Klimasensitivität ist ... kurze Beschreibung des Lemmas in 2-4 Sätzen.
Die Klimasensitivität ist eine Größe, die die globale Erwärmung der Erdatmosphäre ins Verhältnis zu einer Strahlungseinheit setzt. Man kann sie in °C/(Watt/m²) angeben. Sie beschreibt die Reaktion des Klimasystems auf eine Änderung des Strahlungsantriebs. Bei Kenntnis der Klimasensitivität kann die resultierende Erwärmung für einen die Strahlungsbilanz der Erde beeinflussenden Faktor errechnet werden. Dieser Faktor kann, muss aber kein Treibhausgas sein.
Geläufig ist die Angabe der Klimaerwärmung bei Verdoppelung der CO2-Konzentration.[1] Das heißt, dass die Durchschnittstemperatur der Erde um diesen Betrag ansteigt, wenn sich die CO2-Konzentration von den vorindustriellen 280 ppm auf dann 560 ppm erhöht.
Die National Academy of Sciences warnte als weltweit erste große Wissenschaftsorganisation vor einer globalen Erwärmung und gab im Jahr 1979 für die Klimasensitivität einen wahrscheinlichsten Wert von 3°C an (+/- 1,5°).[2] Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gibt in seinem 2007 erschienenen Vierten Sachstandsbericht Werte zwischen 2 und 4,5 °C als „wahrscheinlich“ an. Der beste mittlere Schätzwert liege bei 3 °C, und eine Sensititvät von unter 1,5 °C sei „sehr unwahrscheinlich“.[3]
Neben Kohlendioxid tragen auch noch weitere Gase zum Treibhauseffekt bei, so dass auch für diese jeweils eigene Klimasensitivitäten ermittelt werden können. Der Einfachheit halber wird deren Beitrag meist mittels der so genannten CO2-Äquivalente berechnet.
Überblick
BearbeitenGenauere Beschreibung, Erklärung von Unterarten wie Equilibrium/Transient Climate Sensitivity. Kurzes Ansprechen der Schwierigkeiten und Unsicherheiten bei der Bestimmung.
Bei ausschließlicher Betrachtung der direkt messbaren Strahlungswirkung von CO2 ergibt sich eine Klimasensitivität von 1,2°C. Es existieren jedoch Rückkopplungseffekte, darunter im Wesentlichen die Wasserdampf-Rückkopplung, die Eis-Albedo-Rückkopplung und Wolken. Daher liegen die als wahrscheinlich angenommenen Werte über 1,2°.
Rückkopplungsfaktoren im Klimasystem der Erde wirken mit unterschiedlicher und teils großer zeitlicher Verzögerung. Daneben finden antropogene Änderungen des Strahlungsantriebs graduell statt. Um diesen Umständen Rechnung zu tragen, wurden für die Klimasensitivität zwei Angaben etabliert. Die Gleichgewichtsklimasensitivität, abgekürzt ECS (=Equilibrium climate sensitivity) und die TCS (=Transient climate Sensitivity). Die ECS gibt an, wie stark sich das Klima erwärmt, wenn sich nach einer Änderung des Strahlungsantriebs nach mehreren Jahrzehnten oder Jahrhunderten wieder ein Gleichgewichtszustand ausgebildet hat. Mit dem Begriff Klimasensitivität ist meist die ECS gemeint.
Die TCS beschreibt dagegen den über einen Zeitraum von 20 Jahren gemittelten, jährlichen globalen Temperaturanstieg bei Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration mit einer Rate von jährlich einem Prozent. Hierbei wird die CO2-Konzentration so lange erhöht, bis der doppelte Ausgangswert erreicht ist. Die TCS errechnet sich dann aus der Anstiegsrate, die genau zwischen Start und Ende der Konzentrationsänderung zu beobachten war. Mit der TCS kann die Geschwindigkeit und Heftigkeit der Antwort des Klimasystems auf eine fortlaufende Störung beschrieben werden.[4]
Bestimmungsmethoden
BearbeitenEinteilung in Methoden soweit wie möglich analog zur Einteilung die man unter der Tabelle AR4 WG1 Table 9.3 findet (Überblick über Methoden der Schätzung mittels Mess/Proxydaten) und unter AR4 WG1 Box 10.2 (Überblick der noch weitere Methoden erfasst). Keine Nennung von einzelnen Studienergebnissen in diesem Abschnitt und den Unterergebnissen. Nur ein mittlerer Wert über alle bekannten Verfahren (wenn mindestens zwei Studien existent, bei nur einer einzigen Studie Nennung, aber Hinweis dass dies nur einzelnes Ergebnis ist und daher weniger belastbar ist
Analyse über instrumentelle Daten
BearbeitenMethoden, welche die nicht-stationären Klimaveränderungen (transient climate evolution) seit Beginn der Temperatur- messungen (also grob seit 1850) heranziehen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Analyse über einzelne Vulkanausbrüche
BearbeitenMethoden, welche die Reaktion der globalen Durchschnitts- temperatur auf einzelne vulkanische Ausbrüche heranziehen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicher- heiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Paläoklimatische Daten aus dem Holozän
BearbeitenMethoden, welche die nicht stationären Klimaveränderungen aus dem aktuellen Interglazial heranziehen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Paläoklimatische Daten aus der letzten Eiszeit
BearbeitenMethoden, welche die Klimaveränderungen der letzten Eiszeit, meist des Maxiums davon (Last glacial Maximum - LGM Methoden), heranziehen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Paläoklimatische Daten aus geologischen Zeitskalen
BearbeitenMethoden, welche die Klimaveränderungen vor der letzten Eiszeit, oft Millionen von Jahren in der Vergangenheit und oft aus geologischen Proxies, heranziehen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Bei Bestimmungsmethoden, bei denen die Temperaturverläufe der letzten Eiszeiten - also der letzten Jahrzehntausende - analysiert wurden, besteht folgendes Problem: Sowohl die Temperaturen wie auch die Treibhausgaskonzentrationen lagen in dieser Zeit durchwegs niedriger als heute. Ein nichtlinearer Zusammenhang klimatischer Rückkoppelungsparameter ist jedoch möglich. Um die Klimasensitivität für ein aus heutiger Sicht wärmeres Klima zu bestimmen, eignen sich diese Verfahren daher nur eingeschränkt.
Bei Betrachtung länger zurückliegender Zeiträume - also weiter als 100 Mio. Jahre in die Vergangenheit - können auch Phasen analysiert werden, in denen ein wärmeres Weltklima als heute vorherrschte. Damit werden Rückkopplungsfaktoren bestimmbar, die in einem aus heutiger Sicht wärmeren Klima wirksam werden. Während dieser Zeit gab es Klimaschwankungen großer Amplitude, was eine gute Bestimmbarkeit der Eis-Albedo-Rückkopplung erlaubt. Durch die Länge des Betrachtungszeitraums kann das Klimasystem als eingeschwungen betrachtet werden, so dass auch langsam wirkende Rückkopplungsfaktoren keine Rolle spielen. So senkt die bei hohen Temperaturen beschleunigt ablaufende Silikatverwitterung über Zeiträume von Jahrzehntausenden zu einem Absinken der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration.
Ein grundsätzlicher Nachteil alle dieser Verfahren ist jedoch, dass die zu dieser Zeit herrschenden Temperaturen wie auch Treibhausgaskonzentrationen nur mit sehr eingeschränkter Genauigkeit über Proxydaten bestimmt werden können. Die globale Durchschnittstemperatur und die Konzentration der Treibhausgase waren in Zeiträumen von Jahrmillionen starken Schwankungen unterworfen. Die Anordung der Landmassen hat durch ihren Einfluss auf die Niederschlagsverteilung und damit die atmosphärische Wasserdampfkonzentration, großen Einfluss auf das Weltklima. Die Anordnung der Landmassen war bei Betrachtung derart großer Zeiträume jedoch tiefgreifenden Änderungen unterworfen, was die Aussagekraft dieses Verfahrens weiter schwächt.
Eine 2007 in der Zeitschrift Nature erschienene paläoklimatologische Studie untersuchte die Klimasensitivität über die letzten 420 Millionen Jahre. Als Berechnungsgrundlage für die Treibhausgaskonzentrationen wurden Daten aus dem GEOCARB und GEOCARBSULF-Modell zugrundegelegt. Es ergab sich 1,5 °C als unterer und 6,2 °C als oberer Grenzwert sowie 2,8 °C als beste Schätzung. Eine Klimasensitivität kleiner als 1,5° schlossen die Autoren aus, da für die daraus resultierenden Rückkopplungsfaktoren unplausibel hohe Kohlendioxid-Werte nötig gewesen wären. Eine Klimasensitivität größer als 6,5° schlossen die Autoren aus, da Silikatverwitterung verhinderte, dass die atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen entsprechend hohe Werte erreichte. [5]
Nutzung nicht-uniformer A-Priori-Verteilungen
BearbeitenMethoden, die im Gegensatz zu den anderen nicht von einer gleichverteilten A-priori Verteilung ausgehen. Diese müssen, um mit den anderen vergleichbar zu sein, in gleichverteilte A-priori Wahrscheinlichkeiten transformiert werden. Siehe hier für mehr Details. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Analyse über Klimamodell-Simulationen
BearbeitenMethoden, welche die Simulation von vergangenen Klima- änderungen über Klimamodelle, die keine hinterlegte Klimasensitivität haben, analysieren. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Simulationen mit ungewichteten Verteilungen
BearbeitenMethoden, welche entweder ungewichtete Verteilungen von mehreren Klimamodellen oder von verschiedenen Läufen eines Klimamodells mit zufällig abgeänderten Parametern nutzen. Kurze Beschreibung der Verfahren, welche Vorteile, Unsicherheiten und Probleme haben diese Verfahren. Welche Werte liefert diese Methode im Schnitt?
Schätzwerte
BearbeitenÜberblick über die aktuellen mittleren Schätzwerte, IPCC-Schätzwerte (z.B. auch Entwicklung über die verschiedenen AR).
Grafik zur Illustration, die auf AR4 WG1 Box 10.2 Figure 1 aufbaut, wo alle im AR4 genannten Schätzungen (aus der verlinkten Grafik) enthalten sind und zusätzlich die Schätzungen, die seither in anerkannten peer-reviewten naturwissenschaftlichen Journalen veröffentlicht wurden. Alle Schätzwerte müssen den gleichen Unsicherheitsbereich (ich würde vorschlagen 5-95% ranges) aufweisen, um vergleichbar zu sein. Das gilt auf für den übrigen Text. Das könnte man dann auch entweder im Text oder einen Fußnote erwähnen, damit man das nicht jedesmal dazu schreiben muss bei jedem Wert, auf welches Unsicherheitsinterval er sich bezieht.
Geschichte
BearbeitenÜberblick über die Forschungsgeschichte zur Klimasensitivität, z.B. erste Anfänge, Entwicklung der Schätzwerte, etc.
Die erste Berechnung der Klimasensitivität geht auf Svante Arrhenius zurück. Er bezog seine Berechnungen auf das Treibhausgas Kohlendioxid und errechnete im Jahr 1896 eine Klimasensitivität von 5 bis 6° für eine angenommene Verdoppelung der atmosphärischen Konzentration dieses Spurengases.[6]
Implikationen
BearbeitenWas bedeutet unser Wissen über die Klimasensitivität und die aktuellen mittleren Schätzwerte und Unsicherheitsbereiche im Hinblick auf die Globale Erwärmung? Das sollte man aber kürzen und straffen, weil hier muss nicht redundant wiedergegeben werden, was anderswo in ausführlichen Artikeln schon zum Thema globale Erwärmung steht.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ S. Rahmstorf, H.J. Schellnhuber: Der Klimawandel. C.H. Beck, 6. Auflage 2007, S.42ff
- ↑ Charney Report 1979 Online (pdf 0,3 MByte)
- ↑ Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report on "The Physical Science Basis" (Online)
- ↑ Definition der Klimasensitivität im IPCC AR4 Online, PDF
- ↑ Royer, Dana L., Robert A. Berner und Jeffrey Park (2007): Climate sensitivity constrained by CO2 concentrations over the past 420 million years, in: Nature, Vol. 446, 29. März Online (pdf) doi:10.1038/nature05699
- ↑ Svante Arrhenius (1896): On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, in: Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol. 41, S. 239–276 (PDF, 8 MB)