Über die sogenannte Erwärmungspause

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1 Setzt der Klimawandel aus?

…und wenn ja, warum? Die neuen Daten über die globale Temperatursteigerung 2014 und 2015 sowie die Prognosen zu 2016 lassen die Debatte um die sog. Erwärmungspause der Jahre 1998-2012 fast historisch erscheinen. Tatsächlich haben die aktuelle Temperaturzunahme sowie eine Überprüfung der früheren Daten die behauptete Pause der globalen Erwärmung in Frage gestellt (s.u.). Dennoch wird auf die Diskussion um die sogenannte „Klimapause“ hier eingegangen, weil sie erhebliche Einsichten in die Wechselwirkungen der Klimafaktoren, besonders des Ozeans, ermöglicht hat.

In den Medien wie in der Forschung hat es in den letzten Jahren eine breite Diskussion über ein Aussetzen bzw. eine Verlangsamung des Klimawandels gegeben, so etwa in einem Spiegel-Online-Artikel,[1] in wissenschaftlichen Zeitschriften[2] und auch im letzten IPCC-Bericht von 2013.[3] Die globale Temperatur schien also trotz weiterhin steigender CO2-Konzentration von 367 ppm im Jahre 1998 auf 400 ppm 2015[4] sowie einer Steigerungsrate von 3,1 ppm/Jahr[5] nicht mehr oder nur noch schwach zuzunehmen. Bedeutet das, dass damit die globale Erwärmung durch die Emission von Treibhausgasen durch den Menschen nicht mehr wirksam ist? Allerdings lag das Jahr 2014 mit 0,74 °C wieder deutlich über dem Mittel der Jahre 1910-2000 und über den bisherigen Rekorddaten,[6] und das Mittel von Januar bis November 2015 überbietet mit 0.86 °C auch diesen Spitzenwert noch einmal sehr deutlich.[7]

Abb. 2: Abweichung der globalen Land- und Ozeantemperatur 2014 vom Mittel der Jahre 1981-2010

2 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. 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. 13 der 14 wärmsten Jahre seit 1850 liegen im neuen Jahrhundert. 1998 ist die einzige Ausnahme(vgl. auch die Studie des Met Office[5]).

Interessant sind auch einige regionale Unterschiede: Die Arktis hat sich insgesamt doppelt so schnell erwärmt wie im globalen Mittel. 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 ist eine Pause der Erwärmung wohl vor allem aus der geringen Erwärmung über den Ozeanen, besonders über dem östlichen Pazifik, herzuleiten.[5]

Möglicherweise, auch die jüngsten Daten von 2014 und 2015 sprechen dafür, gibt es jedoch diese Erwärmungspause gar nicht, da die gängigen Messreihen vor allem die Polargebiete nur sehr schlecht abdecken und die Daten über den Ozeanen mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Gerade die Arktis hat sich aber nach Satellitenmessungen und den wenigen Bodendaten in den letzten zwei Jahrzehnten besonders stark erwärmt. Eine neue Methode der Datenauswertung, die Satelliten- und Bodendaten miteinander verknüpft, gelangt zu einer Erwärmungsrate von 0,15 °C pro Jahrzehnt während der letzten 15 Jahre, eine Verdreifachung gegenüber dem IPCC- Wert von 0,05 °C/Jahrzehnt.[8] Auch jüngere Untersuchungen, die sich auf korrigierte Daten und verbesserte statistische Methoden stützen, kommen zu dem Ergebnis, dass der Erwärmungstrend in den letzten ca. eineinhalb Jahrzehnten nicht schwächer war als in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts.[9] und es eine globale Erwärmungspause nicht gegeben habe.[10]

Abb. 3: Globale Temperaturentwicklung nach fünf Datensätzen (blau) und unter Herausrechnung der Einflüsse der Solarstrahlung, von ENSO und Vulkanausbrüchen (rot).

3 Mögliche Ursachen einer Erwärmungspause

Dennoch ist es interessant und lehrreich, einen Blick auf die wissenschaftlichen Begründungsversuche der möglicherweise gar nicht existenten Erwärmungspause zu werfen. Da der Anstieg der Konzentration der Treibhausgase unvermindert anhält, kommen als Antriebskräfte für eine Abschwächung des Temperaturanstiegs nur natürliche oder anthropogene Abkühlungseffekte 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.

3.1 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 jedoch unvermindert angestiegen.

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 eher 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 Sulfataerosolen 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.[11] Ein relevanter Anteil von anthropogenen Aerosolen an dem fehlenden Temperaturanstieg kann demnach nicht angenommen werden.[12]

Möglicherweise kommt auch eine Abnahme der Sonneneinstrahlung als Verursacher in Frage. Die letzten drei Maxima um 1990, 2001 und 2013 zeigen einen deutlichen Abwärtstrend.[13] 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 [14] 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.[15]

3.2 Veränderte Energieverteilung

Abb. 4: 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 entscheidende Ursache nur in einer veränderten Umverteilung der zusätzlichen Energie durch Treibhausgase im Klimasystem liegen. Die zunehmende CO2-Konzentration hat die Erwärmung des Klimasystems weiter vorangetrieben, aber eben nicht 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 Ozean-Atmosphäre-Wechselwirkungen liegen wie z.B. 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.

3.2.1 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.[12] 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 die kühlen 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 vollständig erklären.

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.[12]

Abb. 5: Temperatur-Index der Pazifischen Dekaden Oszillation, gemittelt 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. Seit 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.[12]

3.2.2 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.[16] 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.[17] 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.[18]

4 Einzelnachweise

  1. Axel Bojanowski: Forscher rätseln über Stillstand bei Erderwärmung, Spiegel Online 18.1.2013
  2. 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
  3. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.4.3, Box 9.2
  4. Mauna Loa CO2 annual mean data Jahresmittelwerte
  5. 5,0 5,1 5,2 MetOffice (2013): The recent pause in global warming (1): What do observations of the climate system tell us?
  6. NOAA Climate at a Glance: Time Series
  7. NOAA State of the Climate: Global Analysis - November 2015
  8. Cowtan, K., and R.G. Way (2013): Coverage bias in the HadCRUT4 temperature series and its impact on recent temperature trends, The Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, DOI: 10.1002/qj.2297
  9. Karl, T.R., A. Arguez, B. Huang, J.H. Lawrimore, J.R. McMahon, M.J. Menne, T.C. Peterson, R.S. Vose RS, H.M. Zhang (2015): Possible artifacts of data biases in the recent global surface warming hiatus. Science 348, 1469–1472
  10. Rajaratnam, B., J. Romano, M. Tsiang, N.S. Diffenbaugh (2015): Debunking the climate hiatus, Climatic Change 133, 129–140
  11. 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
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 MetOffice (2013): The recent pause in global warming (2): What are the potential causes?
  13. Solar Influences Data Analysis Center (SIDC): International Sunspot Number
  14. J.L. Lean (2010): Cycles and trends in solar irradiance and climate, WIREs Climate Change 1, 111-122
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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

5 Weblinks


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