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Klimawandel - einige Fakten

9.11.2007

Klimasensitivität



Wie stark ist die Wirkung von CO2 und den anderen anthropogenen Treibhausgasen auf das Klima? Wenn sich der Strahlungshaushalt um drei Watt/m2 (das ist die Wirkung des bisherigen Anstiegs der Treibhausgase) ändert, wie stark erhöht sich dann die Temperatur? Diese Frage ist entscheidend für unser gegenwärtiges Klimaproblem. Klimaforscher beschreiben die Antwort mit einer Maßzahl, der so genannten Klimasensitivität. Man kann sie in Grad Celsius pro Strahlungseinheit (°C/(Watt/m2)) angeben. Einfacher und bekannter ist die Angabe der Erwärmung im Gleichgewicht infolge der Verdoppelung der CO2-Konzentration (von 280 auf 560 ppm), was einem Strahlungsantrieb von knapp vier Watt/m2 entspricht. Zur Bestimmung der Klimasensitivität gibt es drei grundsätzlich verschiedene Methoden.

  1. Man kann von der im Labor gemessenen Strahlungswirkung von CO2 ausgehen, die ohne jede Rückkopplung eine Erwärmung um ein Grad bei einer Verdoppelung der Konzentration bewirken würde. Dann muss man die Rückkopplungen im Klimasystem berücksichtigen, im Wesentlichen Wasserdampf, Eis-Albedo und Wolken. Dazu benutzt man Modelle, die am gegenwärtigen Klima mit seinem Jahresgang und zunehmend auch an anderen Klimazuständen (etwa Eiszeitklima) getestet sind. Es ergibt sich eine Klimasensitivität von zwei bis 4,5 Grad.

  2. Man kann von Messdaten ausgehen und aus vergangenen Klimaschwankungen durch eine so genannte Regressionsanalyse den Einfluss einzelner Faktoren zu isolieren versuchen. Dazu benötigt man sehr gute Daten und muss alle Faktoren berücksichtigen; man muss dafür einen Zeitraum nehmen, in dem sich die CO2-Konzentration möglichst stark verändert hat, während sich andere die Klimasensitivität beeinflussende Faktoren von der heutigen Situation nicht zu sehr unterscheiden sollten (etwa die Lage der Kontinente). Daher eignen sich für solche Studien vor allem die Eiszeitzyklen, bei denen die CO2-Konzentration stark schwankte. Das für die Bohrung des Wostok-Eiskerns in der Antarktis verantwortliche französische Team hat 1990 anhand dieser Daten eine solche Analyse durchgeführt;[13] sie ergab eine Klimasensitivität von drei bis vier Grad.

  3. Eine dritte Methode ist jüngst durch Fortschritte in der Modellentwicklung und Computerleistung möglich geworden. Dabei nimmt man ein Klimamodell und variiert darin systematisch die noch unsicheren Parameterwerte (etwa solche, die bei der Berechnung der Wolkenbedeckung verwendet werden) innerhalb ihrer Unsicherheitsspanne. Man erhält dadurch eine große Zahl verschiedener Modellversionen - in einer kürzlich am PIK abgeschlossenen Untersuchung waren es eintausend Versionen.[14] In unserer Studie ergaben sich in den extremsten Modellversionen Klimasensitivitäten von 1,3 und 5,5 Grad.
Die drei ganz unterschiedlichen Methoden kommen also jeweils zu Abschätzungen der Klimasensitivität, die mit der noch aus den 1970er Jahren stammenden "traditionellen" Abschätzung von 1,5 bis 4,5 Grad konsistent sind. Man kann einen Wert nahe an drei Grad als den wahrscheinlichsten Schätzwert ansehen.

Sind die Abschätzungen der Klimasensitivität mit dem beobachteten Erwärmungstrend vereinbar? Der derzeitige Strahlungsantrieb der Treibhausgase abzüglich der abkühlenden Wirkung von Partikelverschmutzung ("Smog") beträgt netto 1,7 Watt/m2. Mit dem wahrscheinlichsten Wert der Klimasensitivität (drei Grad für Verdoppelung des CO2) ergibt dies eine Erwärmung von ca. 1,4 Grad - allerdings erst nach langer Zeit. Durch die Trägheit der Ozeane hinkt die Reaktion des Klimasystems hinterher - nach Modellrechnungen sollten bislang etwa die Hälfte bis zwei Drittel der Gleichgewichtserwärmung realisiert sein, also 0,7 bis 0,9 Grad. Man sieht an dieser einfachen Überschlagsrechnung, dass die Treibhausgase (im Gegensatz zu allen anderen Ursachen) problemlos die Erwärmung des 20. Jahrhunderts erklären können. Solche Modellberechnungen zeigen auch eine gute Übereinstimmung zwischen dem beobachteten zeitlichen Verlauf der Temperatur und demjenigen, der bei Berücksichtigung der verschiedenen Antriebsfaktoren vom Modell berechnet wird. Die im 20. Jahrhundert beobachtete Klimaerwärmung ist daher vollkommen konsistent mit dem, was in der obigen Diskussion über die Klimasensitivität gesagt wurde.

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Fußnoten

13.
Vgl. C. Lorius u.a., The ice-core record: climate sensitivity and future greenhouse warming, in: Nature, 347 (1990), S. 139 - 145.
14.
Vgl. T. Schneider von Deimling u.a., Climate sensitivity estimated from ensemble simulations of glacial climate, in: Climate Dynamics, 27 (2006), S. 149 - 163.