Dienstag, 29. Dezember 2009

Wieder ein Jahr mehr

Nur ein kurzer Hinweis. Auf Real Climate wurde heute die Zeitreihe um das Jahr 2009 verlängert für den Vergleich von Modellprojektionen und gemessenen Daten. Wie gut stimmen die Modellergebnisse der Modelle, die in den 4. IPCC-Bericht eingingen, mit den globalen Temperaturdaten überein, wie sie beim Goddard Institute for Space Studies GISS zusammengetragen werden? Das Schaubild zeigt es.

Bei Real Climate kann man sich außerdem den Vergleich für den Wärmegehalt der oberen Ozeanschichten anschauen und den Vergleich mit der Modellprojektion von Hansen und seinen Mitarbeitern, die 1988 publiziert wurde und nunmehr über ein Vierteljahrhundert eine Vorhersage darstellt.

Es ist erstaunlich, wie gut schon 1988 die Entwicklung des Klimas dargestellt wurde mit einem Modell, das den heutigen an Komplexität weit unterlegen ist. So langsam kann man auch mit Signifikanz feststellen, daß das alte GISS-Modell von 1988 eine zu hohe Sensitivität von 4,2 Grad Erwärmung je Verdopplung von CO2 zeigte gegenüber einem besseren Fit an die gemessenen Daten von vielleicht 3,5 für die letzten 25 Jahre. Die heutigen Modell zeigen im Mittel eine Sensitivität um 3 Grad. Angesichts der Fehler liegt das alles aber ziemlich nah beieinander. Viel wichtiger ist folgendes: die sogenannten Skeptiker, die von einer viel niedrigeren Klimasensitivität ausgehen, können sich durch die letzten Jahrzehnte nicht bestätigt fühlen. Jemand wie Lindzen beschreibt ein Klima, das nicht das der Erde ist. Und die Leugner, die meinen, es gäbe keinen Treibhauseffekt oder es würde derzeit global kühler, liegen nach wie vor jenseits aller Realität.

Weiteres sollte man sich bei RealClimate anschauen, als Aktualisierung dieses Beitrags. Und zum Thema Prognose und reale Entwicklung empfehle ich gleich noch einen Besuch bei Tamino.

Kommentare:

Ebel hat gesagt…

Darstellung und offene Fragen (Teil 1)

Vielleicht ein eigenes Post dazu und das Nachfolgende vom Kommentar zu einen eignen Post verschieben, ich weiß nicht, wie einen eigenen Post eröffnen.

Ich hatte das schon eingestellt (hier präzisiert) auf
http://blogs.ethz.ch/klimablog/2009/12/21/der-nachste-schritt-innovation-furs-klima/#comments
aber da steht immer noch:

Kommentar von Jochen Ebel. 29.12.2009, 21:00 Ihr Kommentar wird noch überprüft. Sogar die Veröffentlichungsregeln wurden geändert, auf kein Rechtsanspruch zur Veröffentlichung.

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Wie sollen denn Lösungsansätze breit verständlich sein bzw. die Klimaskeptiker verstummen, wenn die offizielle Darstellungen zu sehr vereinfachend sind.

1.) Das fängt an mit den -18°C ohne Treibhauseffekt. Dieser Wert ist ein Maximalwert unter unrealistischen Annahmen:
Die absorbierte Strahlungsmenge entsprechend dem mittleren Albedo ist ja noch eine akzeptable Annahme. Auch die Überall-Annahme eines Emissionskoeffizienten nahezu 1 ist akzeptabel - aber die Annahme einer gleichmäßigen Wärmeabgabe ist weit von der Realität entfernt. Z.B. ist die Wärmeabgabe auf der Tagseite größer als auf der Nachtseite, in der Äquatorregion viel größer als in der Polarregion. Als Folge davon ist zwar die Temperatur in der Äquatorregion höher als die -18°C, aber die Polarregion ist sehr viel viel kälter, so daß insgesamt die Durchschnittstemperatur viel niedriger als -18°C ist. Der Mond ist etwa gleichweit von der Sonne wie die Erde entfernt - aber die Durchschnittstemperatur ist nicht -18°C, sondern ca. -55°C.

2.) Ist Wasserdampf ein Treibhausgas? Unzweifelhaft ist, daß der größte Teil der Gegenstrahlung, der die Erdoberfläche erreicht, vom Wasserdampf stammt. In diesem Sinne ist Wasserdampf ein Treibhausgas. In mittleren Breiten hat die Troposphäre eine Dicke von ca. 11km mit einem Gradienten von ca. 6,5K/m, also ist die Temperaturdifferenz über der Troposphäre ca. 71K.
Nun betrachten wir mal die Verhältnisse, wenn es keinen Wasserdampf gäbe. An Druck und Temperatur der Tropopause wird sich relativ wenig ändern. Aber der Temperaturgradient in der Troposphäre steigt dann von ca. 6,5K/km auf ca. 9,8K/km. Bei 11 km Dicke ist dann die Temperaturdifferenz ca. 108K, also 37K mehr als mit Wasserdampf. Die Oberflächentemperatur wäre dann um diese ca. 37 K höher. In diesem Sinne ist dann Wasserdampf eher ein Anti-Treibhausgas.
Warum ist das so? In der Troposphäre wird der Temperaturgradient hauptsächlich durch die Vertikalzirkulation bestimmt und kaum durch die Strahlungseigenschaften. Erst in der Stratosphäre wird der Temperaturverlauf weitgehend durch die Strahlungsbilanz bestimmt - aber in der Stratosphäre ist nur ganz wenig Wasserdampf. Also ist der strahlungsmäßige Einfluß des Wasserdampfes auf den Temperaturverlauf nur gering.
Etwas modifiziert wird das Ganze noch dadurch, daß ohne Wasserdampf der Durchlässigkeitsbereich der Atmosphäre etwas größer wäre, so daß das Strahlungsgleichgewicht zum Weltraum nicht erst bei 37K mehr eintreten würde, d.h. auch die Tropopause ändert sich etwas.
Zusammenfassend: Hauptteil der Gegenstrahlung und Treibhauswirkung sind nicht synonym.

3.) Wie wären die Temperaturen bei einer Atmosphäre ohne Treibhausgase? Der größte Teil der Atmosphäre wäre bei einer solchen Atmosphäre so warm wie die wärmste Stelle an der Oberfläche (ca. 130°C), aber zwischen der warmen Atmosphäre und der kalten Oberfläche liegt eine Schicht ruhender Luft (Inversionswetterlage), die auf Grund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit die kalte Oberfläche von der warmen Atmosphäre sehr effektiv trennt.

Ebel hat gesagt…

Darstellung und offene Fragen (Teil 2)

4.) Strahlungsantrieb und Mitkopplung. Der Strahlungsantrieb wird definiert als höhere Leistung aus der Stratosphäre bei unveränderter Troposphäre. Das ist schon ein Witz, weil das sowohl einen Temperatursprung in der Tropopause bedeuten würde als auch keine Druckänderung der Tropopause. Dieser Strahlungsantrieb erklärt nicht die beobachteten Temperaturänderungen. Deswegen wird eine Wasserdampfmitkopplung eingeführt, deren Stärke so groß ist, daß beim tatsächlichen Vorliegen eines System mit einer so großen Mitkopplung das System nahe der Instabilitätsgrenze wäre.

5.) Der Übergang Troposphäre/Stratosphäre wird kaum erklärt. In der Stratosphäre wird der Temperaturverlauf durch das Strahlungsgleichgewicht bestimmt. Nach unten nimmt in der Stratosphäre Temperatur und Temperaturgradient zu. Wenn der Temperaturgradient größer wird als der Grenzwert der stabilen Luftschichtung, setzt eine Vertikalzirkulation ein und die Troposphäre beginnt. Damit wird aber der Temperaturverlauf nicht mehr durch die Strahlung bestimmt, sondern durch die Vertikalzirkulation.

6.) Die annähernde Temperaturkonstanz in der Stratosphäre wird oft mit dem Temperaturanstieg der Ozonspitze erklärt – hat aber damit praktisch nichts zu tun. Dazu ist die Teilchenzahl in der Ozonspitze viel zu klein, wenn auch ein kleiner Einfluß bleibt.

7.) Die Gegenstrahlung wird oft als Folge der Absorption dargestellt, hat damit aber fast gar nichts zu tun. Die Strahlung ist hauptsächlich die ganz gewöhnliche Strahlung eines warmen Körpers. Lediglich der Energieverlust durch die Emission wird durch Absorption und Konvektion gedeckt.

8.) Die Gegenstrahlung gibt es nicht separat. Dort, wo es eine Gegenstrahlung von kalt nach warm gibt, gibt es untrennbar eine stärkere Hinstrahlung von warm nach kalt. Diese Trennung der Nettostrahlung in starke Hinstrahlung und schwache Gegenstrahlung gab es zu Clausius Zeiten noch nicht – deswegen ist eine separate Anwendung von Clausisius Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik auf die Gegenstrahlung allein nur ein Zeichen, daß derjenige, der das macht, den II. HS der TD nicht verstanden hat.

9.) Die MSU-Messung zur Temperaturbestimmung wird immer mit einer Gewichtsfunktion dargestellt. Das funktioniert aber nicht bei der MSU-Messung, da im Mikrowellenbereich in der Strahlungstransportgleichung nicht die Quellfunktion, sondern die Absorption temperaturabhängig ist (und beide zusammen von der temperaturabhängigen internen Partitionssumme abhängen). Das Verhältnis des Grundzustandes zum angeregten Zustand wird durch Boltzmann bestimmt. Bei den niedrigen Frequenzen der MSU-Messung ist das Verhältnis fast 1:1, d.h. die Dichte der angeregten Zustände ist fast temperaturunabhängig, die Gesamtabsorption als Differenz von eigentlicher Absorption und stimulierter Emission ist nur von der Abweichung des 1:1-Verhältnisses bestimmt. Genau 1:1 wäre keine Absorption und nur spontane Emission.

10.) Die Höhe des Gesamttreibhauseffektes setzt sich zusammen aus dem eigentlichen Treibhauseffekt und der Albedoänderung infolge der Wolkenänderung. Damit wird z.B. ein Sensitivitätsbereich bei S. Rahmstorf, H.J. Schellnhuber „Der Klimawandel“ (S. 43) von 1,5K – 4,5K genannt. Diese Albedoänderung wird noch durch Modellrechnungen untersucht, hat aber noch keine prinzipielle theoretische Grundlage – z.B. Entropiemaximierung. Daran hat sich Miskolczi mit der optischen Dicke der Atmosphäre versucht. Aber Miskolczi eigentlicher Fehler, seine Verwendung einer konstanten optischen Dicke als gewichteter Mittelwert mit der Planckfunktion bei Oberflächentemperatur als Gewichtsfunktion wird kaum genannt. Mit seinen 5 Stellen wird eine unzutreffende Genauigkeit vorgetäuscht, denn warum soll die Oberflächentemperatur gerade die richtige Gewichtsfunktion sein? Mit seinem Fehler kommt er auf eine Sensitivität von 0,26K.
http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=232818

Mit freundlichen Grüßen