Die sogenannte Erwärmungspause

Aus Klimawandel
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Abb. 1: Globale Jahresmittelwerte der bodennahen Lufttemperatur und Jahrzehntmittelwerte

Der Klimawandel hat nicht ausgesetzt

Die Veränderung der globalen Mitteltemperatur, gemessen in 2 m über der Erdoberfläche, weist seit Beginn des 20. Jahrhunderts einen eindeutigen Trend nach oben auf. Die Durchschnittstemperatur der letzten fünf Jahre 2014-2018 lag schon um 1 °C über den vorindustriellen Temperaturen.[1] Dabei gibt es zahlreiche Regionen mit einem stärkeren Temperaturanstieg, so dass 20-40 % der menschlichen Bevölkerung bereits einen Anstieg von 1,5 °C erfahren haben.[2] Von den wärmsten 10 Jahren seit dem Ende des 19. Jahrhunderts liegen allerdings alle mit Ausnahme des Jahres 1998 im 21. Jahrhundert. Das bisher wärmste Jahr seit Beginn der Messungen war 2016, das zweitwärmste 2015. Und bei einem Vergleich der Mittelwerte über jeweils ein Jahrzehnt ist seit den 1970er Jahren jedes neue Jahrzehnt deutlich wärmer als die vorhergehende Dekade (Abb. 1).

Dennoch hat die geringe Temperaturzunahme im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts in den Medien Spekulationen über ein Aussetzen des Klimawandels hervorgerufen, so etwa in einem Spiegel-Online-Artikel von 2013.[3][4] Tatsächlich lag die globale Mitteltemperatur nach den Daten der amerikanischen Wetterbehörde NOAA 1998 um 0,63 °C über dem Mittelwert von 1901-2000 und fünfzehn Jahre später, im Jahre 2012, nur um 0,57 °C darüber.[5] Die beiden dazwischen liegenden Spitzenjahre 2005 und 2010 lagen mit 0,65 °C und 0,66 °C nur unwesentlich über dem Wert von 1998. Die globale Temperatur nahm also trotz weiterhin steigender CO2-Konzentration von 367 ppm im Jahre 1998 auf 394 ppm[6] im Jahre 2012 sowie einer Steigerungsrate von 3,1 ppm/Jahr[7] offensichtlich nicht mehr zu. Bedeutet das, dass damit die globale Erwärmung durch die Emission von Treibhausgasen durch den Menschen vorübergehend nicht mehr wirksam war? Um diese Frage zu beantworten, müssen sowohl die Daten selbst als auch die Gründe für die aktuelle Temperaturentwicklung genauer betrachtet werden.

Beobachtete Klimaänderungen

Die globale Temperaturkurve zeigt immer wieder starke Schwankungen von Jahr zu Jahr. Einzelne Jahre miteinander zu vergleichen, wie etwa das für die 1990er Jahre außergewöhnlich warme Jahr 1998 und das eher kühle Jahr 2012, sagt daher nichts über die Klimaentwicklung in diesem Zeitraum aus, sondern nur über die Temperaturverhältnisse in zwei zufällig herausgegriffenen Jahren. Dabei geht es um Wetterverhältnisse, nicht um Klima. Um einen längerfristigen klimatischen Trend von 20 oder 30 Jahren zu bestimmen, müssen längere Zeiträume, mindestens Jahrzehnte, miteinander verglichen werden. Dabei kommt man dann zu ganz anderen Ergebnissen: Der Mittelwert des Jahrzehnts 1981-1990 lag um 0,25 °C über dem langjährigen Mittel der Jahre 1901-2000, der von 1991-2000 lag um 0,40 °C und der des Jahrzehnts 2001-2010 um 0,6 °C darüber. Die 2000er Jahre waren also deutlich wärmer als die 1990er und diese deutlich wärmer als die 1980er Jahre. Sie sind auch deutlich das wärmste Jahrzehnt seit Beginn der (global relevanten) Messungen Mitte des 19. Jahrhunderts, wahrscheinlich sogar seit dem Mittelalter. 12 der 14 wärmsten Jahre seit 1850 liegen im neuen Jahrhundert. Nur 1998 und 1997 gehören noch dazu.(vgl. auch die neue Studie des Met Office[7]).

Dennoch bleibt festzuhalten, dass sich seit ca. 2000 die globale Mitteltemperatur (auf hohem Niveau) bis zum Beginn der 2010er Jahre etwa gleich geblieben ist. Interessant sind einige regionale Unterschiede: Die Pause nach 2000 findet sich nicht in der Arktis, die sich insgesamt doppelt so schnell erwärmt wie im globalen Mittel und deren Erwärmung weiter anhält. Die globalen Landgebiete haben sich seit 1970 um 0,26 °C erwärmt, die Temperatur über den Ozeanen nur um 0,13 °C. Die Landgebiete zeigen auch nach 2000 einen leichten Temperaturanstieg. Insgesamt zeigen die Daten, dass sich die aktuelle Pause der Erwärmung vor allem aus der geringen Erwärmung über den Ozeanen, bes. über dem östlichen Pazifik, herleitet.[7]

Abb. 2: Temperaturentwicklung nach fünf Datensätzen (blau) und unter Herausrechnung der Einflüsse der Solarstrahlung, von ENSO und Vulkanausbrüchen (rot).

Ursachen der Erwärmungspause

Worin könnten die Ursachen für den fehlenden Anstieg der globalen Mitteltemperatur seit Beginn des neuen Jahrhunderts liegen? Da der Anstieg der Konzentration der Treibhausgase unvermindert anhält, kommen als Einflussfaktoren nur natürliche Klimaschwankungen in Frage. Dabei lassen sich grundsätzlich zwei verschiedene Prozesse unterscheiden, zum einen eine Veränderung im Strahlungshaushalt der Atmosphäre und zum andern eine veränderte Energieverteilung durch interne Klimaschwankungen.

Veränderte Strahlung

Die Temperatur des Klimasystems wird grundlegend kontrolliert durch die eingehende kurzwellige Solarstrahlung und die ausgehende langwellige Strahlung des Planeten. Die Treibhausgase fangen einen Teil dieser langwelligen Strahlung in der Atmosphäre ab und erwärmen das System. Die steigende Emission anthropogener Treibhausgase verstärkt diesen Effekt. Die Konzentration des mit Abstand wichtigsten anthropogenen Treibhausgases, nämlich Kohlendioxid, ist unvermindert angestiegen. Für eine Änderung des Strahlungshaushalts kommen daher nur natürliche Prozesse in Frage.

Eine Möglichkeit, die einfallende Strahlung von der Sonne zu verringern, wären Vulkanausbrüche. Bei starken Vulkaneruptionen werden Aerosole bis in die Stratosphäre geschleudert und können dort in nennenswertem Maße Sonnenstrahlen reflektieren und so zu einer Abkühlung am Boden führen. Die wenigen größeren Vulkanausbrüche der letzten 50 Jahre liegen jedoch mehr als 20 Jahre zurück, mit dem Ausbruch des Mt. Pinatubo von 1991 als dem letzten und stärksten Ereignis. Die abkühlende Wirkung von Vulkanausbrüchen hält außerdem nur zwei bis drei Jahre an. Damit kommen Vulkanausbrüche für die aktuelle Erwärmungspause nicht in Frage.

Auch durch menschliche Aktivitäten könnte sich die Aerosol-Konzentration in der Atmosphäre erhöhen und damit eine Abkühlung bewirken. Tatsächlich sind die anthropogenen Emissionen von Sulfat-Aerosolen von 106 Tg SO2 im Jahre 2000 auf 112 Tg SO2 im Jahre 2005 angestiegen. Grund war vor allem der gestiegene Anteil Asiens, d.h. vor allem Chinas und Indiens, von 41 auf 52 % der weltweiten Emissionen, während im selben Zeitraum der Anteil Nordamerikas und Europas (einschließlich Rußlands) von 38 auf 25 % gesunken ist. Zwischen 2005 und 2011 haben die globalen Emissionen jedoch wieder von 112 auf 101 Tg SO2 abgenommen, weil China als größter Aerosol-Emittent durch Kontrollmaßnahmen bei Kraftwerken seine Emissionen deutlich gesenkt hatte.[8] Ein Anteil von anthropogenen Aerosolen an dem fehlenden Temperaturanstieg kann demnach nicht angenommen werden.[9]

Möglicherweise kommt auch eine Abnahme der Sonneneinstrahlung als Verursacher in Frage. Die letzten drei Maxima um 1990, 2001 und 2013 zeigen einen deutlichen Abwärtstrend.[10] Es ist daher davon auszugehen, dass der deutliche Abschwung des Schwabe-Zyklus zwischen 2002 und 2009 einen Einfluss darauf hatte, dass es im neuen Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts trotz weiterhin steigender Treibhausgaskonzentration keine weitere Zunahme der globalen Mitteltemperatur gegeben hat [11] Der Einfluss abnehmender Sonneneinstrahlung wird insgesamt jedoch als sehr gering eingeschätzt (s. Abb. 2). Selbst wenn die Sonnenaktivität bis zum Ende des Jahrhunderts auf das Niveau der Kleinen Eiszeit zurückgehen sollte, wird dadurch nicht mehr als ein Abkühlungseffekt von -0,1 °C erwartet.[12]

Veränderte Energieverteilung

Abb. 3: Änderung der globalen 2m-Temperatur über dem Land, über dem Ozean und über Land und Ozean sowie Änderung des Wärmegehalts in den oberen 800 m des Ozeans im Verhältnis zum Mittelwert 1961-1990

Da die Veränderungen im Strahlungshaushalt der Atmosphäre zu geringfügig sind, um die ausbleibende Erwärmung zu erklären, kann die Ursache nur in einer veränderten Umverteilung der zusätzlichen Energie durch Treibhausgase im Klimasystem liegen. Die zunehmende C2-Konzentration hat die Erwärmung des Klimasystems weiter vorangetrieben, aber eben nicht an in 2 m über der Eroberfläche, wo die globale Mitteltemperatur gemessen wird, sondern irgendwie darunter. Dafür kommt eigentlich nur der Ozean in Frage. Im Ozean können Änderungen in der vertikalen Zirkulation warmes Wasser in den tieferen Ozean verfrachten und kaltes Wasser an die Oberfläche bringen. Eine Ursache kann in der Ozean-Atmosphäre-Zirkulation liegen wie z.B. bei der El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO), eine andere in Änderungen der Dichte des Ozeanwassers, z.B. durch Änderungen der Wassertemperatur oder des Salzgehaltes, wie etwa bei der thermohalinen Zirkulation im Nordatlantik.

Meeresoberflächentemperaturen

So war z.B. 1998 deshalb ein außergewöhnlich warmes Jahr, weil der stärkste je gemessenen El Niño die Temperaturen weltweit nach oben getrieben hat. Bei einem El Niño wird durch Umverteilung von Wassermassen im Pazifik kaltes Auftriebswasser im östlichen tropischen Pazifik unterdrückt und durch warmes Wasser aus dem westlichen Pazifik ersetzt. ENSO beeinflusst das Wetter rund um den Globus. Der Unterschied in der globalen Mitteltemperatur zwischen einer warmen El-Niño- und einer kalten La-Niña-Phase liegt bei 0,2 bis 0,3 °C.[9] Das entspricht etwa der geschätzten Erwärmungsrate pro Jahrzehnt durch den Anstieg von Treibhausgasen. Seit dem Jahr 2000 gab es kein größeres El-Niño-Ereignis; vielmehr dominierten im tropischen Pazifik La-Niña-Zustände. Es ist daher wahrscheinlich, dass das ENSO-Phänomen einen gewissen Beitrag zu der ausbleibenden Erwärmung in den 2000er Jahren geleistet hat. ENSO-Phasen halten jedoch immer nur für einige Monate an und können daher selbst im Zusammenwirken mit der schwächeren Solarstrahlung die Erwärmungspause des letzten Jahrzehnts nicht erklären (s. Abb. 2).

Auf längeren Zeitskalen gibt es großräumige Abkühlungs- und Erwärmungsphasen bei den Meeresoberflächentemperaturen (SST) im Nordatlantik durch die Atlantische Multidekadische Oszillation (AMO), die zumindest teilweise von der thermohalinen Zirkulation bzw. Meridionalen Umwälzzirkulation (MOC) angetrieben wird. Der Nordatlantik hat sich seit den 1970er Jahren stark erwärmt, aber seit Beginn des neuen Jahrhunderts sind die Temperaturen nahezu konstant geblieben. Zur gegenwärtigen Erwärmungspause wird die AMO daher kaum etwas beigetragen haben. Auch wird der mögliche Beitrag als relativ gering eingeschätzt. Allerdings könnte der Atlantik in tieferen Schichten Wärme gespeichert haben.[9]

Abb. 4: Temperatur-Index der Pazifischen Dekaden Oszillation, gemittlt über die Monate Mai bis September

Ähnliche Temperaturschwankungen wie im Nordatlantik gibt es auch bei der SST im Pazifik, die als Pazifische Multidekaden Oszillation (PDO) bezeichnet werden. Die Mechanismen sind noch wenig verstanden. Die Forschung geht aber davon aus, dass die PDO einen starken Einfluss auf das Klimasystem hat. In den späten 1970er Jahren zeigt der PDO-Index einen positiven Trend, der sich seit der Jahrhundertwende dann aber negativ entwickelt hat. Zusammen mit den vorherrschenden La-Niña-Zuständen könnte die PDO damit durchaus nennenswert zu der Erwärmungspause beigetragen haben. Das wird auch von Klimamodellrechnungen gestützt.[9]

Der tiefere Ozean

Warum aber kam es zu dieser weiträumigen Ausbreitung von kälterem Wasser im Pazifik? Externe Gründe wie eine Änderung in der Einstrahlung scheiden dafür aus. Es müssen daher wohl interne Austauschprozesse dafür gesorgt haben. D.h. ein großer Teil der Wärme, die der Ozean aufgrund der höheren Treibhausgaskonzentration aus der Atmosphäre aufgenommen hat, muss in den tieferen Ozean gelangt sein. Dabei ist daran zu erinnern, dass der Ozean aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und seiner im Vergleich zur Atmosphäre viel größeren Masse ohnehin über 90 % der Erwärmung des Klimasystems seit der Mitte des 20. Jahrhunderts aufgenommen hat.[13] Der größte Teil der Erwärmung fand in den oberen Schichten statt, aber auch darunter erwärmte sich der Ozean zunehmend. Die schwierige Auswertung von Beobachtungen legt den Schluss nahe, dass gerade die Temperatur zwischen 700 und 2000 m stärker steigen, während die Erwärmung in den oberen Schichten eher stagniert. Eine mögliche Ursache könnten Änderungen der Passatwinde und deren Wirkung auf großräumige Ozeanwirbel sein.[14] Eine jüngere Berechnung mit einem nachträglichen Vorhersagemodell kommt allerdings zu dem Ergebnis, dass die zusätzliche Energie, die die Atmosphäre durch steigende Treibhausgase empfangen hat, primär von den oberen 700 m des Ozeans aufgenommen wurde. Dabei sollen der tropische Pazifik mit 42 %, der tropische Atlantik mit 25 % und der Nordatlantik mit 16 % an der erhöhten Wärmeaufnahme des Ozeans beteiligt gewesen sein.[15]

Es spricht also viel dafür, dass das Ausbleiben Erwärmung der unteren Atmosphäre seit der Jahrhundertwende dadurch zu erklären ist, dass ein großer Teil der zusätzlichen Energie durch die steigende Konzentration von Treibhausgasen vom Ozean aufgenommen worden ist. Allerdings reichen die vorliegenden Beobachtungsdaten nicht aus, um diese These definitiv zu belegen.[9]

Einzelnachweise

  1. ↑ WMO (2019): WMO Statement on the State of the Global Climate
  2. ↑ IPCC (2018): Global Warming of 1.5 °C, 1.1
  3. ↑ Axel Bojanowski: Forscher rätseln über Stillstand bei Erderwärmung, Spiegel Online 18.1.2013
  4. ↑ Vgl. zu dem Thema auch: Easterling, D. R., and M. F. Wehner (2009): Is the climate warming or cooling?, Geophysical Research Letters, 36, L08706, doi:10.1029/2009GL037810
  5. ↑ Alle folgenden Temperaturdaten nach National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA): Annual global temperatures
  6. ↑ Mauna Loa CO2 annual mean data Jahresmittelwerte
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 MetOffice (2013): The recent pause in global warming (1): What do observations of the climate system tell us?
  8. ↑ Klimont, Z., S.J Smith, and J. Cofala (2013): The last decade of global anthropogenic sulfur dioxide: 2000–2011 emissions, Environmental Research Letters 8, doi:10.1088/1748-9326/8/1/014003
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 MetOffice (2013): The recent pause in global warming (2): What are the potential causes?
  10. ↑ Solar Influences Data Analysis Center (SIDC): International Sunspot Number
  11. ↑ J.L. Lean (2010): Cycles and trends in solar irradiance and climate, WIREs Climate Change 1, 111-122
  12. ↑ Jones, G. S., M. Lockwood, and P. A. Stott (2012): What influence will future solar activity changes over the 21st century have on projected global near-surface temperature changes?, Journal of Geophysical Research, 117, D05103, doi:10.1029/2011JD017013
  13. ↑ Roemmich, D., W.J. Gould and J. Gilson (2012): 135 years of global ocean warming between the Challenger expedition an the Argo Programme, Nature Climate Change 2, 425–428, DOI: 10.1038/NCLIMATE1461
  14. ↑ Balmaseda, M.A., K.E. Trenberth, and E. Källén (2013): Distictive climate signals in reanalysis of the global ocean heat content, Geophysical Research Letters 40, 1754-1759
  15. ↑ Guemas, V., F J. Doblas-Reyes1, I. Andreu-Burillo and M. Asif (2013): Retrospective prediction of the global warming slowdown in the past decade, Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE1863

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