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Version vom 8. August 2011, 15:03 Uhr

Temperaturdifferenz 2007 zum Mittel 1951-1980

1 Unser Wissen über den Klimawandel

Die gegenwärtige Änderung des globalen Klimas ist in den Massenmedien und in der Politik zu einem zentralen Thema geworden. Besonders in Deutschland sind die Sachstandsberichte des IPCC, des Intergovernmental Panel on Climate Change, eines internationalen Expertengremiums der UNO, auf ein breites Echo gestoßen. Die durch den Menschen verursachte globale Erwärmung, als die die gegenwärtige Klimaänderung inzwischen allgemein anerkannt ist, wird vielfach als die zentrale Herausforderung der Menschheit in den kommenden Jahrzehnten begriffen. Tatsächlich erlebt das weltweite Klima seit Mitte des 19. Jahrhunderts und besonders in den letzten Jahrzehnten einen in historischen Zeiten nicht erfahrenen Wandel, der regional unterschiedlich abläuft, im weltweiten Mittel aber die klare Tendenz einer globalen Erwärmung aufweist. Über zahlreiche Variablen des Klimasystems wie die Temperatur, die Niederschläge, Wetterextreme, die Schneebedeckung, die Ausdehnung von Land- und Meereis und den Meeresspiegel sind immer mehr Daten gesammelt worden, die insgesamt ein einheitliches Bild ergeben: Das Klima der Erde wird wärmer.

Seit etwa 1860 werden an so vielen Orten in der Welt instrumentelle Temperaturdaten gesammelt, dass daraus globale Mittelwerte abgeleitet werden können. Seit etwa 100 Jahren liegen Beobachtungen über Niederschlagsmengen und Winde vor und es gibt an etlichen Orten auch Messungen über dem Meer. Seit den späten 1970er Jahren unterstützen außerdem Satellitendaten die Messungen in Bodennähe. Satelliten messen die von der Erde absorbierte, reflektierte und emittierte Strahlung. Sie können die Wolkenbedeckung, die Schnee- und Eisbedeckung, die Luftzusammensetzung, den Niederschlag und andere Parameter erfassen und haben inzwischen eine Flut von Daten erzeugt, die stetig wächst. Zunehmend werden auch Proxydaten aus Baumringen, Sedimenten, Eisbohrkernen und anderen Quellen über die vergangenen Jahrhunderte und Jahrtausende gesammelt und z.B. in Klimamodellsimulationen ausgewertet, die es erlauben, die klimatischen Veränderungen der letzten Jahrzehnte in einem größeren zeitlichen Kontext zu sehen. Zuletzt erlauben es auch die immer komplexeren Computermodelle, nicht nur das Wetter der kommenden Tage vorherzusagen, sondern auch das vergangene Wetter (z.B. zu Zeiten, als die Datenlage noch nicht so gut war wie heute) zu rekonstruieren.

Auch wenn einzelne regionale Ereignisse wie etwa das Wüten des Hurrikans Katrina 2005 im Süden der USA, der verheerende Sturm Kyrill im Januar 2007 in Europa, die Elbeflut im Sommer 2002, die europäische Hitzewelle im August 2003 oder immer wieder erlebte ungewöhnlich warme Winter wie zuletzt 2006/07 kein Beweis für einen globalen Klimawandel sind, so kann dennoch die Häufigkeit vieler einzelner Ereignisse die Änderung des Klimas dokumentieren.

2 Änderung der Temperatur

2.1 Temperaturentwicklung der letzten 150 Jahre

Veränderung der globalen Mitteltemperatur 1860-2009

Seit es verlässliche instrumentelle Messungen gibt, um daraus globale Mittelwerte zu rekonstruieren, d.h. seit Mitte des 19. Jahrhunderts, waren die bodennahen globalen Durchschnittstemperaturen der Erde nie so hoch wie in den Jahren seit 1990. In der Abb. tritt deutlich eine Erwärmung in zwei Phasen von 1910 bis 1940 und seit 1976 hervor. Im Zeitraum 1910 bis in die 1940er Jahre hat die Temperatur um 0,35 °C zugenommen, seit den 1970er Jahren bis zur Gegenwart deutlich stärker um 0,55 °C. Dazwischen gab es eine leichte Abkühlung um 0,1 °C. Diese erklärt sich daraus, dass durch die fortschreitende Verbrennung von fossilen Brennstoffen nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Aerosole emittiert wurden, insbesondere Sulfat-Aerosole, die das Sonnenlicht wieder in den Weltraum reflektieren und so den Treibhauseffekt maskieren. Mittlerweile sind die Sulfatemissionen in Nordamerika und Europa jedoch gesunken, so dass die Emission von Treibhausgasen nun eine deutlichere Wirkung zeigt (siehe auch Aerosole).

Von den 5 wärmsten Jahren der gesamten Periode liegen 4 bereits im 21. Jahrhundert, die Ausnahme ist 1998 (als ein starker El Niño auftrat). Die zehn wärmsten je gemessenen Jahre liegen alle in den letzten 12 Jahre vor 2008. 2005 und 1998 waren die bisher wärmsten Jahre der Messreihe, gefolgt von den Jahren 2003 und 2002, 2006, 2007, 2004, 2001, 2008 und 1997.

Zwischen den ersten 70 Jahren der instrumentellen Messungen (1850–1919) und den letzten 5 Jahren (2001–2005) hat sich die globale Mitteltemperatur um 0,76 °C erhöht.[1] Dabei hat das Tempo der Erwärmung deutlich zugenommen. Würde man den Temperaturtrend der letzten 25 Jahre von 0,177 °C pro Jahrzehnt auf 100 Jahre hochrechnen, so käme man auf eine Erwärmung um fast 1,8 °C, ein Wert, der nahe an die Obergrenze für eine vertretbare Erwärmung um 2,0 Grad für das 21. Jahrhundert heranreicht.

2.2 Tages- und Nachttemperaturen

Bei einem Vergleich zwischen Tages- und Nachttemperaturen zeigt sich, dass die Minimumtemperaturen stärker als die Maximumtemperaturen zunahmen. Das hat zu der Vermutung geführt, dass dafür eventuell die zunehmende Verstädterung verantwortlich sein könnte, da die urbanen Hitzeinseln die Nachttemperaturen stärker als die Tageswerte beeinflussen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass der urbane Anteil an der weltweiten Zunahme der Landtemperaturen seit 1900 nicht mehr als 0,06 °C beträgt, bei der globalen Temperatur (unter Berücksichtigung der siedlungsfreien Ozeanflächen) sogar nur 0,02 °C[2]. Bei der Berechnung der globalen Temperatur sind die Effekte der städtischen Wärmeinseln berücksichtigt, die aber auf die Messtationen in den meisten Fällen keinen nennenswerten Einfluss haben, da diese oft in Parks und Gärten liegen und nicht gerade in Straßenschluchten. Ein anderer Erklärungsansatz für die Schwächung des Tagesganges ist eine geänderte Bewölkung, da Wolken sowohl Sonnenlicht zurückreflektieren (was sich direkt auf die Tagestemperaturen auswirkt) als auch die langwellige Strahlung von der Erde absorbieren und zurückstrahlen (Treibhauseffekt), was nachts die Temperaturen nicht so stark absinken ließe.

Temperaturabweichung im Winter 2009/10 vom Mittel der Jahre 1951-1980

2.3 Setzt der Klimawandel aus?

Druckverhältnisse, Strömungen und Wetterlagen bei einem negativen NAO-Index im Winter

Die leichte Abnahme der globalen Jahresmitteltemperatur zwischen 2005 und 2008 (und aktuell besonders der kalte Winter 2009/10) hat in Blogs und den Medien eine Diskussion darüber aufkommen lassen, ob es mit der globalen Erwärmung nicht schon vorbei sei und eine globale Abkühlung begonnen habe.[3] Vier Jahre sind allerdings ein zu kurzer Zeitraum, um daraus einen Trend abzuleiten. Eingebettet in den langfristigen Erwärmungstrend der letzten 30 Jahre hat es immer mal wieder kürzere Phasen gegeben, die diesem Trend nicht folgten, so Mitte der 1980er und Anfang der 1990er Jahre. Die Richtung eines Trends hängt außerdem auch davon ab, welchen Ausgangspunkt man einer Trendbetrachtung zugrunde legt. Zwischen 1998 und 2008 ist z.B. kein deutlicher Trend erkennbar. Nimmt man aber nicht das Ausnahmejahr 1998 als Ausgangspunkt, sondern z.B. 1999 oder 2000, dann ist der Trend bis 2008 deutlich positiv. Die Gründe für die kurzfristigen Schwankungen der Temperaturentwicklung liegen in natürlichen Ursachen wie der Veränderungen der Sonneneinstrahlung und der internen Variabilität des Klimasystems, die die längerfristige, anthropogen verursachte globale Erwärmung modifizieren. Für die Zeit 2009 bis 2014 wird wieder mit einer deutlicheren Erwärmung gerechnet.[4]

Der kalte Winter 2009/10 hat dagegen nichts mit dem globalen Trend zu tun, sondern ist ein regional begrenztes Phänomen, das sich auf Europa, Mittel-Sibirien und den Südosten der USA beschränkt. Hier lagen die Temperaturen um einige Grad Celsius unter den Wintertemperaturen der Periode 1951-1980. Global war dieser Winter wahrscheinlich nach 2007 der zweitwärmste je gemessene Winter. Besonders hohe Temperaturen hatten etwa Nordwest-Kanada und die Arktis zu verzeichnen, mit 4 °C und mehr über dem angegebenen Mittel. Ursache für die Kältewellen in Europa, Sibirien und den USA war eine sehr schwach ausgebildete Nordatlantische Oszillation. Die Temperaturverteilung entspricht ziemlich genau den Wetterlagen bei einer negativen NAO-Phase. Die NAO selbst unterliegt starken natürlichen Schwankungen von Jahr zu Jahr.

Möglicherweise hängen die Schwankungen der NAO aber auch mit anthropogen verursachten Änderungen der arktischen Meereisausdehnung zusammen. Seit 2005 hat sich der sommerliche Rückgang des arktischen Meereises deutlich beschleunigt. Das hat zu einer Destabilisierung des Polarwirbels geführt, so dass kalte und feuchte Luft aus der Arktis bis nach Nordamerika, Nordeuropa und Nordostasien vordringen konnte. Näheres s. Meereis: Klimatische Folgen.

3 Räumliche Muster der Erwärmung

Die Temperaturen in den letzten 100 Jahren sind über dem Land, insbesondere über den großen Kontinentalmassen, stärker als über dem Meer angestiegen. So sind die Meeresoberflächentemperaturen im letzten Drittel des 20. Jahrhunderts nur etwa halb so stark gestiegen wie die Landtemperaturen. Einzelne Ozeangebiete zeigen sogar eine Abkühlung.

Veränderungstrends der Jahresmitteltemperatur von 1901 bis 2005 (grau: zu wenig Daten für eine Trendbildung)

Der stärkste Temperaturanstieg wurde mit 0,3 °C und mehr pro Jahrzehnt in der Zeit von 1979 bis 2005 auf den Kontinenten der mittleren und höheren Breiten der Nordhalbkugel beobachtet, was einem Temperaturanstieg von über drei Grad Celsius in 100 Jahren entsprechen würde. Auf der südlichen Hemisphäre ist der Temperaturanstieg wegen der großen Wassermassen geringer als auf der nördlichen, aber auch die Landtemperaturen selber sind hier vor allem in den letzten 30 Jahren deutlich weniger stark angestiegen als auf der Nordhalbkugel. Auffällig sind in der Abb. einige Gebiete mit einer Temperaturabnahme, im nördlichen Atlantik, im Südosten der USA, im Kongobecken und im mittleren Südamerika. Die Gründe werden in Schwankungen der ozeanischen bzw. atmosphärischen Zirkulation gesehen[2].

Neben dem horizontalen zeigt der Temperaturwandel der letzten Jahrzehnte auch ein charakteristisches vertikales Muster. Die Auswertung neuerer Satelliten- und Radiosondendaten hat auch für die Troposphäre insgesamt eine Erwärmung ergeben, die je nach Datensatz zwischen 0.04 °C to 0.20 °C pro Jahrzehnt für 1979 bis 2004 beträgt. Die untere Stratosphäre zeigt dagegen eine deutliche Temperaturabnahme. Das ist zum einen auf die Zerstörung von Ozon zurückzuführen, das in der Stratospäre als Treibhausgas wirkt. Zum anderen liegt darin eine Folge der Erwärmung der unteren Atmosphäre durch Treibhausgase. Radiosonden- und Satellitenmessungen ergeben für die untere Stratosphäre (in den Tropen ab 16-17 km und in den höheren Breiten ab 8-10 km Höhe) eine Abkühlung von –0.32 °C bis –0.47 °C pro Jahrzehnt seit 1979[2]. Seit Beginn der Messungen war die Temperatur in der unteren Stratosphäre nie so niedrig wie in den letzten Jahren. Der generelle Trend der Temperaturabnahme wird jedoch unterbrochen durch kurzfristige Erwärmungen, die durch Vulkanausbrüche wie die des El Chichon 1982 und des Mt. Pinatubo 1991 verursacht werden.

4 Änderung der Niederschläge

Jährliche Niederschlagstrends: Veränderung in % pro Jahrhundert im Vergleich zum Mittel 1961-1990; grau: fehlende Daten

In einer wärmeren Atmosphäre erhöht sich auch deren Fähigkeit, Wasserdampf zu halten (siehe Niederschlag). Dadurch werden die Verdunstung verstärkt und die Niederschläge erhöht, allerdings räumlich sehr uneinheitlich. Über den Ozeanen wurde in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Meeresoberflächentemperatur eine Erhöhung des Wasserdampfgehalts der Troposphäre um 4% seit 1970 beobachtet. In den ohnehin trockenen Subtropen verstärkt sich die potentielle Verdunstung, die in der wärmeren Atmosphäre aber seltener zu einer Wasserdampfsättigung und damit zu Niederschlägen führt. Wenn Niederschläge hier fallen, dann können sie wegen des höheren Wasserdampfgehalts der Atmosphäre heftiger ausfallen. In den mittleren und höheren Breiten ist aufgrund der atmosphärischen Zirkulation, die einerseits das verdunstete Wasser aus den Subtropen in höhere Breiten transportiert und zum anderen das Mehr an Wasserdampf von den Ozeanen Richtung Kontinente befördert, allgemein mit höheren Niederschlägen zu rechnen.

Kompliziert werden die Niederschlagsänderungen über Land durch die Wirkung von Aerosolen, die räumlich begrenzt Sonnenstrahlen reflektieren und damit abkühlend wirken, als Rußaerosole aber auch zur Erwärmung der mittleren Troposphäre führen und so den hydrologischen Zyklus abschwächen können. Hinzu kommen die Probleme, die sich durch das unvollständige Messnetz und die Schwierigkeiten, Niederschläge überhaupt zuverlässig zu messen, ergeben. Ein globaler Trend ist daher für das 20. Jahrhundert nicht auszumachen.

Großräumig und regional, teilweise aber auch in zeitlicher Hinsicht, ergibt sich für die Veränderungen der Niederschläge im 20. Jahrhundert ein sehr uneinheitliches Bild. In den mittleren und höheren Breiten der Nordhalbkugel über Nordamerika und Eurasien haben die Niederschläge in der Zeit von 1900 bis 2005 nahezu durchgehend um 6-8% zugenommen. Deutliche Zunahmen finden sich auch über Argentinien und der La-Plate-Region sowie über dem westlichen Australien. Abnehmende Niederschläge zeigen dagegen der Mittelmeerraum, die Sahelzone, Südafrika, Teile Südasiens, der Karibik sowie Chile. In Südasien und Westafrika gingen die Niederschläge zwischen 1900 und 2005 um 7,5% zurück[2]

Niederschläge unterliegen schon von Natur aus starken Schwankungen, z.B. in Abhängigkeit von Zirkulationsmustern wie dem ENSO-Phänomen oder der Nordatlantischen Zirkulation. Die Tendenz zu höheren Temperaturen ist ein weiterer Faktor, der diese Schwankungen, aber auch die Verdunstung und die Art der Niederschläge mit Rückwirkungen auf die Temperatur beeinflusst. Höhere Temperaturen können durch eine stärkere Verdunstung ein mehr an Niederschlägen wieder zunichte machen. Und sie verstärken nur solange die Verdunstung, wie genügend Wasser bzw. Feuchtigkeit zur Verfügung steht, das verdunstet werden kann. Falls das der Fall ist, wird bei der Verdunstung Energie verbraucht, die der Atmosphäre entzogen wird, wodurch sich diese weniger erwärmt und weniger Wasserdampf aufnimmt. Bei fehlender Feuchte und Verdunstung heizt sich die Atmosphäre stark auf, ihre Wasserdampfkapazität erhöht sich und sie trocknet den Boden extrem aus. Fällt in mittleren und höheren Breiten in wärmeren Wintermonaten mehr Regen statt Schnee, hat das ebenfalls Folgen für die Feuchtigkeit im Boden, da Schnee eher im Boden versickert und Regen schneller abfließt. Diese Faktoren spiegeln sich im sog. Palmer drought severity index, dessen Veränderungen besser als die der Niederschläge selbst die tatsächlich zur Verfügung stehende Feuchtigkeit wiedergibt.

Änderung des NAO-Index 1900-2005 im Winter (Dez.-März). Der NAO-Index ist aus dem Luftdruckgegensatz zwischen dem Azorenhoch und dem Island-Tief abgeleitet. Er hat sich seit den 1960er Jahren bis in die 1990er Jahre hinein verstärkt und nimmt seitdem wieder ab.

5 Änderungen von Zirkulationsmustern

Nicht nur die Veränderung der Niederschläge, sondern auch die der übrigen klimatischen Faktoren können regional stark vom globalen Trend abweichen. So kann es bei einer globalen Erwärmung durchaus auch Regionen geben, in denen die Temperatur sinkt. Die Ursache liegt meistens in atmosphärischen Zirkulationsmustern, die in der Regel mehrjährigen Schwankungen unterliegt, die den allgemeinen Klimatrend überlagern können, von ihm aber auch beeinflusst werden. Die bekanntesten dieser Zirkulationsmuster sind das El-Niño-Southern-Oscillation-Phänomen (ENSO) und die Nordatlantische Oszillation (NAO). Die ENSO-Schwankungen folgen einem Rhythmus von ca. sieben Jahren, die NAO unterliegt einem Jahresrhythmus. Beide werden von Dekadenschwankungen überlagert. ENSO hat nahezu globale Auswirkungen und beeinflusst die Niederschläge in Ostafrika ebenso wie in den USA.

Die NAO hat vor allem einen Einfluss auf Europa und bestimmt hier die Wintertemperaturen und -niederschläge. Eine stärkere NAO bedeutet stärkere Winterstürme und einen stärkeren Atlantik-Einfluss auf das europäische Wetter, während das osteuropäische Kältehoch an Bedeutung verliert. Bei der NAO ist seit den späten 1970er Jahren bis in die späten 1990er Jahre eine polwärtige Verschiebung und Verstärkung der Westwinde festgestellt worden. Damit einher verschob sich der Jetstream Richtung Pol. Untersuchungen ergaben für den Nordatlantik im Winter eine Verschiebung der Sturmbahnen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts um 180 km nach Norden.[2] Während dabei die Zahl der Stürme abgenommen hat, wurde ihre Intensität stärker. Ähnliche Veränderungen konnten auch auf der Südhalbkugel beobachtet werden. Die Folgen waren u.a. höhere europäische Wintertemperaturen und eine starke Erwärmung der antarktischen Halbinsel. Bei dem ENSO-Phänomen scheint es seit den späten 1970er Jahren mehr und stärkere El-Niño-Ereignisse gegeben zu haben, mit entsprechenden Folgen z.B. in Dürren in Indonesien, Überschwemmungen an der südamerikanischen Westküste und einer gegensätzlichen Temperaturentwicklung im westlichen und östlichen Teil Nordamerikas.

6 Einzelnachweise

  1. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Technical Summary, TS.3.1.1
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 3.2.2.2 Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „IPCC 2007“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert. Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „IPCC 2007“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert. Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „IPCC 2007“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert. Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „IPCC 2007“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert.
  3. Easterling, D. R., and M. F. Wehner (2009): Is the climate warming or cooling?, Geophysical Research Letters, 36, L08706, doi:10.1029/2009GL037810
  4. Lean, J. L., and D. H. Rind (2009): How will Earth's surface temperature change in future decades?, Geophysical Research Letters, 36, L15708, doi:10.1029/2009GL038932

7 Im Kontext

Die Informationen werden momentan aus der Datenbank abgerufen.
 


8 Siehe auch

9 Weblinks

10 Lizenzhinweis

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