Wärmeinseleffekt - Einführung

Mal nichts Neues, sondern eine ganz alte Frage, die aber immer wieder kommt: Woher wissen wir, daß der globale Temperaturanstieg kein Wärmeinseleffekt (englisch: UHI für urban heat island) ist?

Der Wärmeinseleffekt ist die im Mittel höhere Temperatur in einer Stadt gegenüber dem Umland. Der Effekt hat mehrere Ursachen: versiegelte, bebaute und betonierte Flächen heizen sich bei Sonneneinstrahlung stärker auf, weil hier weniger Wasser verdunstet werden kann. Unter Umständen ist auch die Albedo geringer und daher die Strahlungsabsorption höher. Im Winter führt die Beheizung der Gebäude zusätzlich zu einer Erwärmung der Umgebung. Aber auch im Sommer wirken Beleuchtung, Verkehr und anderer Energieverbrauch (z.B. auch durch Klima- und Kühlanlagen) als zusätzliche Wärmequellen. Messfahrten in Städte hinein belegen Temperaturunterschiede von mehreren Grad Celsius.

Meteorologische Messstationen für die Temperatur können im Laufe der Zeit von sich ausdehnender Wohnbebauung umschlossen werden. Das führt dazu, dass im Laufe der Zeit die mittleren gemessenen Temperaturen an den Stationen einen ansteigenden Trend haben. Diesen Trend muß man erkennen und aus der Zeitreihe entfernen, wenn man sie benutzen will, um globale Klimatrends zu identifizieren. Hier sind verschiedene Maßnahmen möglich. Zum einen der Vergleich mit Temperaturentwicklungen nahe liegender Stationen außerhalb von Siedlungsgebieten, um den Wärmeinseleffekt zu beziffern und eine Korrekturfunktion zu bestimmen. Zum anderen die Verlegung der Station außerhalb des Siedlungsgebietes. Schließlich, wenn die Station sehr plötzlich eine Umgebungsänderung erfährt und dadurch ein Sprung in der Temperaturzeitreihe auftritt, Korrektur dieses Sprungs (der Inhomogenität) direkt an der Zeitreihe.

Da all dies schon seit dem frühen 20. Jahrhundert Meteorologen bekannt ist und eine entsprechende Pflege der Stationszeitreihen betrieben wird, ist es etwas verwunderlich, dass der Vorwurf von manchen erhoben wird, es sei trotzdem ein Wärmeinseleffekt in den globalen Temperaturzeitreihen versteckt. Was kann man da tun?

Was man nicht tun kann, ist das, was in einigen Blogs betrieben wird: Fotos von Stationen zu sammeln, die mehr oder weniger schlecht plaziert sind und deshalb der oben genannten Korrekturen an den Zeitreihen bedürfen. Auf diese Weise gelingt nämlich nicht der Nachweis, ob solche Stationen nach den durchgeführten Korrekturen etwas an der globalen Temperaturzeitreihe ändern.

Man kann natürlich die Temperaturzeitreihen auf einen Wärmeinseleffekt untersuchen. Dazu hilft es, Tage mit starkem und schwachem Wind zu trennen. Ist der Wind stark, kann sich die städtische Umgebung gegenüber dem Umland nicht so stark aufheizen. Die Luft an der Meßstation ist viel repräsentativer für das nicht-städtische Umland. Solche Vergleiche wurden durchgeführt und festgestellt, daß beobachtete Erwärmungstrends davon nicht beeinflußt wurden: kein Wärmeinseleffekt.

Was man auch tun kann, ist einen Vergleich mit solchen Größen durchzuführen, die sicher nicht vom Wärmeinseleffekt betroffen sind. Die Oberflächentemperatur der Meere ist ganz sicher nicht vom Wärmeinseleffekt betroffen. Und tatsächlich sieht man die globale Erwärmung auch auf den Meeren. Der Wermutstropfen dabei ist aber, daß die Meere sich langsamer erwärmen werden als das Land, weil hier ständig eine Wärmeaufnahme durch tiefere Meeresschichten erfolgen kann. Es wird also erwartet, daß der Erwärmungstrend der Meere dem Land ein wenig hinterherhinkt und das sieht man auch. Skeptiker könnten einwenden: naja, zumindest ein bisschen UHI-Effekt ist vielleicht doch da.

Als nächstes kann man Satellitenmessungen der globalen Temperatur betrachten, weil hier die gesamte Erdoberfläche gleichberechtigt eingeht. Es gibt allerdings drei Mankos: die Satellitenmessungen erfassen nicht die Pole. Das gibt den Tropen ein etwas höheres Gewicht. Da wir wissen, daß die Temperatur durch den Treibhauseffekt in der Arktis stärker steigen sollte, als in den Tropen, sollten Satellitenmessungen die globale Erwärmung möglicherweise unterschätzen. Das zweite Manko ist, daß die Satelliten nicht genau die Temperatur 2 Meter über dem Boden erfassen, wie es Standard bei den Messstationen ist. Die Satellitentemperatur ist die mittlere Temperatur einer größeren Schicht, die gerade aufgelöst werden kann, im Fall gängiger Produkte wie RSS und UAH nimmt man hier die unteren 10 km mit dem Schwergewicht auf den unteren 4 km. Das dritte Manko ist, daß die Satelliten gar nicht die Temperaturen messen. Sie messen die Infrarotstrahlung bei bestimmten Wellenlängen. Auf der Erde werden diese Daten mit der erwarteten Strahlungsstärke nach dem Planckschen Strahlungsgesetz unter Berücksichtigung einer Reihe von Korrekturen abgeglichen, etwa für Störeinflüsse, z.B. Wolken, Staub, Inhomogenitäten in der Luft. Es werden unterschiedliche Sichtwinkel einbezogen, um verschiedene Höhenschichten aufzulösen und so schließlich aus den Satellitendaten mit Hilfe eines Modells die Temperaturen berechnet. Es ist ein schwieriges Geschäft und als man damit anfing, hat man erstmal lernen müssen, mit diesen Daten umzugehen. Der Höhenverlust der Satelliten durch Reibung mit Ausläufern der Atmosphäre führt dabei zu weiteren Fehlern, die auch wieder korrigiert werden müssen. Das war vor allem in den Daten der University of Alabama in Huntsville (UAH) ein länger andauerndes Problem. Alles in allem zeigen die Satellitendaten jedoch die gleiche globale Erwärmung wie die Bodendaten.

Ein weiterer Vergleich kann mit Größen erfolgen, die die Temperaturentwicklung eines größeren Zeitraums aufaddieren. Das ist die Entwicklung der Gletscher und des Polareises. Auch hier gibt es Mankos. Gletscher sind auch abhängig von der Niederschlagsentwicklung. Mehr Niederschläge führen zu mehr Eis auf den Gletschern, die dadurch unabhängig von der Temperaturentwicklung wachsen könnten. Beim Polareis ist das Manko, daß es nur ein regionaler Indikator ist, eben für den polaren Bereich. Nun sagen die Modelle voraus, daß die Temperaturen im Klimawandel zunächst in der Arktis anwachsen werden, die Antarktis hingegen zunächst keinen Temperaturzuwachs zeigen soll. Man muß sich also auf die Arktis konzentrieren – global gesehen ein kleines Gebiet, das sehr begrenzt etwas über globale Temperaturen aussagt.

Das Ergebnis der Vergleiche ist nichtsdestotrotz:

• Die Gletscher weichen im Schnitt seit Jahrzehnten global zurück, die globale Temperatur steigt im Mittel langfristig an.


• Die Meereisbedeckung in der Arktis geht, so lange eine Beobachtung durch Satelliten erfolgt, stetig zurück.
  

Das ist kein Beweis dafür, daß der Wärmeinseleffekt zu 100% korrekt aus den Temperaturdaten herausgefiltert wurde. Aber es ist ein Beweis dafür, daß der Wärmeinseleffekt die beobachtete globale Erwärmung nicht erklären kann und im Vergleich zum Trend sehr klein sein muß. In einem Folgebeitrag möchte ich Beispiele für Untersuchungen zum Wärmeinseleffekt vorstellen.