Antworten des UBA auf popul?re skeptische Argumente

Wenn es um weltweite Klima?nderungen geht, so liest und h?rt man zunehmend Widersprüchliches. Innerhalb von 5 Themenkomplexen haben wir uns mit den gewichtigsten Argumenten derjenigen auseinander gesetzt, die keinen Handlungsbedarf in Sachen Klima?nderung sehen.

Inhaltsverzeichnis

 

Themenkomplex 1: Wesentliche Vorraussetzungen für Klima?nderungen sind nicht erfüllt.

CO2 nimmt in der ⁠Atmosph?re⁠ nicht zu, bzw. die gemessenen Ver?nderungen der CO2-Konzentration k?nnen nicht auf anthropogene, sondern nur auf natürliche Einflüsse (zum Beispiel Vulkant?tigkeit) zurückgeführt werden.

Die Befriedigung immer weiter steigender Bedürfnisse der Menschen bringt einen wachsenden Energiebedarf (zum Beispiel für Heizung, Verkehr, Erzeugung von Strom) mit sich. Durch menschliche Aktivit?ten wie die Verbrennung fossiler Rohstoffe oder Landnutzungs?nderungen wird st?ndig CO2 freigesetzt. Teilweise wird das emittierte CO2 über l?ngere Zeit in Ozeanen gespeichert und in der Biosph?re gebunden.

Aber noch knapp 50 Prozent verbleiben in der Atmosph?re und reichern sich aufgrund der langen Lebensdauer dort an. Dies führt zwangsl?ufig zu der seit Beginn der Industrialisierung festgestellten kontinuierlichen Zunahme der CO2-Konzentration in der Atmosph?re. Auf der Grundlage unterschiedlicher Untersuchungsmethoden k?nnen folgende Aussagen über die Entwicklung der atmosph?rischen CO2-Konzentrationen getroffen werden: Die 1958 am Observatorium Mauna Loa (Hawaii) begonnenen Direktmessungen des CO2 schlie?en sich mit einem Wert von 315 parts per million (⁠ppm⁠) nahtlos an die aus Eisbohrkernuntersuchungen rekonstruierte zeitliche Entwicklung der troposph?rischen CO2-Konzentrationen an. Seit Beginn der Industrialisierung ist die mittlere CO2-Konzentration in der Atmosph?re von 275 auf circa 358 ⁠ppm⁠ (1994) gestiegen. Die stetige Zunahme der CO2-Konzentration zeigt sich nicht nur an der Messstelle auf Mauna Loa, sondern ist weltweit an den unterschiedlichen Messpunkten zu verzeichnen. Die kontinuierliche Zunahme der CO2-Konzentration, gemessen auf Mauna Loa, kann damit nicht mit dem in der N?he t?tigen Vulkan begründet werden. Bis Anfang der 90er Jahre betrug der mittlere Anstieg etwa 1,8 ppm pro Jahr. W?hrend dieses Zeitraumes aufgetretene Abweichungen vom allgemeinen ⁠Trend⁠ konnten haupts?chlich auf El Ni?o - Ereignisse zurückgeführt werden.

El-Ni?o-Ereignisse werden circa alle 3-5 Jahre an der Westküste Südamerikas beobachtet. Dabei treten drastische Ver?nderungen der Ozeantemperaturen, der Passatwinde und Niederschlagsverh?ltnisse auf. Das pazifische Klimaph?nomen hat weltweit Auswirkungen auf das ⁠Wetter⁠. So kommt es nicht nur zu gewaltigem Fischsterben und zu Ernteverlusten in dieser Region, sondern zum Beispiel auch zu Dürren in Australien und Waldbr?nden in Indonesien.
Ein gewisses Problem liegt darin, dass zu Beginn der 90er Jahre zeitweise ein verlangsamtes Wachsen der ⁠CO2⁠-Konzentrationen beobachtet wurde, dessen Erkl?rung noch unsicher ist. Es wird vermutet, dass diese geringere Zunahme in Zusammenhang mit dem Ausbruch des Pinatubo von 1991 und der damit gleichzeitig einhergehenden kurzzeitigen globalen Abkühlung (durch Zunahme des stratosph?rischen Aerosols) steht: Die kurzzeitigen Abweichungen vom mittleren Anstieg der CO2-Konzentrationen k?nnen entweder infolge verst?rkter CO2-Aufnahme durch die terrestrische Biosph?re und Ozeane oder infolge verringerter CO2-⁠Emission⁠ durch abgeschw?chte Mineralisation toter organischer Materie durch mikrobielle Aktivit?ten hervorgerufen worden sein.
Jüngste Messungen zeigen seit etwa Ende 1993 wieder deutlich den steigenden Trend der CO2-Konzentrationen der letzten Jahrzehnte.

CO2-Anstieg in der Atmosph?re ist Folge der Freisetzung von CO2 aus Ozeanen bei deren Erw?rmung.

Dieses Ph?nomen kann bei jeder sich erw?rmenden Sprudelflasche beobachtet werden. Die Stichhaltigkeit dieser Behauptung kann experimentell überprüft werden, indem der CO2-Gehalt in der Atmosph?re über dem Ozean und die im Wasser der Ozeane gel?ste CO2-Menge parallel gemessen werden.? Hierbei zeigt sich, dass letztere niedriger ist, als es den Gleichgewichtsbedingungen entsprechen würde, dass das Wasser der Ozeane also global unters?ttigt ist und somit CO2 von der Atmosph?re in die Ozeane übergeht, und diese als CO2-Senke wirken. Dieser Befund wird auch durch Messungen des Kohlenstoffisotops C14 best?tigt. C14-Messungen erlauben zwischen CO2 aus biogenen Quellen und fossilem CO2 zu unterscheiden, da das in der Atmosph?re als Folge der kosmischen H?henstrahlung gebildete C14 bei fossilen Brennstoffen bereits zerfallen ist. Durchgeführte C14-Messungen von atmosph?rischem CO2 belegen, dass tats?chlich dieses Isotop fehlt oder gemindert ist und der atmosph?rische CO2-Anstieg auf Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist.

Eine Verdopplung der CO2-Konzentration kann aufgrund der begrenzten fossilen Reserven nicht eintreten.

Die Behauptung stimmt für die derzeit gesicherten Vorr?te der gesamten fossilen Reserven, da diese bei ihrer Verbrennung zwar rechnerisch eine Verdopplung der Kohlendioxid-Konzentrationen gegenüber dem vorindustriellen Wert von 280 ppm in der Atmosph?re bewirken würden, das Kohlendioxid aber nur etwa zur H?lfte in der Atmosph?re verbleibt (rund ein Drittel des freigesetzten Kohlendioxids wird durch die Ozeane aufgenommen). Somit w?re eine Verdoppelung des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosph?re eigentlich nicht m?glich.

Zu bedenken ist jedoch, dass die tats?chlich vorhandenen Mengen an fossilen Brennstoffen weit gr??er sind als die heute sicher gewinnbaren Vorr?te. Bei Kohle beispielsweise rechnet man aufgrund neuer Erkundungs- und Erschlie?ungstechniken sowie zunehmender Energiepreise mit etwa der zehnfachen Menge sicher gewinnbarer Vorr?te, und mit weiteren technischen Fortschritten wurde und wird dieser Wert st?ndig nach oben korrigiert. Langfristig kann deshalb mit wesentlich h?heren sicher gewinnbaren Brennstoffmengen gerechnet werden, die ausreichen, um den Kohlendioxid-Gehalt der Atmosph?re tats?chlich weit mehr als zu verdoppeln.

Auch ist zu bedenken, dass nur rund die H?lfte des Effekts anthropogener Treibhausgase auf Kohlendioxid beruht. Bei Mitberücksichtigung der übrigen "Klimagase", die in CO2-?quivalenten ausgedrückt werden k?nnen, würde ohne Gegenma?nahmen die Verdopplung wahrscheinlich bereits deutlich vor Mitte des n?chsten Jahrhunderts erreicht werden. Darüber hinaus ist schwer voraussehbar, ob auch in Zukunft bei steigender Kohlendioxid-Konzentration und Erw?rmung der Ozeane Kohlendioxid im gleichen Umfang wie bisher von den Ozeanen aufgenommen wird.

Da der Mensch mit der Atemluft CO2 an seine Umwelt abgibt, ist die wesentliche Ursache des beobachteten CO2-Konzentrationsanstiegs die wachsende Weltbev?lkerung. Auch die Verbrennung von Holz führt zu einer Erh?hung der CO2-Konzentration in der Atmosph?re.

Es ist richtig, dass bei der Atmung Kohlendioxid freigesetzt wird. Um die Problematik korrekt beurteilen zu k?nnen, ist es jedoch wichtig, zu wissen, dass sich der auf der Erde vorhandene Kohlenstoff in einem biogeochemischen Kreislauf bewegt. Die Entstehung von CO2 bei der Atmung von Mensch und Tier beschreibt einen winzigen Bruchteil des gesamten Kohlenstoffkreislaufs, dessen wichtigste Zirkulationsmechanismen die Einbindung von CO2 durch die ⁠Photosynthese⁠ und die Veratmung von Kohlehydratmolekülen unter Abgabe von CO2 darstellen. Der Mensch ist in diesem Teil des natürlichen Kreislaufes eingebunden, er atmet CO2 aus, welches das Oxidationsprodukt der im K?rper erfolgenden Verbrennung von Nahrungsmitteln ist.

Dieses über die Atmung freigesetzte CO2 wird jedoch der Atmosph?re durch die Photosynthese landwirtschaftlicher Nutzpflanzen, die der Ern?hrung dienen, wieder entzogen. Damit schlie?t sich das, im übrigen v?llig willkürlich herausgegriffene, Teilstück des gro?en C-Kreislaufes. Die Veratmung von Kohlenstoff setzt also nur CO2 frei, welches der Atmosph?re durch Photosynthese entzogen wurde. Folglich entsteht kein CO2, welches "zus?tzlich" emittiert wird und zu einer Anreicherung von CO2 in der Atmosph?re führen k?nnte. Die CO2-Bilanz ist, über einen l?ngeren Zeitraum betrachtet, selbst unter der Voraussetzung einer wachsenden Weltbev?lkerung, ausgeglichen.

?hnlich verh?lt es sich bei der Verbrennung von Holz. Holz ist kein fossiler Rohstoff, welcher im Laufe von Jahrmillionen gebildet wurde. Wir bezeichnen Holz als nachwachsenden Rohstoff. Der Baum nimmt im Laufe seines Lebens durch Assimilation (Photosynthese) CO2 aus der Atmosph?re auf und setzt es in ⁠Biomasse⁠ um. Stirbt der Baum oder wird er abgeholzt, wird der jetzt in Kohlenhydraten gebundene Kohlenstoff entweder über einen l?ngeren Zeitraum durch Atmung und Verwesung oder aber sofort durch Verbrennung wieder zu CO2 umgesetzt und an die Atmosph?re abgegeben. Der Kohlenstoff durchl?uft aber in beiden F?llen Teile des natürlichen Kreislaufs (Bindung durch Assimilation, Freisetzung durch mikrobielle Veratmung).

Wird nun immer genauso viel Holz aufgeforstet wie eingeschlagen und verbrannt, tr?gt die Holzverbrennung nicht zum zus?tzlichen ⁠Treibhauseffekt⁠ bei, da das durch die Verbrennung freiwerdende CO2 wieder durch die Photosynthese in aufwachsenden B?umen in Form von Biomasse (Holz) gebunden wird. Die Bilanz von verbrannter und aufwachsender Biomasse ist daher über die Jahre hinweg ausgeglichen, es kommt nicht wie bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe zu einer langfristigen Anreicherung von CO2 in der Atmosph?re. In diesem Kontext ist auch das immer wieder vorgebrachte Argument zu sehen, die fossilen CO2-Emissionen betragen nur wenige Prozent der natürlichen biogenen Emissionen. Letztere stellen nur einen st?ndigen Austausch von Kohlenstoff haupts?chlich zwischen Biosph?re und Atmosph?re ohne Trend dar, erstere führen zu steter Zufuhr und damit Konzentrationszunahme der Atmosph?re.

Eine erh?hte CO2-Konzentration hat einen Düngeeffekt zur Folge, welcher über eine verst?rkte Biomassebildung die Senkenkapazit?t der Biosph?re vergr??ert.

Pflanzen ben?tigen CO2, um es mittels der Photosynthese in Biomasse (haupts?chlich Kohlenhydrate) umzusetzen. Eine h?here CO2-Konzentration begünstigt tendenziell die Photosyntheseleistung der Pflanzen. Zur Sch?tzung der Gr??enordnung dieses CO2-Düngeeffekts werden Labor- und Felduntersuchungen sowie Modellstudien durchgeführt.

In der Regel wird dabei eine künstliche Atmosph?re mit zum Beispiel doppeltem CO2-Gehalt erzeugt oder den Modellen zugrunde gelegt. Meist versorgt man die Pflanzen in diesen Untersuchungen optimal mit den notwendigen N?hrstoffen und Wasser. Alle bekannten Studien, meist Kurzzeitexperimente mit isolierten Pflanzen, weisen auf ein breites Spektrum von Reaktionen einzelner Spezies hin. Abh?ngig von der Pflanzenart wird sowohl von mehr als verdreifachtem als auch fast halbiertem Pflanzenwachstum berichtet.
In mehreren F?llen wurde zun?chst eine Zunahme der Biomasseproduktion beobachtet, die sich in den Folgejahren aber abschw?chte und sich teilweise auch ins Gegenteil verkehrte. Untersuchungen einiger weniger ?kosysteme wurden durchgeführt. Diese ergaben für gem??igte Feuchtgebiete st?rkere und für Tundragebiete sehr geringe Steigerungen der Nettoproduktion des ?kosystems. Untersuchungen für Forstgebiete fehlen bisher. Modelluntersuchungen weisen darauf hin, dass w?hrend der 80er Jahre durch den CO2-Düngeeffekt j?hrlich etwa 1,8 bis 7,3 Milliarden Tonnen Kohlendioxid zus?tzlich durch die Biosph?re aufgenommen wurden. Da durch den Menschen j?hrlich etwa 26 Milliarden Tonnen Kohlendioxid emittiert werden, k?nnten im günstigsten Fall durch den Düngeeffekt 28 Prozent der anthropogenen Emissionen in der Biosph?re gespeichert werden. Im ungünstigeren Fall sind es jedoch nur 5 Prozent.

Viele Fragen im Zusammenhang mit dem CO2-Düngeeffekt sind noch ungekl?rt - so zum Beispiel die Frage, wie sich dabei die Zusammensetzung der ?kosysteme ?ndert, da aufgrund physiologischer Unterschiede nicht alle Pflanzen in gleicher Weise vom CO2-Düngeeffekt profitieren k?nnen. Darüber hinaus ist wahrscheinlich, dass der Effekt deutlich geringer ausf?llt in Regionen, in denen N?hrstoff- oder Wassermangel oder Wetter- und ⁠Klimafaktoren⁠ das Wachstum begrenzen. Gro?e Unsicherheiten bestehen auch im Hinblick auf Langzeitreaktionen der Pflanzen auf einen erh?hten CO2-Gehalt der Atmosph?re. So erbrachten Untersuchungen von Pflanzen in der N?he natürlicher CO2-Quellen weder erh?hte Wachstumsraten, noch eine verst?rkte Biomasseproduktion.

Als Fazit l?sst sich zusammenfassen, dass die erwartete, jedoch schnell vorübergehende Erh?hung der gespeicherten Kohlenstoffmenge in der Biomasse infolge des CO2-Düngeeffektes in keinem Fall ausreichen wird, die Zunahme der CO2-Konzentration in der Atmosph?re zu stoppen.

Nicht Kohlendioxid sondern Wasserdampf ist das entscheidende ⁠Treibhausgas⁠.

Es steht au?er Frage, dass dem Wasserdampf beim natürlichen Treibhauseffekt das mit Abstand gr??te Gewicht zukommt. Circa 66 Prozent des natürlichen Treibhauseffektes sind auf den Wasserdampf zurückzuführen. Wasserdampfemissionen tragen dagegen praktisch nicht zur Verst?rkung des anthropogenen Treibhauseffektes bei, weil hierdurch keine bleibende Erh?hung der Wasserdampfkonzentration in der Atmosph?re bewirkt wird. W?hrend Kohlendioxid in der Atmosph?re über 100 Jahre verbleiben kann, kehrt Wasserdampf meist nach wenigen Tagen in Form von Niederschl?gen zur Erde zurück. Eine Zunahme des Wasserdampfgehaltes ist jedoch m?glich, wenn infolge einer globalen Temperaturerh?hung die ⁠Verdunstung⁠ zunimmt und sich das potentielle Aufnahmeverm?gen der Atmosph?re für Wasserdampf erh?ht. Dies ist der Wirkungsvollste der verschiedenen Rückkopplungsprozesse, und er wird auch bei den Modellrechnungen berücksichtigt.

 

Themenkomplex 2: Treibhauseffekt ist nicht treibende Kraft für Klima?nderungen

Da die Abfolge von Kalt- und Warmzeiten durch astronomische Parameter gesteuert wird, steht eine neue Eiszeit ohnehin bevor.

Es wird darauf abgehoben, dass entscheidend für die Steuerung der globalen klimatischen Gegebenheiten nicht der ⁠Treibhauseffekt⁠ ist, sondern dass dies die Bahnparameter der Erdumlaufbahn sind. Wie in der Einleitung bereits festgestellt, sind die Variationen der Erdbahnparameter eine wichtige, aber nicht die einzige Ursache von Klima?nderungen. Es geht hier um die Beantwortung der Frage, ob eine schnelle Variation der Zusammensetzung der ⁠Atmosph?re⁠ eine einschneidende ⁠Klima?nderung⁠ ausl?sen kann, selbst wenn der Betrag dieser Klima?nderung schw?cher ist, als jener, der durch eine Ver?nderung der Bahnparameter ausgel?st werden kann.

Die These zielt darauf ab, dass sich zwei gegens?tzliche, durch unterschiedliche Ursachen (n?mlich Ver?nderungen geoastrophysikalischer Gr??en und Treibhauseffekt) hervorgerufene klimatische Trends gegeneinander aufheben. Bei der Behauptung, dass ohnehin eine neue Eiszeit bevorstehe, und es keinen Grund zur Sorge vor einer Erw?rmung g?be, wird jedoch v?llig au?er Acht gelassen, dass sich beide Prozesse in grundlegend verschiedenen Zeitr?umen abspielen. Aufgrund von Erkenntnissen der Pal?oklimatologie, insbesondere aus Analysen von Sedimentkernen der Tiefsee, gilt es inzwischen als gesichert, dass die (Orbital)-Parameter des Erdumlaufs um die Sonne den Hauptschrittmacher für die quart?ren Eiszeit-Warmzeit-Zyklen bilden (10000 bis 2 Millionen Jahre vor unserer Zeit), genauso wie für die Klimazyklen der vorangehenden geologischen Zeitalter. Diese Erdumlaufparameter variieren jedoch in Zyklen von etwa 20-, 40- und 100-tausend Jahren Dauer. Klima?nderungen aufgrund ver?nderter Konzentrationen von Treibhausgasen in der Atmosph?re werden sich aber in einem wesentlich kürzeren Zeitrahmen von 50-100 Jahren und vor allem mit einer sehr hohen Geschwindigkeit abspielen. Es ist schlichtweg unbegründet, darauf zu hoffen, dass sich die Auswirkungen dieser klimatischen Ver?nderungen durch eine bevorstehende Eiszeit vermeiden lassen, da sich hier die steuernden Prozesse in sehr langen Zeitskalen bewegen. Unabh?ngig vom Langzeitverhalten einer System steuernden Gr??e k?nnen kurzfristige Schwankungen, welche die ⁠Anpassungsf?higkeit⁠ eines Systems überfordern, durchaus zum Kollaps desselben führen. Und zwar auch dann, wenn der Langzeittrend der Einflussgr??e eine Anpassung des Systems gew?hrleistet h?tte.

Aus der Parallelit?t der Kurven von Temperatur- und CO2-Konzentration wird unzul?ssigerweise ein urs?chlicher Zusammenhang abgeleitet. Falls es tats?chlich einen solchen kausalen Zusammenhang gibt, ist unklar, welcher von beiden Ursache, welcher Wirkung ist.

Wenn man die Verl?ufe des CO2-Gehaltes der Atmosph?re und der mittleren Temperaturen über die letzten 160tausend Jahre vergleichend betrachtet, so ist die weitgehende Parallelit?t beider nicht zu übersehen. Daraus auf eine Kausalit?t zu schlie?en, ist indes wissenschaftlich nicht vertretbar, unter andenerm weil man a priori nicht wei?, welche Gr??e die andere urs?chlich beeinflusst, ob beide gemeinsam von einer weiteren 3. Gr??e gesteuert werden oder ob die übereinstimmung rein zuf?llig ist. Um hier Klarheit zu erzielen, müssen die Prozesse und Mechanismen selbst betrachtet werden.

Der Mechanismus, der bei einem Anstieg der Konzentration von Treibhausgasen zur Temperaturzunahme führt, ist durch Naturgesetze bestimmt und damit zwangsl?ufig. Ver?nderungen der Lebensbedingungen auf der Erde, natürliche wie anthropogene, k?nnen eine Ver?nderung in der Zusammensetzung der Spurengase der Atmosph?re bewirken und damit Ver?nderungen klimatischer Parameter ausl?sen. Umgekehrt k?nnen aber auch klimatische ?nderungen die Lebensvorg?nge auf der Erde (Aktivit?t der Biosph?re) beeinflussen. Dies wiederum k?nnte Ver?nderungen des Gehaltes an CO2 oder anderer Gase in der Atmosph?re nach sich ziehen, und dann abermals zu zus?tzlichen Modifizierungen des Klimas führen. Beide Faktoren sind über nichtlineare Wechselwirkungen zwischen allen Teilsystemen des Klimasystems miteinander verknüpft. Es handelt sich also um eine Henne-Ei-Fragestellung, die nicht zu l?sen ist. Die Diskussion um Wechselwirkungen pr?historischer Spurengaskonzentrationen mit dem Pal?oklima ist wissenschaftlich wichtig, berührt die Frage nach Wirkungsweise und Ausma? des Treibhauseffektes im Kern aber nicht.

Entscheidend für Klima?nderungen sind allein Ver?nderungen der Sonnenparameter.

Da die Sonne, als einzige Energiequelle der Erde, den Motor des Wetters und damit auch des Klimageschehens darstellt, ist es nahe liegend, dass ?nderungen ihrer Parameter Klima?nderungen bewirken k?nnen (siehe Einleitung). Strittig ist, ob die heute beobachteten Klima?nderungen, wie einige Skeptiker der Theorie anthropogener Klima?nderungen behaupten, einzig auf diese Ursache zurückzuführen sind. Es werden von den Zweiflern vor allem zwei Thesen aufgestellt, die im Folgenden untersucht werden:

a) Ver?nderungen der direkten Sonneneinstrahlung sind allein Ursache der derzeit beobachteten Klima?nderungen.

Im Zentrum der Diskussion steht dabei die Solarkonstante, ein Ma? für die von der Sonne eingestrahlte Energie, deren Werte, wie die moderne Forschung zeigte, nicht so konstant sind, wie der Name erwarten l?sst. Allerdings ist es sehr schwierig, die Wirkung der Schwankungen der Sonneneinstrahlung auf das ⁠Klima⁠ zu quantifizieren, weil nur wenige zuverl?ssige Daten über die H?he der Solarkonstanten vorliegen. Aus indirekten Beobachtungen kann man ?nderungen der Sonneneinstrahlung bis in das 17. Jahrhundert zurück ableiten. Nach diesen Werten wird in den Klimamodellen von einer seit 1850 um 0,3 Wm-2 (circa 0,1 Prozent) erh?hten Sonneneinstrahlung ausgegangen, wobei zu beachten ist, dass die abgeleiteten Werte noch mit Unsicherheiten behaftet sind.

Direkte Messungen liegen seit 1978 vor und zeigen eine ?nderung der Strahlungskraft zwischen Maximum und Minimum des elfj?hrigen Sonnenfleckenzyklus von circa 0,24 Wm-2. Da diese ?nderungen aber zyklisch auftreten, k?nnen sie zyklische ?nderungen des Klimas bewirken, die sich im Mittel über den elfj?hrigen Zyklus nahezu aufheben. Die Treibhausgase dagegen akkumulieren in der Atmosph?re und tragen so zu einer stets gleichgerichteten ?nderung eines Klimafaktors bei. Mithin k?nnen die zyklischen ?nderungen der Sonneneinstrahlung nur eine vernachl?ssigbare bzw. modulierende Rolle bei der diskutierten globalen Erw?rmung spielen.

Obwohl damit die Verursachung der beobachteten Klima?nderungen durch ?nderungen der Solarkonstanten unwahrscheinlich ist, haben Klimaforscher fiktive ?nderungen der Solarkonstanten in die Klimamodelle eingegeben und gleichzeitig angenommen, dass es keinen anthropogenen Treibhauseffekt gibt. Die mit diesen Annahmen gewonnenen Ergebnisse weichen deutlich von dem beobachteten dreidimensionalen Muster der Temperaturver?nderungen ab. Insbesondere wird abweichend von den Beobachtungen keine Abkühlung der unteren Stratosph?rentemperatur mit diesen Klimaszenarien wiedergegeben, w?hrend die unter der Annahme eines anthropogenen Treibhauseffektes erhaltenen Ergebnisse gut mit den Temperaturbeobachtungen auch in den h?heren Schichten der Atmosph?re übereinstimmen (siehe Themenkomplex 4). Dies ist ebenfalls ein deutlicher Hinweis darauf, dass die erh?hten Treibhausgaskonzentrationen und nicht die ?nderungen der Sonneneinstrahlung wesentlich die derzeitigen Klima?nderungen hervorrufen.

b) Schwankungen des kosmischen Strahlenflusses beeinflussen die Bew?lkung und damit das Klima.

Diese Hypothese wird von dem D?nen Friis-Christensen mit Nachruck aufgeworfen. Sie geht davon aus, dass der kosmische Strahlenfluss, der mit dem Sonnenfleckenzyklus schwankt, über die Ionisierung die Bildung von Aerosolen und damit die Wolkenbildung anregt. Die Korrelationskurven zwischen dem kosmischen Strahlenfluss und der Bew?lkung, die Friis-Christensen zeigen kann, sind sehr gut. Der aufgezeigte Mechanismus ist aber physikalisch noch sehr umstritten. (Aber auch die statistische Methode ist nicht unumstritten. Sch?nwiese et al. 1992 stellten fest, dass eine statistisch unzul?ssige Gl?ttung der Sonnenfleckenzyklusl?nge vorgenommen wurde, dass sich 35 Prozent der beobachteten Temperatur?nderungen aus der ?nderung der solaren Zyklusl?nge erkl?ren lassen und dass die Korrelation mit der Sonnenfleckenrelativzahl ?hnliche Ergebnisse liefert.)

Zur These von Friis-Christensen ist weiter zu bemerken, dass die vorliegenden Beobachtungsdaten mit 17 Jahren nur etwas l?nger sind als ein Sonnenfleckenzyklus. Au?erdem zeigen kosmische Strahlung und die Bew?lkung nach Friis-Christensen 1987 und 1986 ein Maximum und liegen 1990 am niedrigsten. Diese Beobachtung l?sst sich in keiner Weise mit der globalen Mitteltemperatur korrelieren, die 1985 ein Minimum aufweist, seitdem aber kontinuierlich ansteigt. Selbst wenn sich auf der Basis l?ngerer Beobachtungsreihen die These von Friis-Christensen erh?rten würde, w?re damit der steigende Temperaturtrend der letzten 100 Jahre nicht erkl?rbar, da der kosmische Strahlenfluss, der die Bew?lkung beeinflussen soll, um einen Mittelwert schwankt und keinen ⁠Trend⁠ aufweist.

Insgesamt widerlegt diese Hypothese nicht die Wirksamkeit des Treibhauseffektes auf das Klima, sondern schl?gt einen weiteren m?glichen Mechanismus einer Ursache für Wetter?nderungen vor. Ob dieser Mechanismus real ist, gilt es jedoch noch zu belegen, da es bis auf die statistischen Zusammenh?nge bisher keine befriedigende physikalische Erkl?rung für die angesprochene These gibt. In den Beobachtungsdaten finden sich bisher nur schwache Hinweise auf einen 11-Jahresrhythmus der Wetterelemente.

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Themenkomplex 3: Es gibt gar keinen Treibhauseffekt

Die Erde ist kein abgeschlossenes System. Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik wird durch den ⁠Treibhauseffekt⁠ verletzt. Es gibt kein 'Glas' am Himmel.

Das Argument spielt auf die Tatsache an, dass ein Effekt wie der Treibhauseffekt den Naturgesetzen nicht widersprechen darf, sonst kann es ihn nicht geben. Der Treibhauseffekt kann nicht den 2. Hauptsatz der Thermodynamik verletzen, da dieser in seiner strengen Form nur für abgeschlossene Systeme gilt, und - wie im Argument selbst behauptet - die Erde ist kein abgeschlossenes System in diesem Sinne. Also k?nnen der Treibhauseffekt - als Ph?nomen im offenen System Erde/⁠Atmosph?re⁠ - und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht im Widerspruch zueinander stehen.

Selbstverst?ndlich ist das System Erde/Atmosph?re zum Weltall und damit natürlich auch zur Sonne offen. Die Atmosph?re und die Erdoberfl?che werden ja durch die von der Sonne kommende elektromagnetische Strahlung erw?rmt. Gleichzeitig senden aber die Erdoberfl?che und die in der Atmosph?re enthaltenen Gase eine ihrer Temperatur entsprechende W?rmestrahlung in den Weltraum aus. Im langzeitlichen Mittel ist der Strahlungshaushalt des Systems Erde/Atmosph?re ausgeglichen. Es befindet sich energetisch in einem dynamischen Gleichgewichtszustand, der durch eine Energiebilanzgleichung exakt beschrieben werden kann.

Es gibt kein Glas am Himmel. Also gibt es auch keinen Treibhauseffekt.

Zur Wahrung des dynamischen energetischen Gleichgewichts findet durch die Atmosph?re hindurch eine von konvektiven Energietransportvorg?ngen (zum Beispiel thermische Auf- und Abtriebskr?fte) begleitete langwellige Abstrahlung von der Erdoberfl?che zum Atmosph?renrand statt. Diese Strahlung wird teilweise von den in der Atmosph?re befindlichen optisch aktiven Gaskomponenten, den so genannten Treibhausgasen, absorbiert und entsprechend den Gesetzen der Quantenphysik in gleichem Ma?e wieder re-emittiert. Wegen der isotropen, d. h. in allen Richtungen gleichstarken Abstrahlung sind etwa 50 Prozent dieser Strahlung als so genannte "Gegenstrahlung" zur Erdoberfl?che gerichtet. Die Atmosph?re wird also zu einem passiven thermischen Sekund?rstrahler, dessen Energie anteilig der Erdoberfl?che zugute kommt und dessen Wirksamkeit von der Konzentration der optisch aktiven Gase gesteuert ist. Diesem, einem Treibhaus vergleichbaren Vorgang (wobei dort allerdings ein Glasdach und nicht so genannte Treibhausgase die optisch aktive 'Rolle' übernehmen), verdanken wir auch die wirkliche Erdoberfl?chentemperatur von durchschnittlich + 15 Grad Celsius. Wir haben hier den Treibhauseffekt mit ' Gasdach' anstelle ' Glasdach'.

Das Problem der Energieentwertung.

Die Tatsache, dass das System Erde/Atmosph?re zur Aufrechterhaltung der physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse des st?ndigen Eintrages von Solarstrahlung bedarf, wird von niemandem angezweifelt. Eine Verletzung des Energieerhaltungssatzes liegt übrigens nicht vor, denn neben der Erw?rmung der Troposph?re ist bei zunehmender atmosph?rischer Treibhausgaskonzentration eine Abkühlung der Stratosph?re zu erkennen. Insbesondere entspricht im zeitlichen Mittel die eingestrahlte der abgestrahlten Energie.

Die im System permanent stattfindende Energieentwertung (durch Entropiezunahme) schr?nkt im Zeitverlauf natürlich die verfügbare freie Energie ein. Es ergibt sich jedoch auch daraus kein Widerspruch zum energetischen Gleichgewichtszustand des Systems Erde/Atmosph?re, da die Energiezufuhr aus 'hochwertiger' kurzwelliger Solarstrahlung besteht und die Energieabgabe aus 'entwerteter' langwelliger Thermalstrahlung. Die Entwertung der Energie im System spiegelt sich in der Wellenl?ngendifferenz zwischen diesen beiden Strahlungen wider.

'Strahlungsgleichgewicht' w?re der 'W?rmetod', der das Ende jeglichen Wetters und damit auch Klimas bedeuten würde.

Dem von einigen 'Experten' befürchteten 'W?rmetod' des Systems 'Erde/Atmosph?re' durch Mangel an frei wandelbarer Energie wirkt die permanente Zufuhr hochwertiger Energie in Form kurzwelliger Solarstrahlung entgegen. Sie versorgt das System st?ndig mit gut wandelbarer (freier) Energie. Dadurch wird die durch Entropiezunahme w?hrend aller m?glichen (irreversiblen) Energiewandlungen (z. B. bei Wetterprozessen und anderen dynamischen Vorg?ngen innerhalb der Atmosph?re) vollzogene "Energieentwertung" kompensiert. Die entwertete Energie wird in gleicher Menge wieder an das Weltall abgegeben, jetzt allerdings in Form der thermischen, langwelligen Eigenstrahlung des Systems. Die für die Aufrechterhaltung eines 'dynamischen Gleichgewichts' in der von konvektiven Wetterprozessen gekennzeichneten Troposph?re notwendige hochwertige Energie wird also im Rahmen des 'Strahlungsgleichgewichts' verfügbar gemacht.

Natur kennt kein ⁠Klima⁠ und keinen Treibhauseffekt.

Die reale Natur des Treibhauseffektes wurde bereits eingangs behandelt. Ist das Klima aber real? Natürlich wurde der abstrakte Begriff des Klimas von Menschen geschaffen, wie auch der des Wetters, um beobachtete Naturph?nomene besser begreifen und beschreiben zu k?nnen (das Verm?gen des Menschen zur Abstraktion ?ffnete ihm ja erst die Wege zu Wissenschaft, Kunst und Technik). Die Abstraktheit des Begriffs Klima spricht deshalb nicht a priori gegen ihn. Ob die kreierten Begriffe, hier das Klima, sinnvoll sind, ist eine andere Frage, die nur die Praxis beantworten kann.

Der Begriff Klima beinhaltet Aussagen über den mittleren Zustand meteorologischer Elemente sowie über H?ufigkeiten ihres Auftretens und Extremwerte, ein Integral über das ⁠Wetter⁠ sozusagen. Finden wir in der Natur Ph?nomene vor, die real "abstraktes" Klima widerspiegeln? Ja, die Pflanzen- und Tierwelt zeigt an, dass es "Klima" gibt. Zum Beispiel integrieren Pflanzen über ihre Lebenszeit alle Wettererscheinungen wie Wind, Regen, Sturm, Frost, Flut und Hitze, und es haben sich für die unterschiedlichen Klimate unterschiedliche Pflanzen- und Tierarten in langen evolution?ren Prozessen entwickelt.

Die Wirklichkeit beim Wettergeschehen ist chaotisch.

Es wird hierbei auf die Tatsache angespielt, dass das Wetter nur über einen kurzen Zeitraum von maximal 4-7 (10) Tagen mit ausreichender Güte vorhersagbar ist. Die Skeptiker wollen mit dieser Aussage auch nicht die Wettervorhersagen in den Medien abschaffen. Sie schlussfolgern vielmehr, dass, wenn schon das Wetter nicht l?nger vorhersagbar ist, Aussagen über künftige Klimaentwicklungen schon gar nicht m?glich sind. Aber die Schlussfolgerung ist fehlerhaft, da nicht, was im Kleinen gilt, auch für das Gro?e gelten muss.

Es verh?lt sich hier wie mit der Quantenphysik und der klassischen Mechanik. Bewegt man sich im makroskopischen Raum (in Analogie dazu im Klima), gelten die Gesetze der klassischen Mechanik (in Analogie dazu die Ergebnisse der Klimaszenarienrechnungen). Niemand h?lt etwa die Berechnungen der Planetenbahnen (in Analogie dazu Klima) wegen der quantenmechanischen Heisenbergschen Unsch?rferelation (Wetter) für falsch.

Ein ?hnliches Ph?nomen haben wir auch in der Statistik. Hier ist es durchaus m?glich, sinnvolle Aussagen über das Auftreten und die zukünftige Entwicklung von Krankheiten einer Population zu machen, obwohl es unm?glich ist vorherzusagen, ob die Person x betroffen sein wird.

Die Absorptionsbanden der Treibhausgase liegen nicht im Spektralbereich der W?rmestrahlung der Erde.

Jeder K?rper emittiert W?rmestrahlung. Die Wellenl?ngen, in denen diese W?rmestrahlung erfolgt, sind von der Temperatur des K?rpers abh?ngig und lassen sich mit Hilfe des Wien'schen Verschiebungsgesetzes berechnen. Bei einer mittleren Temperatur der Erde von circa 15 Grad Celsius ergibt das eine Wellenl?nge von circa 10 μm. Die Skeptiker gehen offensichtlich bei obiger Behauptung von der Annahme aus, dass die Erde nur in der Wellenl?nge von 10 μm strahlt, und die teilweise Absorption der W?rmestrahlung der Erde mithin nur m?glich w?re, wenn eine Absorptionsbande eines der atmosph?rischen Gase genau in dieser Wellenl?nge l?ge. Nur dann k?nnte dieses Gas treibhauswirksam werden.

Abgesehen davon, dass die 15 Grad Celsius nur einen Mittelwert darstellen und die aktuellen Temperaturwerte (und damit auch die Wellenl?ngen der W?rmestrahlung) erheblich davon abweichen k?nnen, strahlt jeder warme K?rper tats?chlich über einen gr??eren Spektralbereich, wobei die Verteilung der Strahlungsintensit?t in Abh?ngigkeit von der Wellenl?nge durch das Planck'sche Gesetz beschrieben wird. Das Wien'sche Gesetz gibt nur die Wellenl?nge der maximalen Strahlungsintensit?t wieder (für - 20 Grad Celsius: 11,4 μm, für + 15 Grad Celsius: 10,1 μm und für + 30 Grad Celsius: 9,6 μm). Der Spektralbereich, in dem die Erde Strahlung abgibt, reicht dabei von etwa 5 μm bis 80 μm. In diesem Bereich liegen zahlreiche Absorptionsbanden der Treibhausgase.

Die Absorptionsbanden von CO2 sind ohnehin schon ges?ttigt, mehr CO2 kann keinen weiteren Effekt bringen.

Dieser Sachverhalt ist nur für Teilbereiche des Spektrums zutreffend, so für die 15 μm Bande des CO2. In anderen Banden, so zum Beispiel um 10 μm und 5 μm, ist die Absorption schw?cher und kann durch zus?tzlich in die Atmosph?re gelangendes CO2 noch erh?ht werden. Der weitgehenden S?ttigung der CO2-Absorptionsbanden wird dadurch Rechnung getragen, dass im Vergleich mit anderen Treibhausgasen ⁠CO2⁠ das geringste Erw?rmungspotential besitzt, n?mlich 1. Der Beitrag anderer Treibhausgase - zum Beispiel CH4, N2O, SF6 - zum Treibhauseffekt ist deutlich h?her. Ihr globales Erw?rmungspotential betr?gt jeweils 21, 310 und 23900.

Der hohe Beitrag des CO2 zum anthropogenen Treibeffekt von circa 50 Prozent beruht auf der gro?en freigesetzten Menge.

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Themenkomplex 4: Klimamodelle sind zur Beschreibung der Realit?t grunds?tzlich ungeeignet, bzw. unzul?nglich.

Fundamentalkritik

Das ⁠Klima⁠ der Erde wird von der Sonnenstrahlung angetrieben und durch eine Vielzahl komplexer, untereinander gekoppelter Prozesse kontrolliert, an denen die ⁠Atmosph?re⁠, die Biosph?re (Pflanzen- und Tierwelt), die Hydrosph?re (Ozeane und Binnengew?sser) und die Kryosph?re (polare Eisschilde, Meereis, Gletscher, Schnee) beteiligt sind. Die vielseitigen, meist nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen genannten Komponenten des Klimasystems führen zu st?ndigen internen ?nderungen, wobei die stark unterschiedlichen Zeitkonstanten der in den einzelnen Subsystemen ablaufenden Prozesse eine gro?e Rolle spielen: Wie in gekoppelten mechanischen Systemen entstehen überlagerungen, Schwebungen und Interferenzen, die nur mit Hilfe mathematisch-physikalischer Methoden ermittelt werden k?nnen. Lineares Denken führt hier nicht zum Ziel.

So hat eine Ver?nderung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosph?re (beispielsweise durch anthropogene Emissionen strahlungswirksamer Gase) Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt der Erde und damit auf die Lufttemperatur. Eine Ver?nderung der Lufttemperatur wiederum wirkt sich u.a. auf die dynamischen Prozesse in der Atmosph?re, auf die ⁠Verdunstung⁠ und die Wolken- und Niederschlagsbildung aus, wobei die Wolken stark mit der Strahlung wechselwirken. Die Dynamik und die Niederschl?ge beeinflussen ihrerseits die chemische Zusammensetzung der Atmosph?re, womit sich der Kreis schlie?t. Neben den wenigen genannten Effekten lassen sich als Folge einer ver?nderten chemischen Zusammensetzung der Erdatmosph?re prinzipiell Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen allen Subsystemen des Klimasystems aufz?hlen. Wegen dieser Komplexit?t ist die Sch?tzung der Folgen der Variation eines Klimafaktors (beispielsweise auch ver?nderter Solarstrahlung oder ver?nderter Beschaffenheit der Erdoberfl?che) für die bodennahe Lufttemperatur, den Niederschlag und den Wind usw. grunds?tzlich nur über den Einsatz von Klimamodellen, die gem?? den systeminternen Kopplungen aus nichtlinearen gekoppelten Differentialgleichungen bestehen, durchführbar.

Insofern ist die Frage, ob Klimamodelle prinzipiell zur Beschreibung des Klimasystems geeignet sind, wenig zielführend. Eine bessere Untersuchungsmethodik existiert nicht. Auch in anderen Wissensgebieten (nicht nur in Naturwissenschaften, sondern auch in sozio?konomischen Bereichen) wird mit Modellen gearbeitet, unter zweifelloser Anerkennung der Tatsache, dass Modelle ein Hilfsmittel zur Beschreibung oder n?herungsweisen Widerspiegelung der Realit?t sind. Es gibt keinen Grund, Klimamodelle, die dem gegenw?rtigen Stand der Kenntnis entsprechen, in der Klimatologie nicht einzusetzen. Es kommt allerdings dabei auf eine sehr sorgf?ltige und durchdachte Interpretation der Ergebnisse von Klimamodellen an, wie im Folgenden noch zu sehen sein wird.

Klimamodelle eignen sich bei derzeitigem Entwicklungsstand nicht als Basis für Entscheidungen.

Als Basis für Entscheidungen kann grunds?tzlich immer nur der gegenw?rtige Erkenntnisstand herangezogen werden. Insofern müssen, wie zuvor bereits angesprochen, für Untersuchungen der im ⁠Klimasystem⁠ ablaufenden Prozesse konsequenterweise Klimamodelle genutzt werden, welche, wie bereits mehrfach ausgeführt wurde, alle gesicherten, das Klima betreffende Erkenntnisse der Naturwissenschaften beinhalten.

Entscheidend ist in diesem Zusammenhang die Frage, welche Ergebnisse von derzeitigen Klimamodellen erwartet werden k?nnen. So sollten die Simulationsergebnisse von diesen Modellen nicht als Prognosen interpretiert werden, auch wenn sie das in strenger mathematischer Hinsicht sind. Bei den gegenw?rtigen Simulationen unter Vorgabe anthropogener Emissionen handelt es sich vielmehr um Szenarienrechnungen, mit denen ganz konkret der Einfluss unterschiedlich erh?hter Konzentrationen treibhauswirksamer Gase in der Atmosph?re auf die Lufttemperatur und die weiteren ⁠Klimaelemente⁠ für einen bestimmten Zeitabschnitt untersucht wird. Liegt dieser Zeitabschnitt in der Zukunft, werden ⁠Klimafaktoren⁠ wie beispielsweise die Solarstrahlung konstant gehalten oder etwa Vulkanismus nicht mit berücksichtigt. Diese Faktoren, ebenso Ver?nderungen in der Beschaffenheit der Erdoberfl?che sind nicht vorhersagbar, und schon aus diesem Grunde sind Vorhersagen über Jahrzehnte und mehr nicht m?glich, sondern es k?nnen nur Simulationen im Sinne der oben genannten Szenarienrechnungen durchgeführt werden.

Die Modelle zur Simulation des Einflusses erh?hter Konzentrationen treibhauswirksamer Gase werden am heutigen Klima hinreichend gut validiert. Es gibt keinen stichhaltigen Grund, die damit erzielten Ergebnisse anzuzweifeln, vorausgesetzt, die Resultate werden in oben beschriebener Weise sowie unter Sch?tzung von Fehlern in Folge der jeweiligen zugrunde liegenden vereinfachenden Annahmen interpretiert. Im Gegenteil, die gegenw?rtig erzielten Simulationsergebnisse sind auf der Grundlage der Vorsorge für die Umwelt Anlass zu Besorgnis und zu raschem Handeln. Das in der überschrift stehende Argument wird man auch in 100 Jahren noch hervorzaubern k?nnen, denn auch dann werden Klimamodelle noch auf Annahmen basieren und gewisse Prozesse nicht berücksichtigen. Wenn man jedoch auf der Grundlage eines solchen Arguments nur abwartet, anstatt zu handeln, kann es für Ma?nahmen gegen sch?digende Auswirkungen für das menschliche Leben sehr schnell zu sp?t sein.

Spezielle Probleme der Klimamodellierung

a)????? Parametrisierung von Prozessen

Moderne Ozean-Atmosph?re-Klimamodelle ben?tigen auf Grund ihrer Komplexit?t auch auf heutigen H?chstleistungsrechnern hohe Rechenzeiten. Deshalb ist die r?umliche Aufl?sung der Modelle auf einige hundert Kilometer beschr?nkt. Alle Prozesse, deren charakteristischer Raumbereich unterhalb dieser r?umlichen Modellaufl?sung liegt, k?nnen nicht ausdrücklich formuliert werden. Sie fallen, bildlich gesprochen, durch die Maschen des Rechengitters und müssen parametrisiert, das hei?t in Abh?ngigkeit der im Modell aufgel?sten Prozesse gr??eren charakteristischen Raumbereiches, formuliert werden. Dazu geh?ren beispielsweise die Bildung von Wolken und Niederschlag, die turbulenten Austauschprozesse in den Grenzschichten Ozean-Atmosph?re und Landoberfl?che-Atmosph?re, die Tiefenwasserbildung im Ozean und viele andere kleinskalige Prozesse, die die Energetik der gro?skaligen atmosph?rischen und ozeanischen Zirkulationssysteme mitbestimmen.

Die Parametrisierung der subskaligen Prozesse in Klimamodellen ist in Teilen ein kompliziertes Gebiet, in dem eine Reihe von Verbesserungen m?glich und erforderlich ist. Kritische Prozesse, die weiterhin intensiver Forschungsarbeiten bedürfen, sind dabei die Entstehung und die Strahlungseigenschaften von Wolken, die Bildung von Meereis und Tiefenwasser im Ozean sowie verschiedene Prozesse im hydrologischen Kreislauf wie Verdunstungsprozesse von der Erdoberfl?che in Abh?ngigkeit von der jeweiligen Bedeckung (zum Beispiel Vegetation, Bebauung usw.).

Eine besondere Problematik der gegenw?rtigen Klimamodelle ist die Darstellung der Kreisl?ufe von Spurenstoffen wie des Kohlendioxid-, Methan-, Distickstoffoxid-, des Ozonkreislaufs u.a. Es bestehen hier noch Unklarheiten, so dass bestimmte Spurenstoffkonzentrationen nicht berechnet werden k?nnen, sondern auf der Grundlage der bisherigen Erkenntnisse (zum Beispiel Trendentwicklung, vorhandene Kenntnisse über Quellen und Senken) vorgegeben werden müssen.

b)????? Klimadrift und Flusskorrektur

Bei gekoppelten Ozean-Atmosph?re-Modellen muss an der Meeresoberfl?che ein Austausch von Energie (Strahlung, W?rme), Wasser (Niederschlag, Verdunstung) und Impuls (reibungsbedingter Windschub) stattfinden. Vor der Kopplung werden jedoch beide Teilmodelle zun?chst einzeln bis zu einem gewissen Gleichgewichtszustand integriert, wobei als Randbedingung an der Trennungsfl?che der beiden Medien jeweils Beobachtungsdaten vorgegeben werden.

Bei der Kopplung müssen nun der obere Rand des Ozeanmodells und der untere Rand des Atmosph?renmodells aufeinander abgestimmt werden. Diese Abstimmung kann nicht vollst?ndig konsistent erfolgen, so dass das gekoppelte System nun einem neuen Gleichgewichtszustand zustrebt. Wegen der gro?en Tr?gheit des Ozeans erfolgt das nur langsam, und es resultieren im Atmosph?renmodell au?erhalb des Gleichgewichtszustandes Abweichungen, die sich in der so genannten Klimadrift ?u?ern. Die Klimadrift in gekoppelten Modellen kann durch die Methode der Flusskorrektur verhindert werden. Die Idee besteht darin, die im Zusammenhang mit der Kopplung auftretende Drift der Variablen dadurch zu eliminieren, dass entsprechend gro?e Korrekturterme (z.B. für W?rmeflüsse) in die Modellgleichungen des gekoppelten Systems eingeführt werden. Diese Terme werden r?umlich variabel, aber zeitlich konstant gehalten, so dass die ⁠Klimavariabilit?t⁠ des Modells erhalten bleibt.

Gekoppelte Modelle ohne Flusskorrektur müssen die in der Natur ablaufenden Prozesse sehr gut abbilden, damit die Drift in unrealistische Klimazust?nde vermieden werden kann. Wenn beide Einzelmodelle sehr realistische Ergebnisse bringen, dann sind auch die R?nder beider Modelle besser aufeinander abgestimmt. Am NCAR (National Center for Atmospheric Research in Boulder, USA) kann ein gekoppeltes Modell ohne Flusskorrektur gerechnet werden, weil die Parametrisierung der ozeanischen Wirbel verbessert wurde. Das Modell driftet nicht von einem realistischen Klimazustand weg, selbst für Rechnungen über 300 Jahre nicht. Die Simulation ergab für CO2-Verdopplung einen Anstieg der globalen Mitteltemperatur um 2 Grad Celsius. Für einen 300-Jahreslauf ohne Treibhausgase ergab das Modell eine natürliche Variabilit?t der Temperatur von 0,5 Grad Celsius.

c)????? Kaltstartfehler

Als Startzeitpunkt von Modellsimulationen zur Sch?tzung der globalen Erw?rmung im Zusammenhang mit den anthropogenen Emissionen treibhauswirksamer Gase wird das heutige Klima gew?hlt, das als Gleichgewichtsklima vorausgesetzt wird. Dadurch entsteht der so genannte Kaltstartfehler, denn das heutige Klima ist insofern nicht im Gleichgewicht, da es unter anderem durch den bereits erfolgten Anstieg der Konzentrationen von treibhauswirksamen Gasen einer Erw?rmung unterliegt. Durch die Tr?gheit der Ozeane wirkt sich dieser Erw?rmungsprozess, der bereits eingesetzt hat, auch im zukünftigen Temperaturanstieg aus. Dieser Fehler l?sst sich jedoch nachtr?glich weitgehend korrigieren. Bei den neueren Rechnungen ist zudem der Startzeitpunkt in die Mitte des vergangenen Jahrhunderts verlegt worden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass - trotz der genannten Schwierigkeiten bei der Klimamodellierung - die wichtigsten Eigenschaften der beobachteten atmosph?rischen und ozeanischen Zirkulationssysteme mit gegenw?rtigen Zirkulationsmodellen befriedigend simuliert werden k?nnen. In der Atmosph?re sind dies beispielsweise die Westwindsysteme der mittleren Breiten, die Monsune, das Passatwindsystem sowie der Jahresgang und die natürliche Variabilit?t s?mtlicher Klimagr??en. Ozeanische Zirkulationsmodelle bilden die gro?en Str?mungssysteme (Golfstrom, Humboldtstrom, Antarktischer Zirkumpolarstrom usw.) sowie die dreidimensionalen Verteilungen der Temperatur und des Salzgehaltes in guter N?herung ab. Auch die beobachtete Zunahme der global gemittelten Temperaturen, des Feuchtigkeitsgehaltes und des Niederschlages in den Tropen w?hrend der letzten drei?ig Jahre wird von gekoppelten Ozean-Atmosph?re-Modellen unter Berücksichtigung der zunehmenden Konzentrationen treibhauswirksamer Gase in der Atmosph?re recht gut wiedergegeben. Das gibt keinesfalls Anlass dazu, Klimamodellierung als Untersuchungsmittel in Frage zu stellen.

Schwierigkeiten bei der Simulation von Klima?nderungen in der Vergangenheit

H?ufig wird die Frage aufgeworfen, warum Klima?nderungen vergangener Zeitr?ume noch nicht simuliert werden konnten. Beobachtungsmaterial aus Messreihen und Pal?oklimadaten liegt ja bereits vor. Diese Daten müssen jedoch in aufwendiger Weise aufbereitet werden, bevor sie als Startwerte für Modellsimulationen benutzt werden k?nnen. In der Regel ist das Beobachtungsmaterial hinsichtlich der Vergangenheit lückenhaft und fehlerbehaftet. Des Weiteren ist es nur regional verfügbar. Es sind nicht s?mtliche Gr??en vorhanden, die zur Modellinitialisierung ben?tigt werden. Meist liegen nur Angaben über eine Gr??e, zum Beispiel die Temperatur vor. Die aufwendige Rekonstruktion und Bearbeitung historischen Datenmaterials als Eingangsdaten für Klimamodelle ist ein Grund dafür, dass Untersuchungen zur Simulation vergangener Klima?nderungen noch nicht in gr??erem Umfang begonnen haben.

Ein weiteres Problem kommt hinzu: Neben vollst?ndigen Zeitreihen meteorologischer Daten fehlen auch für historische Zeitr?ume (wie für die Zukunft) Angaben über die ?nderung der Solarstrahlung, Angaben über ?nderungen im stratosph?rischen Aerosolgehalt durch Vulkanausbrüche, Informationen über die Beschaffenheit der Erdoberfl?che (Vegetation, Eisbedeckung, usw.) und viele andere. Diese fehlenden Daten, die aufwendig rekonstruiert oder vorgegeben werden müssen, limitieren die Modellierbarkeit von Klima?nderungen in der Vergangenheit.

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Themenkomplex 5: Mangelnde übereinstimmung von Beobachtungsdaten untereinander, sowie zwischen Beobachtungsdaten und Ergebnissen der Modellsimulation

Modellergebnisse stimmen nicht mit der beobachteten Temperaturverteilung überein.

Die übereinstimmung zwischen den gemessenen und berechneten Daten der bodennahen Lufttemperatur hat sich in den letzten Jahren wesentlich verbessert. Die charakteristischen Muster von Temperatur und Niederschlag werden nicht nur global und im Jahresmittel, sondern auch jahreszeitlich, r?umlich und vertikal gut wiedergegeben. Insbesondere die jahreszeitliche Temperaturverteilung wird sehr gut von den Modellen widergespiegelt. Die Verbesserungen gegenüber den ersten Modellen wurden erreicht, in dem die Ozeane als voll interaktive Bestandteile berücksichtigt wurden. Weitere Verbesserungen wurden durch Einbeziehung der abkühlenden Wirkung der Sulfataerosole erzielt, so dass der Versuch nach dem Pinatubo-Ausbruch die Auswirkung der in die ⁠Atmosph?re⁠ geschleuderten Gase und Partikel auf die globale Temperatur vorherzusagen, sehr erfolgreich war. Dies verdeutlicht die Güte der Klimamodelle.

Es gibt eine Diskrepanz zwischen den Boden- und den Satellitendaten.

Ins Kreuzfeuer der Kritik sind inzwischen die offensichtlich nicht gleichlaufenden Trends der am Boden und der von Satelliten (Schichtmittel 0-6 Kilometer H?he) aus gemessenen Temperaturen geraten. Die bodennahen Werte zeigen eine Zunahme von circa 0,5 bis 0,7 Grad Celsius über die letzten 100 bis 130 Jahre, w?hrend die allerdings nur über 17 Jahre verfügbaren Satellitendaten eine Abnahme von 0,06 Grad Celsius zeigen.

Zun?chst ist fraglich, ob die beiden durch verschiedene Methoden (die Bodenmessungen sind direkte Messungen der Lufttemperatur, die Satelliten messen die Temperatur indirekt über die Strahlung) gewonnenen Datens?tze untereinander überhaupt vergleichbar sind. Auf die sehr unterschiedliche zeitliche Dimension beider Messreihen wurde bereits verwiesen. Dies bedeutet auch, dass die Erfahrung in der Erhebung der Bodendaten viel gr??er und die Entwicklung und Vereinheitlichung der Messtechnik viel weiter fortgeschritten ist als bei den Satellitenmessungen, wo z.B. sehr verschiedene Messger?te und -verfahren zum Einsatz kamen und kommen.

Es bedeutet weiterhin, dass der schwache ⁠Trend⁠ der Satellitendatenreihe weniger aussagekr?ftig ist, als der der Bodendatenreihe, da bei kurzen Reihen vorübergehende St?rungen wie z.B. der Pinatubo-Ausbruch den Trend st?rker beeinflussen als bei l?ngeren Datenreihen. Sehr gravierend sind auch die Unterschiede des Messgutes: Die bodennahen Messungen sind Punktmessungen in einer H?he von 2 Meter über dem Boden, bei den Satelliten dagegen wird ein Integral der Temperatur über die untersten 6 Kilometer der Troposph?re erfasst (die Temperaturen k?nnen in diesem H?henbereich eine Bandbreite von über 30 Grad Celsius überstreichen).

Für Aussagen über einen langj?hrigen Temperaturtrend sind aus all diesen Gründen die Bodendaten deutlich besser geeignet. Ob es noch andere Gründe für die Unterschiede der beiden Datenreihen gibt, die über die oben genannten hinausgehen, bedarf noch weiterer wissenschaftlicher Untersuchungen. Allerneueste Ver?ffentlichungen in der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Nature" zeigen, dass die Satellitendaten inkorrekt berechnet worden sind, da man den H?henverlust von 1,2 Kilometer pro Jahr nicht berücksichtigt hatte. Nach dieser Korrektur berechneten die Autoren einen geringen Anstieg der Satellitendaten. Andere Ver?ffentlichungen so zum Beispiel vom Max-Planck-Institut Hamburg geben als Trend der Satellitendaten "nahe Null" an.

Die Feststellung, die globale Lufttemperatur habe sich seit dem Ende des letzten Jahrhunderts um 0,3 bis 0,6 Grad Celsius erh?ht, ist anzuzweifeln. Der Temperaturdatensatz, der die Basis für diese Feststellung bildet, ist nicht repr?sentativ und verf?lscht.

In der Tat gibt es bei der Erstellung eines globalen Temperaturdatensatzes, der bis ins letzte Jahrhundert zurückreicht, eine Zahl von Problemen. So haben die Messstationen oft ihren Ort gewechselt, die Beobachtungspraxis hat sich ver?ndert und auch die Aufstellung und die Art der Messinstrumente haben gewechselt. Weiterhin ist die r?umliche Verteilung der Stationen unregelm??ig und variiert stark von Kontinent zu Kontinent und im Zeitverlauf. Nicht zuletzt ist auch die Stationsumgebung Ver?nderungen unterworfen, insbesondere durch die zunehmende Verst?dterung.

Alle diese Probleme sind bekannt und wurden insbesondere im ersten ⁠IPCC⁠-Bericht ausführlich behandelt. Es wurde sehr genau dargestellt, wie die sich aus der Ver?nderung des Stationsortes und der Beobachtungspraxis ergebenden Sprünge in den Temperaturreihen korrigiert wurden (dazu existieren langj?hrige Erfahrungen aus der meteorologischen Praxis).

Um den Einfluss der Dichte des Messnetzes auf die Bestimmung der globalen Mitteltemperatur zu ermitteln, wurden Testrechnungen mit variierenden Stationsdichten vorgenommen. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss unterschiedlicher Stationsdichten auf die Werte der mittleren Lufttemperaturen der Nord- und Südhemisph?re sehr gering ist. Nur vor 1900 muss (bei insgesamt geringerer Stationsdichte) mit einem Effekt auf die mittlere hemisph?rische Lufttemperatur von bis zu 0,1 Grad Celsius pro Dekade gerechnet werden. Die Frage der Vort?uschung eines Temperaturanstiegs durch die zunehmende Verst?dterung wurde von mehreren Klimaforschern untersucht. Für den Zeitraum der letzten 100 Jahre ist der Einfluss dieses Effektes auf die globale mittlere Lufttemperatur geringer als 0,05 Grad Celsius.

Zusammenfassend ist der Schluss zu ziehen, dass der vorhandene Datensatz zur Bestimmung der mittleren globalen Lufttemperatur eine verl?ssliche Grundlage zur Absch?tzung des globalen Temperaturtrends an der Erdoberfl?che darstellt.

Unterschiedliche Temperaturentwicklung zwischen Nord- und Südhemisph?re

Seit den 50er Jahren bis Ende der 80er Jahre war die gemessene Erw?rmung auf der Südhemisph?re st?rker als auf der Nordhemisph?re. Diese Beobachtung war zun?chst überraschend, weil die Ozeane, die einen gro?en Teil der Südhemisph?re ausmachen, die Temperaturerh?hung infolge des anthropogenen Treibhauseffektes d?mpfen. Die Ursache für die geringere Erw?rmung der Nordhemisph?re liegt in der kühlenden Wirkung der Sulfataerosole. Sulfataerosole werden in der Atmosph?re aus dem bei der Verbrennung von fossilen Rohstoffen und ⁠Biomasse⁠ emittiertem Schwefeldioxid (SO2) gebildet. Die Hauptquellen für SO2 liegen auf den Kontinenten der Nordhemisph?re. Wegen der kurzen Verweilzeit der Sulfataerosole in der Atmosph?re werden h?here Konzentrationen nur in der N?he des jeweiligen Emissionsortes (also vor allem über den nordhemisph?rischen Industriegebieten) erreicht und damit beschr?nkt sich auch die abkühlende Wirkung der Sulfataerosole auf die Nordhemisph?re.

Seit Ende der 80er Jahre ist jedoch eine st?rkere Erw?rmung der Nordhemisph?re zu beobachten. Das liegt daran, dass sich die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosph?re erh?ht hat, und die Treibhauswirkung jetzt st?rker zum Tragen kommt. M?glicherweise wird aber gleichzeitig durch die starke stratosph?rische Ozonabnahme über der Südhemisph?re, die zu einer Abkühlung der Stratosph?re führt, die Erw?rmung der Südhemisph?re ged?mpft. Nimmt man in den Klimamodellen eine übertragung der stratosph?rischen Abkühlung auf die oberen Schichten der Troposph?re an, so spiegeln die Modellergebnisse die Realit?t besser wider.

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