drittel der erwarteten Modellergebnisse zu dem Thema vor. Daher lassen sich auch die Gründe für die höhere Klimasensitivität nicht endgültig bestimmen. Eine wichtige Rolle dürfte die Darstellung von tieferen außertropischen Wolken besonders über dem Südlichen Ozean spielen. Eine mögliche positive Rückkopplung könnte darin bestehen, dass sich durch die globale Erwärmung die tiefere Wolkenbedeckung stärker auflöst und damit mehr Sonneneinstrahlung absorbiert wird.<ref name="Zelinka 2020">Zelinka, M.D., T.A. Myers, D.T. McCoy, et al. (2020): Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models, Geophysical Research Letters, doi: 10.1029/2019GL085782</ref>

Version vom 16. August 2020, 17:07 Uhr

1 Was ist die Klimasensitivität?

Die Klimasensitivität ist ein Maß dafür, wie sensibel die global gemittelte bodennahe Lufttemperatur auf der Erde auf Änderungen der Kohlendioxid-Konzentration reagiert. Sie wird daher in °C angegeben und steht für die Temperaturänderung, die die Erde bei einer Verdoppelung des vorindustriellen CO2-Gehalts erfahren würde. Eine Verdoppelung des CO2-Gehalts der Atmosphäre von 280 ppm vorindustriell auf 560 ppm wird ohne weitere Maßnahmen gegen die Emission von anthropogenen Treibhausgasen um 2060 erwartet. Gegenwärtig liegt die CO2-Konzentration bei 416 ppm. D.h. etwa der halbe Weg zu einer Verdoppelung ist bereits erfolgt

Es gibt zwei Arten von Klimasensitivität:

  1. Die Gleichgewichts-Klimasensitivität (engl. ECS = equilibrium climate sensistivity) meint den Klimazustand, der eintritt, nachdem das Klimasystem sich an die doppelte Menge von CO2 in der Atmosphäre angepasst hat. Das kann hunderte bis über 1000 Jahre dauern, vor allem weil der Austausch der Erwärmung der Atmosphäre mit der des Ozeans (Erwärmung des Ozeans) sehr langsam erfolgt.
  2. Die transiente Klimasensitivität bezieht sich auf die Erwärmung zum Zeitpunkt der CO2-Verdoppelung. Dabei geht man von einer Zunahme des Kohlendioxids von 1% jährlich aus. Die Erwärmung ist geringer, weil die Verteilung der Wärme zwischen Ozean und Atmosphäre noch keinen Gleichgewichtszustand erreicht hat.

Die Klimasensitivität wird auf verschiedene Art und Weise berechnet. Zum einen gilt es, ein belastbares theoretisches Verständnis des Klimasystems mit all seinen Feedbackprozessen, z.B. zwischen Wolken und Strahlung, zu entwickeln. Das leisten im wesentlichen Computermodelle, die das Klimasystem und seine Dynamik möglichst genau abbilden. Zweitens werden die bisherigen Klimaänderungen seit Beginn der Industrialisierung und ihre Beziehung zum Anstieg des CO2-Gehalts der Atmosphäre untersucht. Hier lässt sich immerhin ablesen, dass der CO2-Gehalt um fast 50% zugenommen hat und die globale Mitteltemperatur im selben Zeitraum um 1 °C gestiegen ist. Daraus lässt sich aber noch keine mathematische Formel ableiten, mit der sich die Klimasensitivität berechnen ließe. Die Gleichgewichts-Sensitivität liegt erst in ferner Zukunft vor und ließe sich nur mit Modellen simulieren. Die transiente Sensitivität lässt sich für 2060 ebenfalls nicht berechnen, weil die beteiligten Feedbackprozesse, z.B. durch Aerosole, Eis oder Wolken, in den nächsten Jahrzehnten ganz anders ablaufen könnten als bisher. Eine dritte Quelle der Erkenntnisse über die Klimasensitivität der Erde sind Untersuchungen über das Verhalten des Klimas in der fernen Vergangenheit, des Paleoklimas, bei Änderungen des CO2-Gehalts. Hier haben sich besonders das letzte glaziale Maximum (ca. 20 000 Jahre vh.) und das mittlere Pliozän (3,3 bis 3,0 Mio. Jahre vh.) als lohnend erwiesen.

2 Wie groß ist die Klimasensitivität?

Das Gedankenexperiment der plötzlichen CO2-Verdopplung hat natürlich keine Entsprechung in der Realität, sondern liefert eine einfache Kennzahl zur Beschreibung der Empfindlichkeit der Erde gegenüber Kohlendioxid und anderen das Klima beeinflussenden Faktoren (die meist - mit Einschränkungen - in CO2-Äquivalente umgerechnet werden können).

Diese Zahl zu kennen ist also der Schlüssel zu einer verlässlichen Projektion des Klimas. Sie ist allerdings kein vorgegebener Wert in globalen Klimamodellen, sondern Resultat vieler verschiedener Rückkopplungseffekte, wie z.B. der Wasserdampf-Rückkopplung (je wärmer es wird, desto mehr erwärmender Wasserdampf befindet sich auch in der Luft; vgl. Wasserkreislauf und Klima) und der Eis-Albedo-Rückkopplung. Insbesondere die Veränderung der Bewölkung und deren Rückwirkung auf die globale Erwärmung ist schwer abschätzbar und vergrößert die Unsicherheitsspanne. Die Unsicherheiten des sich ändernden Kohlenstoffkreislaufs (z.B. die zusätzlichen Emissionen aus Pflanzen und Böden) werden nicht dazu gerechnet, obwohl sie natürlich ebenfalls zu Klimaänderungen beitragen werden.

Klimasensitivität im 5. IPCC-Bericht, bei den CMIP5-Modellen, die für den 5. IPCC-Bericht entwickelt wurden und bei den bisherigen CMIP6-Modellen für den 6. IPCC-Bericht

Der Wert der Klimasensitivität liegt nach Einschätzung des vierten Sachstandsberichts des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) von 2007 zwischen 2 und 4,5 °C. Das IPCC bezeichnet diese Spanne als „wahrscheinlich“, der beste mittlere Schätzwert liege bei 3 °C; eine Sensititvät von unter 1,5 °C sei „sehr unwahrscheinlich“.[1] Der fünfte Sachstandsbericht des IPCC von 2013 korigierte seine Schätzung von 2007 auf 1,5 - 4,5 °C, bei einem Mittelwert von 3,2 °C. Der Grund für die Korrektur des unteren Wertes von 2 °C auf 1,5 °C liegt in Unsicherheiten über die Wärmeaufnahme des Ozeans.[2]

Die Auswertung von ersten Modellrechnungen zum 6. Report des IPCC, der ab 2021 erscheinen soll, zeigt, dass die Klimasensitivität der neuen Modelle deutlich höher als die der vorherigen Modellgeneration ist. Die bisher gerechneten 31 Modell-Simulationen zeigen eine Klimasensitivität von 1,8-5,6 °C, zehn von ihnen sogar mehr als den höchsten Wert der Modelle für den 5. IPCC-Bericht von 4,5 °C.[3] Noch liegen allerdings weniger als ein Drittel der erwarteten Modellergebnisse zu dem Thema vor. Daher lassen sich auch die Gründe für die höhere Klimasensitivität nicht endgültig bestimmen. Eine wichtige Rolle dürfte die Darstellung von tieferen außertropischen Wolken besonders über dem Südlichen Ozean spielen. Eine mögliche positive Rückkopplung könnte darin bestehen, dass sich durch die globale Erwärmung die tiefere Wolkenbedeckung stärker auflöst und damit mehr Sonneneinstrahlung absorbiert wird.[4]

Die begrenzte Kenntnis der Klimasensitivität macht es schwierig, Ergebnisse von Klimamodellen zu vergleichen, da jedes Modell eine andere Klimasensitivität aufweist. Daher ist es von Vorteil, nicht die Temperaturänderungen, sondern als Vorstufe davon die Änderung der Strahlungsbilanz direkt zu vergleichen. Das hierzu entwickelte Konzept ist das des Strahlungsantriebs. Der Umrechnungsfaktor zwischen dem Strahlungsantrieb und der Temperaturänderung auf der Erde nennt sich Klimasensitivitäts-Parameter und wird in K/W/m2 (also Kelvin pro Watt/m2) angegeben.

3 Einzelnachweise

  1. Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report "The Physical Science Basis"
  2. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Box 12.2
  3. Hausfather, Carbon Brief (2019): CMIP6: the next generation of climate models explained
  4. Zelinka, M.D., T.A. Myers, D.T. McCoy, et al. (2020): Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models, Geophysical Research Letters, doi: 10.1029/2019GL085782

4 Lizenzhinweis

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Kontakt: Dieter Kasang


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