Klimaprojektionen

Veränderung der Temperatur über dem Meer (links) und über Land (rechts) bis 2100 im Verhältnis zum Mittel 1986-2005. Dicke Linien: Mittel der Modell-Ensembles; dünne Linien: einzelne Modellrechnungen.

Einleitung

Die im 5. IPCC-Bericht von 2013 veröffentlichten Berechnungen zum künftigen Klima beruhen auf zahlreichen Experimenten mit unterschiedlichen Klimamodellen bis hin zu komplexen Erdsystemmodellen. Die Klimamodellsimulationen wurden größtenteils mit einer neuen Generation von Modellen im Rahmen des Gekoppelten Modellvergleichsprojekts Phase 5 (CMIP5) durchgeführt. Anders als in den beiden früheren Berichten des IPCC, denen die im Jahre 2000 veröffentlichten SRES-Szenarien zugrunde lagen, basieren die aktuellen Modellrechnungen auf den neu entwickelten Repräsentativen Konzentrations-Pfaden (RCPs).

Bei diesen neuen Szenarien handelt es sich um Konzentrations-Pfade und nicht um Emissionsszenarien, weil bei ihnen die Treibhausgaskonzentration und der Strahlungsantrieb den Ausgangspunkt der Klimaberechnung bilden und nicht wie bei den traditionellen SRES-Szenarien die Entwicklung von sozio-ökonomischen Faktoren und daraus folgenden Emissionen. Insgesamt wurden Berechnungen nach den vier Szenarien RCP2.6, RCP4.5, RCP6 und RCP8.5 durchgeführt. Die Ziffern beziehen sich auf den Strahlungsantrieb am Ende des 21. Jahrhunderts. RCP6.0 steht z.B. für einen Strahlungsantrieb von 6,0 W/m² im Jahre 2100 gegenüber 1850. Das niedrige Szenario RCP2.6 ist insofern ein besonderes Szenario, als es das politisch vorgegebene 2-Grad-Ziel anstrebt, d.h. eine Begrenzung der Erwärmung auf 2 °C gegenüber dem vorindustriellen Wert.

Inzwischen ist der erste Band des 6. Sachstandsberichts des Weltklimarates (IPCC), der die physikalischen Grundlagen darstellt, erschienen. Die Ergebnisse beruhen auf neuen Klimaszenarien, die mit einer neuen Generation von Klimamodellen gerechnet wurden. Die neuen Szenarien sind ähnlich wie die alten SRES-Szenarien eine Kombination von sozioökonomischen Grundlagen und daraus abgeleiteten Treibhausgasemissionen und -konzentrationen. Die neuen Klimamodelle bilden die 6. Modellgeneration und werden CMIP6 (CMIP = Coupled Model Intercomparison Project) genannt. Die Szenarien heißen Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) (dt. gemeinsame sozioökonomische Entwicklungspfade) und bestehen im wesentlichen aus den fünf Einzelszenarien SSP1-1.9, SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 und SSP5-8.5. Der erste Teil der Bezeichnungen, SSP1 usw., bezieht sich auf das sozioökonomische Entwicklungsszenario, der zweite Teil, 1.9 usw., auf die Erhöhung des Strahlungsantriebs seit der vorindustriellen Zeit in W/m².

Änderung der globalen Mitteltemperatur

Nahe und mittlere Zukunft (2021-2040 und 2041-2060)

Erhöhung der globalen Mitteltemperatur 1850-1900 bis 2041-2060 und 2081-2100 nach verschiedenen SSP-Szenarien. Die Obergrenze der Säulen zeigt das Mittel der Modellsimulationen.

Für die ersten Jahrzehnte des 21. Jahrhunderts (2016-2035) zeigen die Modellrechnungen für den 5. IPCC-Bericht eine von den Szenarien fast unabhängige Erwärmung um über 1 °C gegenüber 1850-1900. Der Mittelwert von 1850-1900 entspricht ungefähr dem vorindustriellen Wert. Die Ergebnisse für die Zeit um 2030 zeigen einen Unterschied zwischen den einzelnen RCP-Szenarien von höchstens 0,2 °C. Vorausgesetzt bei den Rechnungen wird, dass es keine größeren Vulkanausbrüche geben wird, die eine kurzfristige Abkühlung bewirken würden. Ebenso wird davon ausgegangen, dass sich die Solareinstrahlung nicht langfristig ändert, deren Einfluss aber als sehr gering eingeschätzt wird. Über dem Land wird die Klimaerwärmung stärker ausfallen als über dem Ozean. Die Arktis sowie die Tropen und Subtropen werden sich stärker erwärmen als die mittleren Breiten. Die Häufigkeit warmer Tage und Nächte wird in den meisten Landgebieten zunehmen, während die der kalten Tage und Nächte abnehmen wird. Hitzewellen werden wahrscheinloch länger anhalten, stärker ausfallen und größere Gebiete umfassen. So werden in Europa die hohen Sommertemperaturen stärker steigen als die mittleren Sommertemperaturen. In einzelnen Regionen können natürliche Klimaschwankungen ebenso wie anthropogene Aerosolemissionen und Landnutzungsänderungen einen größeren Einfluss auf das Klima haben als der externe Antrieb durch Treibhausgase.

Nach dem 6. IPCC-Bericht von 2021 wird es schon in den nächsten zwei Jahrzehnten zu einer stärkeren Erwärmung kommen als bisher von Klimamodellen simuliert. So wird es 2021-2040 wahrscheinlich zur Überschreitung der Grenze von 1,5 °C im Vergleich zu 1850-1900 kommen, und zwar schon in den frühen 2030er Jahren. Das wären 10 Jahre früher als bisher von Klimamodellen projiziert wurde. Das ist einerseits dadurch begründet, dass der neue IPCC-Bericht die gegenwärtige Erwärmungsrate als höher einschätzt als frühere Berichte, und zum anderen durch eine höhere Klimasensitivität, eine abstrakte Größe, die die Veränderung der globalen Mitteltemperatur bei einer Verdoppelung des CO₂-Gehalts der Atmosphäre beschreibt.

Erhöhung der globalen Mitteltemperatur 1950 bis 2100; bis 2015 nach Beobachtungen, danach nach verschiedenen SSP-Szenarien.

Fernere Zukunft (2081-2100)

Bei den Projektionen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts ist die Frage von großem politischem Interesse, ob der Beschluss auf der Klimakonferenz 2015 in Paris, die Erwärmung im 21. Jahrhundert möglichst unter 2 °C zu begrenzen, erreicht werden kann. Bei den SRES-Szenarien der früheren IPCC-Berichte war das nicht der Fall. Selbst das niedrigste Szenario B1 lag mit seinem Mittelwert deutlich über der Temperaturzunahme von 2 °C über der vorindustriellen Temperatur. In die RCP-Szenarien für den 5. IPCC-Bericht wurde deshalb extra ein Szenario aufgenommen, dass die 2-Grad-Marke unterschreitet, das Szenario RCP2.6. Die Ziffer 2.6 bedeutet, dass sich der Strahlungsantrieb seit vorindustrieller Zeit bis 2100 um 2,6 Watt pro m² erhöhen wird. Die Temperaturerhöhung bis 2081-2100 gegenüber dem vorindustriellen Mittel von 1850-1900 wird bei diesem Szenario mit 1,6 °C angegeben bei einer Bandbreite der Modellergebnisse von 0,9-2,3 °C. Gegenüber der jüngsten Vergangenheit (1986-2005) bedeutet das einen Anstieg um 1 °C. Nach dem hohen Szenario RCP8.5 würde sich die globale Mitteltemperatur gegenüber dem vorindustrielen Mittel um 4,3 (3,2-5,4) °C erhöhen und gegenüber der jüngsten Vergangenheit um 3,7 (2,6-4,8) °C.

Nach dem jüngsten und 6. IPCC-Bericht von 2021 werden diese Werte im späteren 21. Jahrhundert deutlich übertroffen. Die 2-Grad-Grenze wird mit Ausnahme der SSP1-Szenarien im Laufe des 21. Jahrhunderts überschritten. Nach dem mittleren Szenario SSP2-4.5 wird die Temperaturerhöhung gegen Ende des 21.Jahrhunderts (2081-2100) um 2,9 °C über dem vorindustriellen Wert von 1850-1900 liegen, bei den hohen Szenarien SSP3-7.0 und SSP5-8.5 um 3,9 und 4,8 °C. Das sind etwa 0,5 °C mehr als bei den Berechnungen mit den RCP-Szenarien im 5. Sachstandsbericht des IPCC. Ein wichtiger Grund ist die höhere Klimasensitivität der neuen Modellgeneration CMIP6, außerdem die starke Temperaturzunahme in den 2010er Jahren.

Klimaänderungen nach 2100

• Hauptartikel: Langfristige Klimaprojektionen

Auch wenn die Treibhausgasemissionen unmittelbar gestoppt werden (ein rein theoretischer Fall), würde das nicht bedeuten, dass damit auch die Erwärmung zurückgehen würde. Dass hat vor allem zwei Gründe. Zum einen besitzen die wichtigsten Treibhausgase eine lange Lebensdauer. Sie beträgt bei Methan 10 Jahre, bei Lachgas 100 Jahre und bei dem FCKW CFC-12 z.B. ebenfalls ca. 100 Jahre. Das wichtigste anthropogene Treibhausgas, Kohlendioxid, wird durch sehr unterschiedliche Prozesse wieder aus der Atmosphäre entfernt, die auf unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen. Die Hälfte einer emittierten Menge an CO₂ verschwindet auf diese Weise nach wenigen Jahrzehnten, 15-40 % befinden sich aber auch nach 1000 Jahren noch in der Atmosphäre. Auch nach einer Beendigung der Emissionen wird also eine erhöhte Treibhausgaskonzentration noch lange in der Atmosphäre verbleiben und sie erwärmen. Der zweite Grund für eine anhaltende Erwärmung auch bei einer Nullemission ist die langsame Reaktion des Klimasystems auf Veränderungen des Strahlungsantriebs, die vor allem durch die Trägheit des Ozeans bedingt ist. Der Ozean kann sehr viel Wärme aufnehmen und verteilt sie nur sehr langsam zwischen der Oberfläche und den tieferen Schichten. Daher dauert es Jahrhunderte, bis der Ozean ein Gleichgewicht mit einem neuen Strahlungsantrieb erreicht. Würde sich also die Atmosphäre durch eine geringe Treibhausgaskonzentration abkühlen, würde der Ozean noch über Jahrhunderte seine gespeicherte Wärme an die Atmosphäre abgeben.

Änderung der globalen Niederschläge über dem Land 1950-2100 nach SSP-Szenarien, relativ zur jüngsten Vergangenheit 1995-2014. Die Zahlen neben den Szenarien geben die Anzahl der Modelle an (auch die historische Änderung der Niederschläge wurde mit Modellen berechnet).

Niederschläge

Der globale Niederschlag wird mit dem Klimawandel insgesamt zunehmen. Eine globale Erwärmung von 1 °C wird sehr wahrscheinlich zu einer Niederschlagserhöhung von 1-3% führen. Im Vergleich zu der jüngsten Vergangenheit 1995-2014 werden die globalen Niederschläge nach dem hohen Szenario SSP3-7.0 bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um 4,7% zunehmen, über dem Land sogar um 5,8%. Bei dem höchsten Szenario SSP5-8.5 wird über dem Land von den Klimamodellen sogar eine Zunahme von 8,3% simuliert. Die Gründe liegen einmal in Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation als der dynamischen Komponente und zum anderen in der Änderung des Wasserdampfgehalts der Atmosphäre als der thermodynamischen Komponente. Atmosphärische Strömungen werden durch unterschiedlich warme Luftmassen angestrieben, z.B. zwischen Meer und Land, die sich verschieden erwärmen können, wodurch sich dann auch die Zirkulation ändert. Eine wärmere Atmosphäre kann mehr Wasserdampf aufnehmen, der dann bei Niederschlagsereignissen in größeren Massen zur Verfügung steht. Andererseits erhöht sich bei steigenden Temperaturen die Verdunstung, was je nach Region und Jahreszeit zu mehr Trockenheit führen kann.

Schon der 5. Sachstandsbericht des IPCC von 2013 hatte festgestellt, dass sich der Gegensatz zwischen trockenen und feuchten Regionen sowie zwischen trockenen und feuchten Jahreszeiten durch die globale Erwärmung verstärken wird. Die subtropischen Regionen werden auch nach dem neuen IPCC-Bericht trockener und die Tropen und mittleren Breien feuchter. Besonders in den höheren Breiten machen sich mit feuchteren Wintern und trockeneren Sommern die Gegensätze zwischen den Jahreszeiten bemerkbar. In den Tropen nehmen die Niederschläge besonders in den Monsunregionen zu.

Geographische Muster

Temperaturveränderungen

Klimaprojektionen nach den Szenarien RCP2.6 (links) und RCP8.5 (rechts) bis 2081-2100 im Verhältnis zum Mittel 1986-2005. Gepunktet: starke Übereinstimmung der Modellergebnisse und deutliche Abweichung von natürlichen Schwankungen; gestreift: Modellergebnisse liegen unter den natürlichen Schwankungen.

Die simulierte Erwärmung fällt regional sehr unterschiedlich aus. Dabei lassen sich gewisse Muster erkennen. Zum einen ist die Temperaturerhöhung stärker über dem Land als über dem Ozean. Je nach Szenario liegt der Unterschied zwischen 0,4 und 1,7 °C. Der Grund dafür ist die langsamere Erwärmung des Ozeans. Nur in den hohen nördlichen Breiten gibt es von diesem Muster eine deutliche Abweichung: Die Atmosphäre über dem Arktischen Ozean erwärmt sich bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um 1-2 °C mehr als die angrenzenden Landmassen. Ursache ist das starke Abschmelzen des arktischen Meereises, wodurch ein positiver Rückkopplungseffekt angestoßen wird: Die vom Eis reflektierte Sonnenstrahlung wird nach dem Schmelzen des Eises vom Meerwasser absorbiert und in Wärmestrahlen umgewandelt, die die untere Atmosphäre zusätzlich zum Treibhauseffekt erwärmen.

Die Landgebiete zeigen die stärksten Erwärmungen in den hohen nördlichen Breiten über Sibirien, Kanada und Alaska. Hier wird der Temperaturanstieg ca. 8,3 °C nach dem Szenario RCP8.5 und 2,2 nach RCP2.6 betragen. Für diese sogenannte Arktische Verstärkung sind u.a. Schnee- und Eiseffekte verantwortlich. Die heute von großen Eis- und winterlichem Schnee bedeckten Areale werden durch die Erwärmung immer weiter zurückgehen. Dadurch wird über die Albedo-Rückkopplung die Erwärmung weiter erhöht, was wiederum die Eis- und Schneeflächen noch schneller schrumpfen lässt usw. Auf der Südhalbkugel wirkt sich dieser Effekt weniger aus. Hier ist nur der riesige Antarktische Eisschild nennenswert mit Eis- und Schnee bedeckt, an dessen tiefe Temperaturen die globale Erwärmung wenig ändern wird. Außerdem nimmt der Ozean um die Antarktis durch eine starke Tiefenkonvektion sehr viel Wärme auf. Eine weitere Auffälligkeit ist die stärkeren Temperaturzunahmen im Innern der Kontinente im Vergleich zu den küstennahen Gebieten. Hier wirkt sich der dämpfende Einfluss der angrenzenden Meere aus. Verhältnismäßig gering fällt die Erwärmung als Folge der Abschwächung des Nordatlantikstroms, der Fortsetzung des Golfstroms, im Nordatlantik aus.

Deutlich sind am Ende des 21. Jahrhunderts auch in den verschiedenen Regionen die Unterschiede zwischen den einzelnen Szenarien. So erwärmt sich Mitteleuropa nach dem Szenario RCP8.5 um über 2 °C mehr als nach dem Szenario RCP2.6. Die arktischen Temperaturen liegen bei dem höheren Szenario sogar um bis zu 5 °C höher.

Änderungen der Niederschläge

Klimaprojektionen des Niederschlags nach den Szenarien RCP2.6 (links) und RCP8.5 (rechts) bis 2081-2100 im Verhältnis zum Mittel 1986-2005. Gepunktet: starke Übereinstimmung der Modellergebnisse und deutliche Abweichung von natürlichen Schwankungen; gestreift: Modellergebnisse liegen unter den natürlichen Schwankungen.

Durch höhere Temperaturen erhöht sich allgemein die potentielle Verdunstung und der Niederschlag. Eine wärmere Atmosphäre kann mehr Wasserdampf aufnehmen, der Niederschläge reichlicher ausfallen lässt. Dabei gibt es jedoch große regionale und saisonale Unterschiede. In den höheren Breiten kommt es im Sommer wie im Winter zu höheren Niederschlägen von 20 % und mehr. Ebenso ist mit höheren Niederschlägen über den tropischen Ozeanen und in einigen tropischen Monsungebieten zu rechnen. In den mittleren Breiten wird es im Sommer wahrscheinlich weniger, im Winter mehr Niederschlag geben. Nur im östlichen Asien werden auch im Sommer mehr Niederschläge fallen. In den ohnehin trockenen Subtropen nehmen die Niederschläge in den meisten Gebieten wahrscheinlich ganzjährig ab, so um bis zu 20 % im Mittelmeerraum und in der Karibik.

Einzelnachweise

Klimadaten zum Thema

Klimadaten zum Thema selbst auswerten? Hier können Sie aus Globalen Daten eigene Karten zur künftigen Klimaentwicklung der Erde erzeugen.

Hier finden Sie eine: Anleitung zur Visualisierung der Daten.

Klimamodell-Experimente zum Thema

Mit dem einfachen Klimamodell Monash Simple Climate Model (MSCM) können Experimente zur zukünftigen Entwicklung des globalen Klimas nach verschiedenen Szenarien durchgeführt werden:

• Bedienungsanleitung Kurzanleitung zur Nutzung des MSCM
• Arbeitsblätter und Lehrerhandreichungen Anleitung zur Arbeit mit Schülern
• Experimente zur Änderung der globalen Oberflächentemperatur nach verschiedenen Szenarien
• Experimente zur Änderung der globalen Oberflächentemperatur im Vergleich zweier Szenarien
• Experimente zur Änderung der Temperatur des Ozeans nach verschiedenen Szenarien
• Experimente zur Änderung der Temperatur des Ozeans im Vergleich zweier Szenarien
• Experimente zur Änderung des globalen atmosphärischen Wasserdampfgehalts nach verschiedenen Szenarien
• Experimente zur Änderung des globalen atmosphärischen Wasserdampfgehalts im Vergleich zweier Szenarien
• Experimente zur Änderung der globalen Eis- und Schneebedeckung nach verschiedenen Szenarien
• Experimente zur Änderung der globalen Eis- und Schneebedeckung im Vergleich zweier Szenarien

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Kontakt: Dieter Kasang