Verstärken Änderungen beim arktischen Seeeis den Klimawandel?

Leider ist dieser Beitrag 2 Wochen liegen geblieben, aber dafür konnte ich noch einige Ergänzungen machen.

2007 erreichte die Seeeisbedeckung im arktischen Meer einen für Fachleute überraschendes Rekordminimum. (Siehe z.B. hier.) Im folgenden Winter froren zwar erwartungsgemäß weite Teil des arktischen Meeres wieder zu, aber es wäre absurd, daraus abzuleiten, daß die Rekordschmelze damit nur ein vorübergehendes Ereignis gewesen wäre. Das verhältnismäßig dünne, nur einjährige Eis, das sich gebildet hatte, wird in diesem Sommer wesentlich leichter schmelzen als das mehrjährige dickere Eis, das dort vorher war. Nur eine Reihe besonders kalter arktischer Winter in Folge könnte den ursprünglichen Zustand des nordpolaren Eises wieder herstellen. Zu den Erwartungen für 2008 siehe z.B. hier, bzw. (da zitiert) hier. Das Bild zeigt den langfristigen Trend der Eisbedeckung in der Arktis:











Den aktuellen Trend kann man hier nachsehen, Quelle ist das National Snow and Ice Data Center. Das Bild hier wiederum zeigt den hohen Anteil besonders dünnen, nur einjährigen Eises.

Eine Untersuchung der Eisschmelze von 2007 ergab, daß sie zwar auf besondere Witterungsverhältnisse zurückzuführen war. Eine Hochdruckzone ab Juni 2007 über gut 3 Monate hinweg mit wolkenarmen Bedingungen sorgte für eine besonders intensive Eisschmelze. Solche Verhältnisse bestanden aber auch schon 1977 und 1987. 2007 hatte aber die anhaltende globale Erwärmung das polare Eis so ausgedünnt, daß nun im Gegensatz zu früher weite Bereiche der arktischen Gewässer eisfrei wurden. Eine Übersicht dazu hat John Cook zusammengetragen.

Mit einer Wiederherstellung langjähriger Eisschichten ist nicht zu rechnen. Das liegt nicht nur daran, daß der Trend einer globalen Erwärmung in den Temperaturdaten intakt ist und vielleicht schon der nächste El Nino globale Temperaturen herbeiführen kann, die die maximalen Temperaturmittel in 1998 und 2005 erreichen oder übersteigen könnten. Das liegt auch daran, daß die globale Erwärmung sich selbst verstärken kann. Und nirgendwo sieht man es besser als im arktischen Raum.

Die bekannteste Rückkopplung ist der Albedoeffekt. Schnee und Eis reflektieren sichtbares Licht besonders gut, sogar besser als Wasser (wo nur bei ruhigem Wasser bei einem bestimmten Eintrittswinkel Totalreflektion des Lichtes erfolgt). Ein Abschmelzen des Eises in der Arktis bedeutet daher, daß diese Region sich stärker aufheizen kann. Dieser Effekt wird noch verstärkt dadurch, daß offenes Wasser in der Arktis einen weiteren Effekt hat. Das Wasser unter einer Eisdecke ist erheblich wärmer als das benachbarte Land, das auf Temperaturen unter -10, -20, sogar -40 Grad Celsius auskühlen kann – im Tagesmittel. Fällt die isolierende Eisdecke weg, kann die Wärme aus dem Wasser in die benachbarte Luft und weiter auf das benachbarte Land transportiert werden. Das kann vor allem über den Transport latenter Wärme geschehen. Das relativ wärmere Wasser (nahe dem Gefrierpunkt) verdunstet und entzieht dabei dem Meer etwas Wärme. Diese Feuchte kondensiert wieder an Land und erwärmt dort den Boden. Die Schneedecke an Land taut schneller auf oder wird später gebildet. Das Land heizt sich über den oben erläuterten Albedoeffekt weiter auf. Am Ende kann das dazu führen, das Bodenschichten auftauen, in denen bisher Permafrost herrschte, wo also selbst im Sommer die Erde gefroren blieb.

Das hat aber einen weiteren Rückkopplungseffekt zur Folge. Im Permafrostboden sind organische Stoffe gebunden. Taut der Boden auf, werden diese zersetzt. Dabei werden gasförmige Abbauprodukte gebildet, wie CO2 und vor allem Methan. Methan aber ist ein Gas, das einen stärkeren Treibhauseffekt hat als CO2. Kurzfristig ist der Effekt einen Faktor 75 stärker. Berücksichtigt man den Abbau von Methan über 100 Jahre, ist es immer noch 25mal wirksamer als CO2. Die globale Erwärmung fördert also so den zusätzlichen Eintrag von Treibhausgasen.

Diesen Zusammenhang erläutert Tamino sehr ausführlich. Dabei bezieht er sich unter anderem auf einen Artikel von Lawrence et al. in den Geophysical Research Letters (im Link ist eine Inhaltsangabe dazu): Accelerated Arctic land warming and permafrost degradation during rapid sea ice loss. Der Verlust des Seeeises in der Arktis könnte die Erwärmung dort dreimal so schnell ablaufen lassen. Dabei könnten 1 - 4 Gigatonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre pro Jahr abgegeben werden. Das ist bis zu der Hälfte des von Menschen jährlich erzeugten CO2.

Daß dieses geschehen wird, war eigentlich nie bezweifelt worden. Was wirklich erschreckend ist, ist die Schnelligkeit, mit der das Seeeis verschwindet, die Arktis wärmer wird und schließlich das Auftauen des Permafrostbodens zu erwarten ist. Vor wenigen Jahren ging man von einem jahreszeitlich eisfreien Polarmeer erst nach 2030 aus. Nun müssen wir dies aber schon in den nächsten Jahren erwarten. Entsprechend werden auch die Rückkopplungseffekte, der Albedoeffekt und das Auftauen des Permafrostbodens vorverlegt. Das macht Maßnahmen zur Reduktion der CO2-Emissionen noch weitaus dringlicher als man bisher geglaubt hatte. Zu diesen Zusammenhängen gibt es weitere Ausführungen hier und in den dort verlinkten Artikeln.

Wie zuverlässig sind die Temperaturdaten von den Ozeanen?

Ich muß etwas vorausschicken, weil ich nicht erwarten kann, daß jeder Leser den gleichen Hintergrund mitbringt. Wenn mit Modelle Projektionen gemacht werden, was die Einbringung der Treibhausgase in die Atmosphäre in der Zukunft wohl bewirken wird, dann ist es von Interesse zu schauen, inwieweit die Reaktionen der Erde mit den Modellergebnissen übereinstimmen. Dazu braucht man Temperaturmessungen als Fieberkurve der Erde. Das große Problem dabei ist, daß eine Temperaturmessung nur für den Ort repräsentativ ist, an dem sie gemacht wird, und auch nur, wenn die Messung sehr, sehr gut gemacht wird. Man braucht nur an einem warmen Sommertag aus einer schattigen Allee auf einen asphaltierten Parkplatz hinauszutreten, und kann am eigenen Leib erleben, was wenige Meter bereits an Temperaturunterschied ausmachen können. Kann man die Temperatur der Erde aus einem Temperaturmeßnetz auf einen Zehntelgrad genau bestimmen. Nein, keine Chance. Deshalb macht man es auch nicht. Was man macht, ist die Temperaturanomalie zu bestimmen. Das ist die Abweichung der Temperatur von dem Mittelwert für irgendeinen Bezugszeitraum, z.B. für einen 30-Jahreszeitraum wie 1961-1990. Diese Anomalien (wobei der Begriff nicht sagen soll, daß hier irgendetwas anormal wäre, sondern nur, daß man sich nur die Abweichung von einem willkürlichen Bezugspunkt anschaut) sind für wesentlich größere Gebiete repräsentativ. Sie können nahezu gleich sein in der schattigen Allee und auf dem sonnendurchfluteten Parkplatz wie auch auf einem nahegelegenen Höhenzug, weil man die besonderen Temperaturprofile der jeweiligen Meßstellen bereits mit dem Mittelwert für den Bezugszeitraum herausgenommen hat. Dabei gehe ich mal über die Tatsache hinweg, daß alle diese Überlegungen erst so richtig greifen, wenn man sich Jahresmittelwerte vornimmt. Die Anomalien können an Meßorten mit verschiedenen Charakteristiken immer noch gewisse Unterschiede im Tages- und vielleicht sogar Jahresgang zeigen

Während wir also die Temperatur der Erde nur sehr ungefähr abschätzen können, können wir die Temperaturanomalie der Erde recht genau bestimmen. Deshalb wird von Klimatologen durchweg mit diesen Anomalien gearbeitet, so lange es nicht ganz spezifisch um die Temperatur an einem ganz bestimmten Ort geht.

Nun sind mehr als 2/3 der Erde von Ozeanen bedeckt. Auf den Ozeanen gibt es aber keine Meßstationen wie an Land. Das braucht man auch nicht. Da die Luft über den Meeren mehr oder weniger die Temperatur des Wassers annimmt, über die sie zieht, braucht man nur die Wassertemperatur zu nehmen, um etwas über die Lufttemperatur auszusagen. Auch hier nimmt man Anomalien der Wassertemperatur und entledigt sich so elegant des Unterschieds zwischen Luft- und Wassertemperatur. Die Wassertemperatur erhalten wir in der Regel aus Schiffsmessungen, in neuerer Zeit auch zunehmend aus Bojen. Die traditionelle Schiffsmessung sieht so aus, daß man zu bestimmten Zeit einen Eimer Wasser mit einigem Geschick aus dem Schiff ins Meerwasser wirft, dort 1 Meter unter die Oberfläche bringt und dann möglichst schnell diesen Eimer wieder an Bord holt, um die Temperatur des Wassers zu messen. Die ganze Zeit, die man, manchmal bei starkem Wind und Seegang, damit beschäftigt ist, den Eimer wieder einzuholen, auf Deck zu stellen und die Temperatur zu messen, kann das Wasser im Eimer seine Temperatur ändern. Zum Beispiel, indem Wasser aus dem Eimer verdunstet, was das Wasser ziemlich effizient kühlt. Ziemlich effizient ist hier relativ zu verstehen – wenn das Wasser um einige Zehntelgrad abkühlt, hat man bereits einen Fehler, der bei der Betrachtung der Anomalien ganz gewaltig ist. Weil man mit solchen Messungen viel Erfahrung hat, weiß man allerdings auch, wie stark man die Meßreihen hier korrigieren muß, um zu aussagekräftigen globalen Werten zu kommen.

Das Problem ist aber, daß über die vergangenen 100 oder 200 Jahre hinweg die Meßmethode nicht durchweg gleich ausgeführt wurde. Die Anomalien ändern sich, wenn man verschieden große Eimer nimmt und verschieden lange Zeit braucht, sie einzuholen. Sie ändern sich noch mehr, wenn man statt einfacher Holzeimer Behälter aus Leinwand nimmt, bei denen die Temperatur noch stärker sinken kann. Oder isolierte Spezialbehälter mit integrierten Thermometern, bei denen kaum Abkühlung stattfinden kann. Oder wenn die Wassertemperatur im Schiff gemessen wird, wenn dieses Meerwasser zur Kühlung der Maschinen einsaugt. Hier könnte das Schiff selbst das Wasser sogar in der Tendenz noch geringfügig anwärmen, bevor die Messung erfolgt ist. Die Bojen liefern vielleicht die am wenigsten zu korrigierende Temperatur, aber natürlich systematisch etwas geringere Temperaturen als die aus Messungen im Schiffskühlwasser. Alle diese Methoden wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts mehr oder weniger angewendet. Es ist eine Sisyphos-Arbeit, zu jedem Datenpunkt die entsprechende Korrektur für über 100 Jahren an Schiffsmessungen anzubringen, und diese Arbeit wurde tatsächlich noch nicht erledigt.

Korrekturen an den Daten werden daher, wenn überhaupt, eher global vorgenommen. Man weiß, daß im Laufe des 20. Jahrhunderts zunehmend Daten aus dem Schiffskühlwasser gewonnen wurden, daß im Laufe der Zeit der Holzeimer vom Leinwandbehälter und dann von isolierten Behältern abgelöst wurde, daß amerikanische Schiffe schon vor dem Krieg in der Regel Temperaturen aus dem Kühlwasser nahmen, britische hingegen aus Behälterproben. Eine Korrektur müßte also berücksichtigen, wann wo mit welcher Methode bevorzugt gemessen wurde und die Anomalienzeitreihe mit entsprechend gewichteten Zu- und Abschlägen versehen. Obwohl diese Arbeit noch nicht gemacht wurde, läßt eine aktuelle Publikation aus dem Hadley Centre erahnen, wie groß der Effekt vielleicht sein kann und in welche Richtung es wohl geht. Das Hauptproblem ist, daß während des 2. Weltkriegs auf den Meeren amerikanische Schiffe dominierten, während nach 1945 wieder ein erheblicher Anteil von Schiffen unter britischer Flagge fuhr. Wenn beide Flotten aber in der Zeit gerade ausschließlich entweder Temperaturen aus dem eingesaugten Wasser (USA) oder aus Leinwandbehältern (Britannien) nahmen, dann ergibt sich gerade 1945 ein Sprung in der Zeitreihe. Genau dieser wurde nun sichtbar gemacht, indem man andere Effekte aus der Zeitreihe, wie etwa El Nino-Ereignisse, entfernte. Bei RealClimate findet man einen schönen Beitrag dazu, der auch die verschiedenen Meßmethoden kurz anreißt. Atmoz hat sich gleich daran gemacht, was denn in nullter Näherung eine Korrektur der Daten ergeben würde.

Das Resultat ist folgendes: um die Anomalien richtig zu korrigieren, werden vor allem die Daten zwischen 1945 und ca. 1970 verändert werden müssen. Die Korrektur wird 1945 maximal sein und dann in den nächsten 30 Jahren immer geringfügiger zu werden. Ein zusätzliches Problem ist, daß die Bezugsdaten für die Anomalien selbst mit betroffen sein werden, wenn auch nur wenig. Die Anomalien aus den Meeresdaten wird man maximal um 0,3 Grad ab 1946 anheben müssen, vermutlich aber eher deutlich weniger, und dieser Wert wird dann auf praktisch Null bis 1970 oder 1975 absinken, als fast alle Schiffe die Wassertemperatur aus eingesaugtem Meerwasser bestimmten. Der Effekt ist, daß der geringfügige Temperaturabfall von ca. 1940 bis ca. 1970 deutlich gleichmäßiger erfolgt. Nimmt man die Landdaten hinzu, wird dieser Effekt noch mal auf maximal 0,2 Grad gedämpft, weil die Landdaten diesen Kalibriereffekt nicht haben.

Man kann sich bei The Independent anschauen, welchen Effekt die Korrektur auf die globalen Temperaturanomalien haben wird.

Oder man schaut sich die folgenden Zeitreihen des Hadley-Centres an.

Die rote Kurve gibt die Messungen an Land an, die grüne Messungen der Lufttemperatur über den Meeren in der Nacht. Beide Kurven liegen nahe beieinander, gehen dann aber im Zuge der globalen Erwärmung auseinander, weil sich das Land schneller erwärmt. Die hohe Wärmekapazität macht die Meere gegenüber dem Klimawandel träge. Die blaue Kurve zeigt die Wassertemperatur der Ozeane. Sie läuft meistens in etwa genauso wie die grüne Kurve. Jedoch gerade um 1945 bis 1955 laufen diese beiden Kurven besonders weit auseinander. Hier sieht man deutlich, daß die Wassertemperaturen einen systematischen Fehler enthalten, weil hier ab 1945 verstärkt Daten von britischen Schiffen vorlagen, die mit Leinwandbehältern die Temperaturen bestimmt hatten. Man sieht damit auch, daß schon 1955 der Effekt geringfügig wird und danach im übrigen Fehler verschwindet. Am Trend der globalen Erwärmung der letzten 30 Jahre und auch 50 Jahre ändert sich praktisch nichts. Dies analysiert unter anderem James Annan näher. Ein Ergebnis der Korrektur wäre, daß die globalen Modelle und die Messungen im Zeitraum um 1945 näher zusammenrücken, da die Modelle den raschen Temperaturabfall ab ca. 1945 bis ca. 1955 nie hatten gut nachbilden können.

Klimawandelleugner und christlicher Fundamentalismus

Die meisten Leugner des menschengemachten Klimawandels fallen dadurch auf, daß sie fachfremd sind, oft überhaupt keinen Zugang zu Naturwissenschaften haben oder zumindest über keine wissenschaftliche Erfahrung verfügen. Man kann dann leicht nachvollziehen, daß solche Menschen leicht Opfer von Mißverständnissen über den wissenschaftlichen Kenntnisstand werden. Wenn ihre politische Überzeugung die ist, daß der Mensch seiner Umwelt durch seine Lebensweise nicht entscheidend schaden kann, dann werden sie selektiv Informationen so sammeln, daß dabei herauskommt, daß kein Klimawandel geschieht oder er nur natürlichen Ursprungs sein kann.

Es gibt aber einige wenige Fälle, in denen solche Erklärungsmuster nicht greifen. Dazu gehören Richard Lindzen, Roy Spencer und John Christy. Bei diesen Männern handelt es sich um Meteorologen, die wissenschaftlich arbeiten (und Publikationen in Fachzeitschriften vorweisen können) und dies auf relevanten Gebieten zur Klimatologie. Richard Lindzen ist bekannt geworden dafür, daß er den Iris-Effekt formuliert hat. Danach sollten bei einer globalen Erwärmung bevorzugt hohe Wolken (Cirrus) verschwinden, die die Abkühlung der Erde durch Abstrahlung in den Weltraum blockieren. Das würde der globalen Erwärmung entgegenwirken, so wie die Iris des Auges sich bei höherer Strahlung zusammenzieht und die Netzhaut schützt. Dieser Effekt konnte nie bewiesen werden und gilt als widerlegt. John Christy und Roy Spencer wiederum sind dadurch bekannt geworden, daß sie Satellitenmessungen zur Bestimmung der Temperatur in der Atmosphäre nutzten. Diese Arbeit wurde wiederholt ausgezeichnet. Christy und Spencer behaupten jedoch auch, daß die globale Erwärmung nicht wesentlich menschengemacht sei und insbesondere nicht zu erwarten sei, daß die globale Erwärmung in Zukunft anhalten würde. Bei allen drei Wissenschaftlern fällt auf, daß sie sich in ihren wissenschaftlichen Publikationen nicht so äußern, wie in ihren Veröffentlichungen und Interviews für die Massenmedien und im Internet. Für die Öffentlichkeit nehmen sie klar Position für die Leugnung des menschengemachten Klimawandels und in Gegnerschaft zum IPCC – bei dem Lindzen und Christy zu anderer Zeit mitgearbeitet hatten.

Die Satellitenmessungen, die Christy und Spencer als UAH-Messungen veröffentlichen, waren einige Zeit lang von Leugnern als Beweis angesehen worden, daß die Bodenmessungen die z.B. von GISS oder Hadley Centre Climate Research Unit (HadCru3t-Temperaturdaten) ausgewertet und veröffentlicht werden, falsch oder gar gefälscht sein müssen. Z.B. wird der Wärmeinseleffekt der Städte angeführt. Durch zunehmende Bebauung wird es rund um die Temperaturmeßstellen im Laufe der Jahre wärmer. Dieser Effekt wird aus den Temperaturmessungen herausgerechnet. Nach Meinung von Gegnern jedoch nicht ausreichend, oder wenn sie keine Ahnung haben, behaupten sie, es geschähe gar nicht. Der Grund dafür, daß die Satellitenmessungen von den Bodenmessungen abwichen, ließ sich jedoch auf Fehler in der Interpretation der Satellitenmessung und die Kürze der Zeitreihe zurückführen. Unter anderem verlieren Satelliten im Laufe der Zeit an Höhe. Dies hat Einfluß auf die Temperaturmessungen – die Erde scheint kühler zu werden, wenn man diesen Effekt nicht berücksichtigt. Inzwischen stimmt der Erwärmungstrend in der UAH-Zeitreihe mit dem in den Zeitreihen der Bodenmessungen überein. Damit wird zugleich gezeigt, daß die Bodendaten im Vergleichszeitraum nicht vom Wärmeinseleffekt betroffen sein können.

Obwohl Christy, Spencer und Lindzen in ihren Hauptargumenten widerlegt wurden – die globale Erwärmung ist real, und auch Wolkeneffekte werden nach allem, was wir wissen, eher nicht in der Lage sein, die globale Erwärmung zu stoppen – bleiben sie doch dabei, daß die Schlußfolgerungen des IPCC falsch seien. Lindzen zumindest verbreitet sogar Verschwörungstheorien, daß wissenschaftliche Arbeiten, die belegen, daß es keine menschengemachte globale Erwärmung gibt oder geben wird, aktiv unterdrückt würden.

Es wird dann oft der Verdacht geäußert, die Finanzierung durch die Ölindustrie würde dafür sorgen, daß diese Wissenschaftler gegen besseres eigenes Wissen den IPCC-Berichten in der Öffentlichkeit widersprechen. Als Begründung werden dann bei Lindzen Beraterverträge für Lobby-Institutionen herangezogen und allgemein Beziehungen zu dem Heartland-Institut oder dem George C. Marshall-Institut, bekannten Lobby-Organisationen, die auch Zuwendungen aus der Kohle- und Ölindustrie erhalten. Ich denke aber eher, daß es umgekehrt die bekannten Ansichten dieser Wissenschaftler sind, die sie dann in der Folge auch interessant machen für Lobby-Institutionen, die dem Klimawandel widersprechen wollen. Die Zuarbeit zum Heartland-Institut oder zu SEPP (von Fred Singer) ist dann nicht Ursache, sondern Folge der Ansichten der Wissenschaftler.

Im Fall von Christy und Spencer findet man ganz andere Zusammenhänge. Beide Wissenschaftler sind zugleich bekennende Anhänger einer fundamentalistischen christlichen Strömung, den Southern Baptists. Spencer vertritt zugleich den „Intelligent Design“-Ansatz, nach dem die Welt nicht auf Basis von Naturgesetzen entsteht und sich wandelt, sondern ein Gott alles regelt, wie z.B. die Evolution. Dahinter steht dann auch ein stark anthropisches Prinzip, auf deutsch: die Welt ist so wie sie ist, weil nur in einer solchen Welt Menschen leben können. Wäre die Welt anders aufgebaut, daß sie etwa durch äußeren Anstoß erheblich andere Lebensverhältnisse einstellen könnte, in denen sie kein guter Lebensort für Menschen wäre, dann wäre früher oder später auch wirklich so ein Ereignis eingetreten und es gäbe heute keine Menschen mehr auf der Erde. Weil es also jetzt Menschen gibt, muß die Erde von sich aus sich ständig auf gute Lebensverhältnisse für die Menschen einstellen, selbst wenn sie gestört wird. Egal ob es sich dabei um geänderte Sonneneinstrahlung, um eine Reihe von großen Vulkanausbrüchen oder eben um die Emission von Treibhausgasen durch die Menschen handelt. Der Iris-Effekt ist dabei ein typisches Beispiel für so einen stabilisierenden Effekt, der die Welt für menschliche Besiedlung stabil hält. Logischerweise sind christliche Fundamentalisten automatisch auch Anhänger des anthropischen Prinzips. Menschen können Gottes Schöpfung nicht zerstören, die menschengemachte Klimaänderung ist daher nicht möglich. Das gilt genauso übrigens für gläubige Muslime. Aber selbst, wenn man nicht religiöser Fundamentalist ist, kann man trotzdem auf Basis des anthropischen Prinzips die Erde für immun gegen einen anthropogenen Klimawandel halten. Ich denke daher, daß der Glaube an ein anthropisches Prinzip, und zwar meistens aufgrund einer fundamental christlichen Einstellung, der Grund dafür ist, daß Menschen, die es aufgrund ihrer Bildung und Arbeit besser wissen müßten, den menschengemachten Klimawandel als Problem leugnen.

Diese Einstellung hat aber einen logischen Fehler. Menschen gibt es im engeren Sinne kaum 200.000 Jahre auf der Erde. Alle Änderungen, die die Erde davor durchmachte, sind mögliche Zustände der Erde. Und nicht alle waren geeignet für eine menschliche Besiedlung. Temperaturänderungen von mehreren Grad in beide Richtungen hat die Erde durchgemacht, zuletzt die Eiszeiten. Treibhausgase sind nur eine weitere Größe, die die Temperatur der Erde beeinflußt, und es ist die Größe, die der Mensch kontrolliert. Daß es jetzt Menschen gibt, beweist nicht, daß das anthropische Prinzip gültig ist. Es beweist noch weniger, daß die Welt von sich aus einen Zustand beibehält, in dem Milliarden Menschen mit hohem Ressourcenverbrauch dauerhaft auf der Erde leben. Alle wissenschaftliche Erkenntnis deutet aber klar darauf hin, daß die Welt unbewohnbar werden würde, wenn zukünftig 10 Milliarden Menschen nach westlichem Standard leben wollten. Der Klimawandel ist dabei nur ein Punkt.

Klimawandel und sein I-Effekt: warum ist es für viele kein Thema?

In den Medien gibt es den I-Effekt als Gradmesser, welche Nachrichten Menschen eigentlich interessieren. Die Wichtigkeit dessen, was wahrgenommen wird, wird dabei nicht nach irgendwelchen objektiven Kriterien festgelegt, sondern nach dem Grad, mit dem man sich persönlich mit der Meldung identifizieren kann. Womit kann man sich persönlich identifizieren? Eher mit der Frage, ob es vor dem eigenen Haus ein Tempolimit gibt als mit internationaler Geopolitik. Eher damit, was die Merkel mit ihrer Frisur macht als mit ihrer Richtlinienkompetenz. Eher mit den Eskapaden der Amy Winehouse als mit Statistiken über Drogenprobleme. Hier in diesem Blog wird darauf hingewiesen, daß im Februar 2007 der Tod der Anna Nicole Smith in den USA zehnmal mehr Medienberichterstattung fand als die Vorstellung des Vierten Begutachtungsberichts des IPCC in Paris. Mit der Geschichte von Smith kann jeder was anfangen, sie gehört als Prominente zur erweiterten Familie, über die einen jeder Klatsch interessiert. Der Klimawandel ist irgendwas fernes, was irgendwelche Wissenschaftler und Politiker regeln sollen, und was hoffentlich nicht zu Steuererhöhungen führt.

Das Problem bei dem Thema Klimawandel ist, daß es in der Berichterstattung als ein OPP herüberkommt (OPP = other people problem). In den nächsten Jahrzehnten ist die Klimaentwicklung durch die erfolgten Emissionen der Treibhausgase und unsere gegenwärtige Verbrauchsstruktur weitgehend festgelegt. Egal was wir unternehmen, Auswirkungen dazu werden wir erst in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts wahrnehmen. Da denken sich dann viele „Dann sind wir tot.“ Der I-Effekt wird damit beliebig klein, allenfalls rücken die Kinder und Enkel dann ins Blickfeld – falls vorhanden. Es ist auch insofern ein OPP, als die Auswirkungen des Klimawandels uns vielleicht weniger hart treffen als andere Länder und hier auch besser abgefedert werden können. Man denke an die Erhöhung des Meeresspiegels. Wir machen ein weiteres Deichbauprogramm, in Bangladesh geht das Land unter, weil man dort gar nicht das Geld für solche Maßnahmen hat.

Wir haben also ein OPP, aber bezahlen und unsere Lebensweise ändern, sollen wir. Der hohe I-Effekt kommt also nicht durch die wahrgenommenen Klimawandelfolgen zustande, sondern über sehr unangenehme Sachen: höhere Preise, mehr Abgaben, Verbote. Kann es einen da noch wundern, daß sich da eine Szene entwickelt hat, die mit fast religiösem Eifer predigt, es könne keine menschengemachten Klimawandel geben, weil nicht sein kann, was nicht sein darf?

Wie kommt man da herum? Indem man den I-Effekt herstellt. Der erste Schritt ist der, daß man Menschen ermöglicht, den Klimawandel in persönliche Erfahrungen zu übersetzen. Daher kommt zum Beispiel die Rolle solcher Katastrophenfilme wie The Day After Tomorrow. Obwohl aus physikalischer Sicht der Film humoristisch wirkt, weil die dort geschilderten Ereignisse in der von Hollywood geforderten dramatischen Geschwindigkeit gar nicht ablaufen könnten, ist er für manche Menschen die Möglichkeit, spröde Darstellungen der Klimaforscher in persönliche Bilder von Verlust und Flucht umzusetzen. In die gleiche Kerbe schlagen Bilder von verstorbenen Eisbären, obwohl auch hier die Wahrheit weitaus komplizierter ist. Diese Art, Klimawandel mit einem hohen I-Effekt zu versehen, ist aber im hohen Grade angreifbar, weil es davon lebt, daß man die Wahrheit vergröbert oder sogar beiseite läßt, nur um den Punkt zu machen.

Die zweite Möglichkeit ist es, gar nicht so sehr über den Klimawandel zu reden, sondern über direktere Folgen unseres Energieverbrauchs. Die hohen Benzinpreise z.B. sind eine direkte Folge davon, daß die Welt mehr Öl verbrennt, als sie auf Dauer bereitstellen kann. Je früher man aus dem Verbrennen von Öl aussteigt, desto schneller macht man sich frei von den Folgen solcher Preisschocks. Man kann auch über den Zustand unserer Weltmeere reden, die durch unsere CO2-Emissionen langsam sauer werden. Da droht uns ein Zusammenbruch bestimmter Arten kleiner Meereslebewesen mit Kalkschalen, die im sauren Milieu nicht mehr wachsen können. Die fehlen in der Nahrungskette und plötzlich werden viele Arten von Meerfisch zu unbezahlbaren Delikatessen. Helfen könnten hier auch die lange Reihe von Daten darüber, wie sich weltweit Vegetationszeiten, Lebensräume oder Wasserverfügbarkeit aufgrund des Klimawandels bereits verändert haben. Es gibt dazu einen Artikel in Nature, über den z.B. hier Joseph Romm berichtet.

Wir müssen uns aber immer im klaren darüber sein, daß es in der Natur des Klimawandels liegt, daß wir hier von Veränderungen sprechen, die über lange Zeiträume erfolgen. Was wir machen, entscheidet darüber, wie unsere Kinder und Enkel leben. Es ist ein OPP. Den I-Effekt können wir erst dann steigern, wenn wir uns permanent bewußt machen, wie das Leben unserer Kinder und Enkel aussehen wird in einer Welt, in der Lebensraum knapp wird, darum gekämpft werden muß und Klimaflüchtlinge unsteuerbar über Staatsgrenzen fluten, weil z.B. Bangladesh in den Fluten versinkt.

Der Artikel, die Medien, die Wette und das Ergebnis.

In dem Beitrag „Sagen Modelle voraus, daß die globale Erwärmung stoppt?“ hatte ich auf Keenlyside, N. S., M. Latif, J. Jungclaus, L. Kornblueh, and E. Roeckner, 2008: Advancing Decadal-Scale Climate Prediction in the North Atlantic Sector. Nature, 453, 84-88. hingewiesen, die mit einem Klimawettermodell, bei dem 50 Jahre der Meeresoberflächentemperaturen aufgeprägt wurden, eine Vorhersage der Klimavariationen der nächsten Jahrzehnte versuchen. Dabei steckt in ihrem Modell eine Abkühlung durch eine Schwingung in den Meeresströmungen, bei der Wärme aus den oberen Meeresschichten in die Tiefsee transportiert wird.

Der Artikel ist zunächst mal ein Beispiel dafür, wie man eine schwache Arbeit vorlegt. Es werden nämlich relativ weitgehende Schlüsse aus recht schwachen Daten gezogen. Aus dem zentralen Diagramm der Arbeit sieht man, daß gerade zum Ende des Vorhersagesagezeitraums hin das Modell von den Messungen weit abweicht. Man kann schon daraus schließen, daß das Modell wohl die nächsten Jahre nicht unbedingt so gut erklären wird, wie es sich die Autoren erhoffen. Trotzdem machen sie in den Schlußfolgerungen weitgehende Aussagen darüber, daß sie mit ihrem Assimilationsverfahren für die Meerestemperaturen vorhersagen könnten, daß in den 10 Jahren bis 2015 die mittleren globalen Temperaturen etwa gleich hoch lägen wie in den 10 Jahren bis 2010. Das ist im übrigen eine Aussage, die sehr viel Überlegungen beim Nachvollziehen braucht. Im Grunde handelt die Arbeit von einer Abfolge von 10-Jahresmitteln, nicht etwa von einer Abfolge der mittleren Temperaturen einzelner Jahre. Deshalb wird auch bei den Temperaturen vom Hadley Centre mit einem gleitenden 10-Jahresmittel verglichen. Und deshalb reichen dann die Messungen zur Validierung nur bis 1998, denn für eine Arbeit, die Messungen bis 2003 als Grundlage hat, ist 1998 das letzte Jahr, für das ein 10-Jahresmittel vorliegt. Wann und für wie lange nun die globale Erwärmung pausiert, kann man daraus nicht wirklich in nachvollziehbarer Weise ableiten. Und bei der starken Abweichung des Modells von den gemessenen Daten ist auch schon jetzt klar, daß die Chancen nicht gut stehen, daß tatsächlich eintritt, was es vorhersagt.

Obwohl in dieser Arbeit viele Größen viel Erklärungen brauchen, um richtig verstanden zu werden, hat das Institut nun aber leider auch noch eine sehr plakative Erklärung an die Presse herausgegeben, in der man nicht im geringsten Fehlinterpretationen vorbeugte. Und dann ist auch genau das geschehen. In vielen Medien kam die falsche Aussage heraus, daß Klimaforscher festgestellt hätten, daß die globale Erwärmung „weitere 10 Jahre“ eine Pause einlegen würde. (Hier zum Beispiel ein Artikel aus der Welt.) Es geht aber nicht um weitere 10 individuelle Jahre, sondern um ein 10-Jahresmittel im Vergleich zu einem vorherigen 10-Jahresmittel, und dieses 10-Jahresmittel beginnt nicht etwa jetzt, sondern hat schon 2005 begonnen. Selbstverständlich kann am Ende des 10-Jahresmittels die Temperatur höher liegen als am Anfang. Es kann also sogar die Aussage der Arbeit korrekt sein und trotzdem würden wir in den laufenden Jahren eine weitere Erwärmung des Klimas beobachten. Leider ist dies von keinem der befaßten Journalisten verstanden worden, so daß ziemlich unsinnige Meldungen in den Medien kursierten.

Wenn nun aus einer schwachen Arbeit eine irreführende Pressemitteilung entsteht, aus der die Presse dann klar falsche Aussagen für Zeitungen und Zeitschriften ableiten, ist die Verwertungskette hin zum völligen Unfug noch nicht zu Ende. Es gibt eine Szene der Leugner des menschengemachten Klimawandels, die eifrig nach jeder Bestätigung sucht, daß zum einen Klimawandel nicht statt fände und zum anderen das IPCC mit seinen Bericht nicht den wissenschaftlichen Stand wiedergäbe bzw. die Wissenschaftler sich in den wichtigsten Grundaussagen uneinig seien. Da wurden dann schnell aus den beiden sich überlappenden 10-Jahresmitteln, die sich in der Temperatur nicht änderten, 20 Jahre ohne Klimawandel. Und weil das Modell in seinen Vorhersagen schon seit den 90er Jahren konsequent unterhalb der Messungen liegt, wurden dann gelegentlich noch die Messungen bis 2003 mit den Modellvorhersagen danach vermengt und daraus konstruiert, daß das Modell 20 Jahre Abkühlung seit 1998 vorhersagen.

All diese Probleme werden natürlich auch von den Klimaforschern, den Kollegen von Keenlyside und seinen Mitarbeitern, verstanden, und einige von ihnen wollten mal klar machen, wie weit ab von aller Wahrscheinlichkeit sie diese Arbeit und die Fehlinterpretationen daraus sahen. Daher wurde eine Wette angeboten (siehe hier), mit der Gewissheit, daß man diese Wette nicht verlieren könne.

So richtig der Hintergedanke zur Wette ist, so problematisch sind die Folgerungen, die andere daraus ziehen, siehe etwa hier. Zum einen entsteht jetzt erst recht der Eindruck, man sei sich unter Klimaforschern uneinig über die Grundaussagen, die in den IPCC-Berichten stehen. Das ist ein falscher Eindruck. Die Temperaturentwicklung in einem Klimawettermodell ist im Einklang mit dem gemittelten Trend, der von den IPCC-Modellen projiziert wird, unabhängig von den Schwankungen um diesen Trend. Die IPCC-Modelle machen nur keine Aussagen außerhalb des langjährigen Trends bis 2100 – das wird mit Absicht nicht von ihnen aufgelöst (obgleich bei den individuellen Modellrechnungen natürlich auch Schwankungen um den Trend entstehen - die aber bedeutungslos sind, weil sie nur im statistischen Sinne die Realität wiedergeben, aber nicht im Einzelfall). Das Modell von Keenlyside et al. wiederum macht keine alternativen Aussagen zu diesem Trend und läuft deshalb am Ende auch wieder genau auf das IPCC-Szenario, das es verwendet. Es ergänzt die Trendaussage nur mit einer zum Verlauf der aufliegenden Schwankungen. Und das, wie gezeigt, mit erheblichem Fehler. Zum anderen erweckt die Wette den Eindruck, daß der Temperaturverlauf von wenigen Jahren doch bedeutsam sein könnte für die Klimaentwicklung. Das ist selbstverständlich nicht der Fall, wie ich hier im Blog immer wieder erläutert habe.

Ich sehe keinen Ausweg aus dem Dilemma. Wenn man sich die ganzen Probleme nicht klar machen will, die aus der Interpretation des Verlaufs von 10-Jahresmitteln der globalen Temperatur resultieren, wird man die Aussagen des Artikels von Keenlyside et al. nicht verstehen. Und man kann auch nicht nach Belieben Messungen und Modellergebnisse so kombinieren, daß ein gewünschter Trend daraus resultiert. Schließlich kann man auch nicht nach Belieben einerseits Modellergebnisse (des IPCC) ablehnen, wenn sie einem nicht gefallen, und dann die Ergebnisse eines einzigen weiteren Modells als fehlerfreie Vorhersagen akzeptieren, nur weil sie einem in den Kram passen.

Sagen Modelle voraus, daß die globale Erwärmung stoppt?

In mehreren Beiträgen habe ich gezeigt (und viele andere haben es getan), daß man aus den Temperaturmessungen bis jetzt nicht ableiten kann, daß die globale Erwärmung gestoppt hätte. Es gibt verschiedene Möglichkeiten es herzuleiten, man endet aber immer wieder an dem Punkt, daß man über 20, besser 30 Jahre Daten braucht, um eine Trendaussage machen zu können, es sei denn, der Trend wandelte sich in einer katastrophalen Weise. Dann käme das Signal eher. Nichts davon zeigen uns die derzeitigen Temperaturmessungen.

Nun gibt es einen Punkt, die Leugner des Klimawandels immer noch hoffen lassen, daß sich ihre Ansicht bestätigt und das IPCC mit seinen Projektionen falsch liegt. Unser Wissen darüber, wie sich die Änderungen der Meeresströmungen und ihre Kopplung an die Atmosphäre auf die globale Temperatur auswirken, ist nämlich immer noch begrenzt. Genau aus diesem Grund werden ja die über solche Kopplungen ausgelösten Schwankungen der Temperaturen bezüglich des Trends als Rauschen bzw. gegenüber dem Klima als Wetter behandelt. Wir wissen aber durchaus, daß bestimmte Änderungen der Zirkulation in den Meeren für besonders kühles oder warmes Oberflächenwasser in bestimmten Regionen sorgen können, die dann Wetteränderungen antreiben und die wir dann in der globalen Temperatur sehen können. Der El Nino – Südliche Oszillation (ENSO) mit seinem Gegenpart, der La Nina, sind besonders bekannt und zeigen auch eine deutliche Korrelation mit der globalen Temperatur. Weniger bekannt und wichtig, vielleicht aber nicht unwichtig, ist die Pazifische dekadische Oszillation (PDO), die derzeit in eine Abkühlung hineingelaufen ist. Diese beiden Schwankungen der Meeresströmungen kühlen derzeit die Temperaturen im östlichen Pazifik großräumig ab. Indirekt heißt das, die globale Erwärmung wird gerade in tiefere Wasserschichten transportiert und ist daher nicht mehr so stark in den Thermometern über dem Boden erkennbar, sondern in Thermometern im Tiefenwasser der Meere – wenn es dort Thermometer gäbe (Messungen werden durchaus gemacht - bei anderer Gelegenheit mehr dazu). Eine weitere Größe ist die Nordatlantische Oszillation, die einen gewissen Einfluß auf unser Winterwetter hat – ist der Index positiv, bedeutet das warmes Oberflächenwasser im nördlichen Atlantik und milde Winter in West-, Nord- und Mitteleuropa. Auch hier reden manche über eine bevorstehende Abkühlung, die allerdings im Index nicht erkennbar ist.





Eine Überlagerung einer Reihe solcher Oszillationen in ihrer kühlen Phase und dann vielleicht noch eine reduzierte Einstrahlung der Sonne durch einen schwachen Sonnenfleckenzyklus könnte die globale Erwärmung so stark überlagern, daß über mehr als 15 Jahre hinweg keine Erwärmung mehr sichtbar ist.

Wie schon gesagt, statistisch steckt das bereits in den Zeitreihen drin und ist nun mal der Grund dafür, daß man 30 Jahre Daten braucht, um Trendwechsel zu sehen. Aber etwas weiteres gibt den Leugnern der globalen Erwärmung Oberwasser. Es gibt nämlich inzwischen Modelle, die etwas anders aufgesetzt werden, als die üblichen Klimamodelle, die eine solche Überlagerung des menschengemachten Trends durchs natürliche Meeresströmungsfluktuationen voraussagen sollen. Ich hatte darauf hingewiesen, daß sich Wetter- und Klimamodelle grundsätzlich darin unterscheiden, daß Wettermodelle vom Anfangszustand angetrieben werden, Klimamodelle hingegen von den Randwerten. Wettermodelle entwickeln einen bekannten Zustand eine gewisse Weile in die Zukunft hinein fort und machen eine Voraussage zu einem ganz konkreten System für konkrete Zeitpunkte. Klimamodelle nehmen gegebene Randwerte und berechnen die mögliche Entwicklung eines Systems innerhalb dieses Rahmens. Sie machen Projektionen für bestimmte Szenarien, die nur mit dem statistischen Mittel des realen Systems verglichen werden können.

Die Modelle, von denen aber nun die Rede ist, sind im Grunde Klimawettermodelle. Sie beschreiben zwar die Entwicklung des Klimas, sind aber deutlich von Anfangswerten angetrieben, indem die bekannten Meeresströmungen und Temperaturen der Vergangenheit (der letzten 50 Jahre aufgrund von Meeresoberflächentemperaturen) den Modelläufen aufgeprägt werden. Daraus werden dann Vorhersagen dafür gewonnen, wie die Schwankungen der Meeresströmungen das Klima in den nächsten Jahren beeinflussen. Dies wird am Hadley-Centre gemacht und inzwischen auch am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften in Kiel.



Die entsprechende Arbeit wird in Nature veröffentlicht und prognostiziert bis ca. 2012 einen verminderten Temperaturanstieg. (Keenlyside, N. S., M. Latif, J. Jungclaus, L. Kornblueh, and E. Roeckner, 2008: Advancing Decadal-Scale Climate Prediction in the North Atlantic Sector. Nature, 453, 84-88.) Das folgende Diagramm von der oben genannten Quelle vergleicht die Projektionen mit und ohne Anpassung der Meerestemperaturen im Klimamodell mit den Messungen des Hadley-Centres. Was dabei auffällt, ist nicht nur, daß die globale Erwärmung demnach schon seit den 90er Jahren durch die Meere gebremst wird, sondern auch, daß die Fehlermarge zu den Messungen doch recht groß ist und noch nicht erlaubt, zu entscheiden, ob die Prognosefähigkeit des Modells mit der Berücksichtigung der Meerestemperaturen wirklich besser geworden ist. Modelle zur Prognose des klimatischen Wetters stehen sicher noch am Anfang und daher sollte man Aussagen darüber, daß Modelle für die nächsten Jahre eine Pause bei der globalen Erwärmung vorhersagen, sehr zurückhaltend aufnehmen.



Und für Aussagen der Art, daß das IPCC falsch läge (das ja keine Aussagen zum klimatischen Wetter macht, sondern nur zum relativen Trend der globalen Temperatur und den damit verbundenen mittleren Auswirkungen) oder der Mensch das Klima nicht beeinflussen würde, sind diese Modellergebnisse ganz sicher keine Unterstützung.

Was ist neu beim Klimawandel?

In diesem Beitrag möchte ich mal unsortiert einen Überblick geben, was die Diskussion über den Klimawandel gerade bewegt. Vielleicht komme ich dann in den folgenden Wochen dazu, einiges davon näher zu diskutieren.

2007 war davon geprägt, daß der vierte Übersichtsbericht des IPCC herauskam (IPCC 4th Assessment Report, kurz: FAR). Gegenüber Vorgängerberichten zeichnete er sich vor allem dadurch aus, daß es vergleichsweise wenig Neues gab. Vor allen Dingen gab der Bericht einen Überblick darüber, daß sich immer mehr die Feststellungen der drei vorherigen Berichte bestätigen und verfestigen. Die Projektionen zu Temperaturänderungen, Meeresspiegelanstieg und CO2-Sensitivität (um wieviel Grad steigt die globale Temperatur bei Verdoppelung der CO2-Konzentration) haben sich kaum verändert. Das ging manchmal dadurch unter, daß andererseits die verwendeten Szenarien für die Projektionen erweitert wurden oder beim Meeresspiegelanstieg im Bericht für 2007 plötzlich der Beitrag von schmelzendem Festlandseis herausgenommen wurde.

Das große Manko des Berichts ist es, daß der Redaktionsschluß im Jahr 2006 liegt, aber gerade 2007 erhebliche Fortschritte im Kenntnisstand folgten.

Besonders wichtig ist, daß wir gerade unseren Kenntnisstand über die weitere Entwicklung der CO2-Emissionen revidieren müssen. Sie steigen deutlich schneller als erwartet, und beispielhaft für die Ursache dafür ist China. Das IPCC geht in seinen Projektionen davon aus, daß global die Menge an CO2-Emissionen je Einheit Wirtschaftsleistung ständig sinken müßte – man erwaret, daß wir ständig effizienter werden. In China ist anscheinend das Gegenteil der Fall. Durch die dort wachsende Abhängigkeit von heimischer Kohle verbraucht die Wirtschaft dort immer mehr CO2 je produzierter Werteinheit. Und weil sich immer mehr der Weltproduktion nach China verlagert von CO2-effizienten Staaten in das besonders ineffiziente China, schlägt das global durch. Eine Revision der IPCC-Szenarien für diesen Fall ist nun in Arbeit.

Die CO2-Sensitivität selbst ist zum Thema geworden. Sie wird bisher immer im Bereich von 3 Grad je Verdoppelung der CO2-Konzentration gesehen. Hansen behauptet, dies sei nur die kurzzeitige Reaktion der Atmosphäre, langfristig könnte der doppelte Wert greifen und begründet das mit Untersuchungen früherer Eiszeiten. Dies ist allerdings weithin skeptisch aufgenommen worden. Ob es so eintritt, wird niemand von uns erleben.

Auch das Thema des Meeresspiegelanstiegs verdient einen zweiten Blick. Der IPCC FAR hat den Beitrag aus Festlandeis ausgespart, weil hier nur Spekulationen möglich seien. Wie schnell die großen Eisschilde in Grönland und der Westantarktis abschmelzen, hängt davon ab, wie schnell das Eis ins Meer abfließen kann. Das ist ein Prozess, der wissenschaftlich noch viele Fragezeichen hat. Kann Schmelzwasser, das durch Risse unter die Eismassen sickert, die Bewegung der Eisfelder an einem bestimmten Punkt schlagartig schneller werden lassen? Rutschen irgendwann plötzlich die Eisfelder in mehreren Gletscherbeben rasch ins Meer? Wie kann man so etwas berechnen und vorhersagen? Es gibt auch die Meinung, daß der begrenzende Parameter der Fluß der Eisfelder durch bestimmte Durchlässe ist, und nicht beliebig schneller werden kann. Wenn man alles zusammennimmt, kommt man auf einen möglichen Meeresspiegelanstieg bis 2100, der eher bei 1 Meter bis 1,5 Meter liegt, als den bis zu 59 cm, die aus dem IPCC FAR zitiert werden. Die höheren Schätzungen von bis zu 6 Metern sind wohl erst nach 2100 eine dann allerdings realistische Zahl.

Auch das Abschmelzen des arktischen Meereises 2007 hat für Aufruhr gesorgt, hatte man das doch erst für ca. 2030 erwartet. Zwar fror im letzten Winter das Nordpolarmeer schnell wieder zu, aber das dort vorhandene junge Eis hat dem nächsten Tauwetter wenig entgegenzusetzen.

Generell ist auf den Fachkonferenzen neben anderem die Kryosphäre, die Welt im Eis in den polaren Gebieten, im Zentrum der Forschung. Daher tut sich gerade auf diesem Feld sehr viel.

Ein Thema der letzten Monate waren auch die Kippunkte, ab denen der Klimawandel eine bestimmte, unwiederbringliche Schwelle überschreitet. Auch dies ist noch sehr spekulativ.

Politisch ist die gegenwärtige Zeit nicht weniger aufregend. In den USA ist Wahlkampf, und das beeinflußt auch die Befindlichkeit der Blogs zum Thema, auch in Europa. Im Gegensatz zu Europa ist es in den USA ein Frage des politischen Standpunkts, ob man akzeptiert, daß es einen anthropogenen, vorwiegend schädlichen Klimawandel gibt oder nicht. Daher sind dort auch Leugner in den Medien, der Politik und den Internetdiskussionsforen und Blogs deutlich aktiver als hierzulande, gerade im Wahlkampf. Was dort dann im Internet- und Medienkampf zur Leugnung des wissenschaftlichen Sachstandes ausgegraben wird, schwappt regelmäßig nach Europa über und versorgt auch die kleine Leugnergemeinde hier mit Inhalten, wie z.B. das angebliche Ende des Erwärmungstrends und der global besonders kalte Januar und Februar 2008.

In Bali wurde ein neuer Versuch gestartet, zu einem Klimaabkommen zu gelangen, und diesmal sind die wichtigsten Emittenten mit im Boot. Ob das tatsächlich zu wirksamen Vereinbarungen führt, ist trotzdem fraglich. Das hat George W. Bush in seiner letzten Rede zum Thema wieder vorgeführt. In China und Rußland sieht es nicht besser aus. Den USA kann man zumindest zutrauen, daß ein Stimmungsumschwung möglich ist und wirksame Maßnahmen dann schnell folgen. Ein Blog in den USA trägt zusammen, was man eigentlich tun kann, wenn man es will.

Es gab auch Non-events. Die Klimaforschung hat ihre Konferenzen und wenn man vom üblichen abweichende Ideen hat, kann man sie natürlich dort äußern. Es ist daher ein Signal besonderer Art, wenn die Klimawandelleugner (meistens keine Wissenschaftler, zumindest nicht in dem Fach) sich von einer Lobbyorganisation, dem Heartland Institut, eine Pseudoklimakonferenz bezahlen lassen (bezahlte Teilnahme an einer wissenschaftlichen Konferenz ist völlig unüblich), denn das heißt, daß man mit seriöser Wissenschaft keinen Fuß mehr auf die Erde bekommt und sich mit seinen Ideen nur noch unter Gleichgesinnten sehen lassen kann.

Nicht als wenigstes hat man sich auch der Frage angenommen, ob es jemals einen Konsens gegeben hätte, daß uns eine Eiszeit bevorstünde. Dies wird gerne als Argument dafür verwendet, daß der jetzige wissenschaftliche Konsens zur globalen Erwärmun wenig wert sei. Antwort: nein, einen Konsens über eine bevorstehende Eiszeit hatte es nie gegeben.

Wieviel Jahre Temperaturdaten machen einen Trend?

Ich hatte schon mehrmals im Blog auf das Problem hingewiesen, daß man keine Aussage über den Temperaturtrend machen kann, wenn man zu wenige Daten nimmt. 6 oder 10 Jahre reichen nicht, um einen Trend statistisch signifikant zu bestimmen, weil das Rauschen auf dem Trend zu groß ist. Erläutert wurde das hier (Angebliche Abkühlung seit 1998), hier und hier (klimatologische sinnvolle Zeiträume umfassen 30 Jahre).

Nachfolgend stelle ich ein Diagramm ein, auf dem ich das ganze statistisch untermauere. Ich habe mir die jährlich gemittelten Temperaturanomalien (Land - See) vom Hadley Centre genommen (HADCRUT3) und für Zeiträume mit Ende 2007 für eine wachsende Zahl von Jahren Steigung und Korrelation (Pearsons Korrelationskoeffizient quadriert R²) bestimmt. Natürlich sehen wir über 6 und 7 Jahre negative Steigungen. Aber sind die signifikant? Das Problem gehe ich an, indem ich mir die F-Statistik anschaue. Ich bestimme aus R² für eine lineare Regression F=(R²/(n-1))/((1-R²)/(n-p)); n Zahl der Jahre, p =1. Dieser Wert F muß den F-Test übersteigen, um eine signifikante Korrelation anzuzeigen (das heißt, die Hypothese R²=0 zu widerlegen). Wie man sieht, geschieht das erst bei mindestens 23 Jahren. Alle anderen zuvor bestimmten Korrelation waren auf einem 97,5%-Niveau nicht signifikant.

Es gibt eine weitere Möglichkeit, den Punkt zu verdeutlichen, daß 6 Jahre kein sinnvoller Zeitraum ist, sich den Klimatrend anzuschauen. Man kann nämlich auch das Konfidenzintervall der linearen Regression (siehe Abschnitt "Prognose") einzeichnen. Das Ergebnis zeige ich hier:

Wie man leicht sieht, kann man zwischen den beiden äußeren Linien, dem Konfidenzbereich, beliebig Geraden legen, auch mit positiver Steigung. Aus 6 Jahren Daten kann man keinen statistisch signifikanten Trend ableiten. Und dabei habe ich mit Absicht die einfachsten statistischen Mittel eingesetzt. Berücksichtigt man noch Feinheiten, etwa die in den Daten steckende Autokorrelationen, verringert man noch die Freiheitsgrade im Datensatz und weitet dadurch Fehlerbereiche aus bzw. erhöht die Grenzen beim F-Test. Und wenn man monatliche Daten nimmt, erhöht man das Rauschen im Datensatz, was Trends noch weniger signifikant macht. Es ist ein Spiel gegen die Statistik, die diejenigen, die aus zu wenig Daten einen Trend ableiten wollen, nie gewinnen können.

Der Strohmannangriff

Im englischen gibt es das schöne Bild des strawman attack. Strawman wäre auf deutsch die Vogelscheuche, aber es kommt dem Bild näher, den Begriff Strohmann zu verwenden als jemand, der als Vertreter vorgeschoben wird, während der wahre Entscheidungsträger im Hintergrund bleibt. In Argumentationen ist das Strohmannargument eines, das als scheinbares Argument der Gegenseite aufgebaut und erfolgreich angegriffen wird, um die Illusion zu erzeugen, die Gegenseite hätte schwache Argumente. EliRabett hat in seinem Blog mal die Liste zusammengetragen und ich möchte sie für meine Zwecke hier ins Deutsche übertragen und anpassen:

1. Greife Argumente an, die gar nicht geäußert wurden.
2. Nehme einen schwachen Vertreter als repräsentativen Vertreter dieser Ansicht.
3. Nehme Zitate aus dem Kontext und argumentiere gegen eine dann untergeschobene Bedeutung der Zitate.
4. Erfinde einen Diskussionsgegner und lasse ihn gewünschte negative Eigenschaften haben.
5. Vereinfache eine Aussage und greife die Vereinfachung an oder mache eine allgemeine Aussage sehr speziell und greife dann das an.

Ergänzung:
Durch einen Beitrag zu diesem Artikel ist mir ein weiterer Punkt aufgefallen, der im weiteren Sinne auch als Strohmannargument aufgefaßt werden kann, nämlich das Pseudoargument. Dabei wird eine Behauptung in die Diskussion eingebracht, die man im weiteren Verlauf so behandelt, als wäre damit eine Sache bewiesen worden, obwohl die Behauptung nicht belegt oder quantifiziert wurde. Oder es wird auch eine bereits widerlegte Behauptung noch mal wiederholt, als sei sie nicht wiederlegt worden. Der Strohmann ist hier also nicht der bequem zu bekämpfende Gegner, sondern ein künstlich erzeugter Verbündeter.
6. Behandele ein Pseudoargument als Beweis für die eigene Position.

Bei den Diskussionen zum Klimawandel mit der kleinen Gemeinde der Leugner begegnen einem Strohmannangriffe häufig. Z.B. gibt das IPCC in seinen Projektionen einen Temperaturbereich an, der bis 2100 eintreten soll, wenn sich Emissionen entsprechend bestimmter Erwartungen entwickeln. Das enthält die Prämisse, daß ein bestimmtes Emissionsszenario eintritt und wird damit automatisch invalide, sobald die Menschheit andere Entscheidungen trifft. Vor allem aber ist damit nicht gesagt, daß die globale Temperatur von jetzt bis 2100 linear gleichmäßig auf den Bereich der Werte für 2100 steigt. Genau dieses wird dann aber behauptet und jede Abweichung von dem gleichmäßigen Temperaturanstieg bis 2100 als Widerlegung der IPCC-Projektionen behandelt. Ein typisches Strohmannargument vom Typ 1.

Strohmannargumente vom Typ 2 werden oft auf Politiker, Journalisten und Filmschaffende angewendet. Al Gore z.B. tingelte mit seinem Vortrag „Eine unbequeme Wahrheit“ durch die Welt und brachte es als Film heraus. In dem Vortrag mögen einige Ungenauigkeiten, Fehler und Übertreibungen stecken. Sie sind aber alle Ungenauigkeiten und Fehler des Teams um Al Gore, aber nicht des IPCC oder der Klimaforschung. Auch Filme wie „The Day after tomorrow“ enthalten massenhaft Übertreibungen und physikalische Fehler. Sie sind aber auch so gemeint, und taugen nicht als Argument, Entscheidungsträger oder Wissenschaftler wollten Hysterie schüren. Und wenn in den Massenmedien Auseinandersetzungen zwischen Wissenschaftlern aufgeblasen oder Außenseitermeinungen als repräsentativ dargestellt werden, dann ist auch das genau das.

Den dritten Strohmann findet man z.B., wenn jemand versucht zu beweisen, daß beim Thema Klimawandel die kritische, wissenschaftliche Debatte unterdrückt werden solle. Dann taucht das Zitat „The debate is over.“ auf. Das Zitat bezieht sich aber darauf, daß die Debatte vorüber sei, ob der Mensch einen Klimawandel verursache, ob dieser erheblich sei und ob wir daher nicht mehr weiter warten dürfen, dagegen Maßnahmen zu treffen. Hier ist der wissenschaftliche Kenntnisstand eindeutig. Unstrittig hingegen ist, daß die wissenschaftliche Diskussion über relevante Themen nie zu Ende ist und es weiter große Felder gibt, in denen erhebliche Unsicherheiten aufzulösen sind.

Zum vierten Strohmannargument fällt mir ein, daß gerne unterstellt wird, es stecke eine politische Frontstellung hinter der Klimadiskussion. Die Vertreter des menschengemachten Klimawandels wären oft radikale Grüne oder Sozialisten, die ihre politische Agenda mit der Wissenschaft vermengen. Dann wird damit argumentiert, wie solche politischen Gruppen daneben gelegen hätten, vielleicht noch garniert mit dem Realitätsabgleich der Prognosen des Club of Rome. Das Argument hat den entscheidenden Fehler, daß die meisten Wissenschaftler in den relevanten Forschungsgebieten kein radikalen Grüne oder Sozialisten sind, viele sind unpolitisch und die Mechanismen in den Naturwissenschaften sind auch so, daß an politischen Gesichtspunkten orientierte Ergebnisse kaum durch peer review und fachliche Diskussion durchkommen. Das Thema Klimawandel an sich ist eines, daß sich für solche Frontstellungen kaum eignet. Sowohl der ehemalige Kanzler Helmut Kohl als auch die frühere britische Premierministerin Margret Thatcher sahen den anthropogenen Klimawandel als großes Problem an und beide standen nicht im Verdacht, Sozialisten oder radikale Gründe zu sein.

Ein Beispiel für den fünften Typ ist es, wenn erklärt wird, CO2 könne nicht Ursache des jetzigen Klimawandels sein, weil die Änderung der CO2-Konzentration immer der Temperaturentwicklung nachgelaufen sei. Damit wird unterstellt, die Klimaforschung kenne immer nur eine Ursache für Klimawandel, und wenn in der Vergangenheit CO2 nicht der Auslöser war, dürfe es das heute auch nicht sein. Das ist natürlich absurd. Es kann immer verschiedene Größen geben, die einen Klimawandel antreiben. CO2 ist wie H2O eine Rückkopplungsgröße. Wenn alles andere konstant bleibt, gasen wärmere Meere mehr CO2 aus, das dann in der Atmosphäre wiederum als Treibhausgas wirkt und den Temperaturanstieg weiter vorantreibt. Diesmal ist es anders. Indem wir das Kohlenstoffreservoir von Kohle, Öl und Gas anzapfen, machen wir diesmal CO2 zur treibenden Kraft des Klimawandels und nicht nur zur Rückkopplungsgröße. Klimaforschern ist wohl bewußt, daß das Klima der Erde von vielen Größen bestimmt wird und Treibhausgaskonzentrationen nur eine darunter ist, allerdings eine, die derzeit eine dominierende Rolle gewonnen hat.

Strohmannangriffe tauchen häufig dann auf, wenn jemand schwache Argumente hat. Insofern ist das nicht auf das Thema Klimawandel beschränkt und kann diese Taktik durchaus auch von solchen angewendet werden, die die Konsensposition zum Klimawandel vertreten. Ganz allgemein muß jeder, der sich auf solche Diskussionen einläßt, mit Strohmannargumenten rechnen. Es spielt allerdings eine Rolle, daß jemand, der die Position vertritt, daß der anthropogene Klimawandel stattfindet, nichts weiter zu tun braucht, als wissenschaftliche Arbeiten zu zitieren, insbesondere die Übersichtsberichte des IPCC, und die Stellungnahmen irgendeiner der Wissenschaftsorganisationen, fachlich zuständigen Gremien, Institute und Behörden. Gegner des Konsenses müssen hingegen für sich Wissenschaft neu erfinden, denn sie wollen ja letztlich als Fachfremde oder Laien die Wissenschaftler im Fach widerlegen. Da ist die Versuchung erheblich größer, zu Strohmannattacken Zuflucht zu nehmen.

Warum nimmt man 30-Jahreszeiträume zur Bestimmung von Klimatrends?

Ich hatte zuvor schon auf den Unterschied zwischen Wetter und Klima hingewiesen und erläutert, daß es nicht sinnvoll ist, auf Klimatrends aus zu kurzen Zeitreihen zu schließen (siehe auch hier). In diesem Zusammenhang fällt oft der Hinweis, daß man klimatologische Trends "üblicherweise" auf der Basis von 30 Jahren bestimmt. Diese 30 Jahre sind nicht etwa eine Naturkonstante, die man exakt bestimmen könnte. Das kann auch schon deshalb nicht gehen, weil in der Klimatologie so unterschiedliche Größen betrachtet werden wie eine mittlere Temepratur oder ein mittlerer Wind, der mittlere Jahresgang einer Größe oder die mittlere Varianz von Windrichtung und -geschwindigkeit oder die mittlere Häufigkeit für Schwachwindlagen. Letzteres sind sogar ökonomisch wichtige Größe, wenn man z.B. bestimmen will, ob sich an einem Standort eine Windkraftanlage lohnt.

Der Klimatologe steht vor einem Dilemma. Einerseits muß er so lange Daten sammeln und mitteln, bis alle statistischen Größen nur noch einen geringen Fehler haben. Je mehr Daten, desto kleiner der Fehler (die Konfidenzintervalle) von Mittelwerten, Standardabweichungen usw. Andererseits wird aber, je länger Daten gesammelt werden, desto deutlicher, daß auch ein Trend unterliegt, weil das Klima nicht, wie man noch im 19. Jahrhundert glaubte, über einige Jahrzehnte als konstant angenommen werden kann.

30 Jahre als Zeitraum, über dem man Daten zusammenfassen muß, um klimatologisch belastbare Aussagen machen zu können, die einerseits frei sind von der Betrachtung des Wetters, andererseits nicht vom unterliegenden Trend dominiert werden, ist daher ein reiner Erfahrungswert. Man kann auch sagen, eine pragmatisch begründete Konvention, insoweit zwar nicht herleitbar, aber auch nicht willkürlich. In diesem Sinne legt auch die WMO 30-jährige klimatologische Bezugszeiträume fest, die jeweils von 1901 bis 1930, 1931-1960 und 1961-1990 reichen (Klimanormalperioden). Auch in fast jeder Einführung zur Klimatologie wird auf diesen Zeitraum verwiesen.

Wenn nun dieser 30-Jahreszeitraum ein pragmatischer Wert ist, heißt das natürlich im Umkehrschluß, daß ich für jede spezifische Frage mir auch überlegen kann, ob ein anderer Wert sinnvoll ist. Speziell wenn ich die globalen Temperaturen am Boden betrachte, und wenn ich dabei Monats- oder gar Jahresmittelwerte betrachte, könnte ich ja Größen haben, die statistisch gesehen stabiler sind als die einzelnen Mittelwerte (10-minütlich, stündlich oder täglich) an einer Meßstation. Ich weiß allerdings schon, daß es wohl nicht so ist, wenn ich nur einen ersten Blick auf die Daten werfe. Wenn ich die Temperaturzeitreihe des Hadley Centres nehme, kann ich für z.B. die 30 Jahre von 1978 bis 2007 statistische Größen bestimmen. Insbesondere eine lineare Regression durchführen und den Trend herausnehmen. Die Geradensteigung für die Jahresmittel ist a=0,0164, der Achsenabschnitt b=-32,45. Die Funktion der mittleren Trendtemperatur T als Funktion der Jahreszahl j lautet also:

T=a*j+b

Ziehe ich diese Trendtemperatur von den tatsächlichen Jahresmitteln t ab, bleiben Residuen, die die Streuung der Temperaturenmittel um den Trend darstellen. Ich lasse hier jetzt mal aus, daß diese Residuen autokorreliert sind, und schaue mir deren Standardabweichung an. Sie errechnet sich zu 0,089. Das heißt, 68,3% der Werte lägen bei einer Normalverteilung innerhalb des Bereichs von Trend plus/minus Standardabweichung. Will ich die Streuung besser erfassen (95,4% der Werte), nehme ich gleich die 2-Sigma-Grenze, verdoppele also die Standardabweichung auf 0,18. Das heißt, wenn ich einen Klimatrend bestimmen will, muß dieser groß sein gegen den Wert 0,18 Grad für den betrachteten Zeitraum. Nun habe ich bereits für diesen Zeitraum von 30 Jahren einen Trend von 0,016 bestimmt. Um also auch nur vergleichbar groß zu sein wie das Rauschen, sollte ich mindestens über 11 Jahre den Trend beobachten. Um ein Signal deutlich über dem Rauschen zu haben, sollte der akkumulierte Trend doppelt so groß sein wie die doppelte Standardabweichung. Dazu würde ich 22 Jahre brauchen (22*0,0164=0,36). Damit komme ich den 30 Jahren bereits nahe.

Das ist aber immer noch nur eine oberflächliche Betrachtung. Wenn der Trend stärker wäre (und das wird für die Zukunft erwartet), brauche ich natürlich weniger Jahre, um ihn festzustellen. Umgekehrt aber brauche ich mehr Jahre, wenn der Trend schwächer ist. Genau das ist dann das Problem, wenn man einen Trendwechsel feststellen will, und dieser uns nicht den Gefallen tut, schlagartig zu wechseln, so daß ein deutlich sichtbarer Bruch in der Zeitreihe auftritt. Wenn tatsächlich wahr wäre, daß die globale Erwärmung zum Stillstand gekommen wäre, dann würden 10 Jahre an Daten definitiv nicht ausreichen, dieses zu belegen. Selbst 20 Jahre wären nach den sehr vereinfachten hier vorgebrachten Überlegungen nicht ausreichend. Mit den klimatologisch üblichen 30 Jahren hätten wir auch hier den richtigen Maßstab.

In einem Folgebeitrag möchte ich diese Frage noch vertiefen.

10 Jahre Daten machen keinen Trend.

Es gibt einen interessanten Beitrag im Blog Atmoz, der das Problem verdeutlicht, aus zu wenigen Jahren auf einen Klimatrend zu schließen. Wir hören immer wieder, daß uns Leute erzählen, die globale Erwärmung hätte gestoppt, weil "die Temperaturen seit 1998 nicht ansteigen". In dem Blog sieht man unter anderem eine Animation. Es wurde eine Klimatrend von 0,2 Grad eingezeichnet, auf dem eine Variation liegt (vergleichbar einem El-Nino/Südliche Osziallation-Zyklus ENSO). Hier sehr vereinfacht als eine Sinuskurve mit Periode 7 Jahre und Ausschlag von 0,3 Grad. Entlang dieser vereinfachten Temperaturkurve läuft eine lineare Regression über die letzten Jahre beginnend ab einem Zeitpunkt, der immer weiter zum Ende der Zeitreihe läuft. Man sieht, wie die Steigung, das Maß für den geschätzten Trend für die jeweils letzten Jahre immer stärker schwankt, je weniger Jahre berücksichtigt werden. Das ist der entscheidende Punkt, warum alle Behauptungen, der Klimatrend hätte sich verändert, unseriös sind. Man kann einen Klimatrend nur bestimmen, wenn man alle Zyklen und Schwankungen auf kurzer Zeitskala entweder wegmitteln oder herausrechnen kann. Dazu braucht man mehr als zwei volle Zyklen jeder größeren Schwankung auf den Daten. Bei der Periode von 3-7 Jahren bei ENSO-Ereignissen sollten schon mindestens 15 Jahre berücksichtigt werden, bevor man einen Trend bestimmt. Von 1998 bis 2008 einen Trend bestimmen zu wollen, ist unsinnig, vor allem, wenn man nicht Jahresmittel, sondern die viel stärker verrauschten Monatsdaten nimmt, wie es gerade bei Leugnern des Kliamwandels in Mode gekommen ist.

Erst recht unsinnig ist es natürlich, überhaupt keine Ausgleichsgerade zu bestimmen, sondern einfach eine Linie zwischen zwei Punkten (hohe Temperatur 1998, niedrigere Temperatur z.B. 2007) zu ziehen (das funktioniert ohnehin nur bei den Daten des Hadley Centers). Indem man zwei willkürliche Punkte auf einer stark schwankenden Linie herausgreift, kann man jeden beliebigen Trend bestimmen. Die Aussage ist beliebig falsch.

Jeder, der wissenschaftlich arbeitet und sich mal mit der Analyse von Zeitreihen beschäftigt hat, ist sich dieses Problems bewußt. Trotzdem gibt es sogar vereinzelt Wissenschaftler, die es besser wissen sollten, die die Ente über den seit 1998 beendeten Klimawandel verbreiten, etwa der norwegische Geograph Ole Humlum und selbstverständlich der Lobbyist S. Fred Singer. Da dieser Fehler zu offensichtlich ist, kann man davon ausgehen, daß die Behauptung, der Klimawandel wäre seit 1998 beendet, ein einfacher, aber sicherer Test ist, um festzustellen, ob jemand bereit ist, wissenschaftlich zu argumentieren oder einfach nur einen bestimmten Glauben verbreiten will.

Stammt das zusätzliche CO2 in der Luft von menschlichen Quellen?

Die CO2-Konzentration der Atmosphäre steigt an. Seit 1956 wird das unter anderem durch Messungen auf Mauna Loa bestätigt, davor wissen wir insbesondere durch die Analyse von Luft, die in Eisbohrkernen eingeschlossen ist, daß bis vor weniger als 200 Jahren das CO2-Mischungsverhältnis in den letzten Jahrtausenden stabil bei um die 280 ppm [1] stand und ansteigt, seit Menschen Kohle, Öl und Gas verbrennen.

Es mag aber einige Menschen verwirrren, wie klein der Eintrag durch den Menschen im Vergleich mit den Stoffumläufen in der Natur ist. Was Pflanzen an CO2 aus der Luft aufnehmen und in Zucker umwandeln, was durch Verrotten und Verspeisen der Pflanzen wieder in die Luft gelangt, das ist um Größenordnungen mehr als der Eintrag aus fossilen Brennstoffen. Näheres kann man z.B. bei Wikipedia unter Kohlenstoffzyklus nachlesen. Weil es sich dabei aber um geschlossene Kreisläufe handelt, interessiert nur, was am Ende nicht abgedeckt wird. Und das sind die Zuflüsse aus dem Reservoir fossiler Kohlenstoffverbindungen.

Man kann sich das quantitativ anschauen. Die Atmosphäre enthält 380 ppm CO2. Der Zuwachs seit ca. 1850 beträgt 100 ppm. Das sind ca. 220 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Laut Carbon Dioxide Information Analysis Center (ein Institut des US-Wirtschaftsministeriums) wurden seit 1715 etwa 315 Milliarden Tonnen Kohlenstoff durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre abgegeben, die Hälfte davon seit Mitte der siebziger Jahre. Der Anteil vor 1850 ist vernachlässigbar. Die durch Menschen emittierte Menge übersteigt also erheblich den in der Atmosphäre gemessenen Anstieg.

Wir haben also nicht etwa das Problem, daß die von Menschen in die Luft geblasene Menge an CO2 gering wäre im Vergleich zum gemessenen CO2-Anstieg, sondern müssen vielmehr erklären, wieso die CO2-Konzentration nicht noch viel stärker ansteigt. Auch dafür gibt es eine Lösung. Ein großer Teil des CO2 geht in die Ozeane. Genauso wie in Sprudelwasser ist auch in den Ozeanen CO2 gelöst, nur eben viel weniger. Öffnet man die Sprudelwasserflasche, vermindert man den Druck an CO2 über dem Sprudelwasser und das CO2 darin fängt an, herauszusprudeln. Umgekehrt kann man das Aufsteigen der Gasblasen unterbinden, wenn man einen ausreichenden CO2-Druck über dem Wasser herstellt. Genauso funktioniert es auch bei den Ozeanen. Der wachsende CO2-Anteil der Atmosphäre drückt CO2 in die Ozeane hinein.

Diese Rechnung (man nennt das Budgetrechnung) ist nicht der einzige Beweis dafür, daß der Mensch die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre verändert. Der zweite Beweis kommt aus der Betrachtung der Isotopenzusammensetzung des Kohlenstoffs in der Luft.

Chemische Elemente können in verschieden schweren Varianten, den Isotopen, vorkommen. Kohlenstoff z.B. kommt in den Varianten C-12, C-13 und C-14 vor. C-14 wurde durch die Atombombenversuche in den fünfziger Jahren in großen Mengen in die Atmosphäre eingebracht und ist nur für Aussagen bis ca 1950 sinnvoll, aber C-13 eignet sich als Marker für die Herkunft von Kohlenstoff. C-14 ist radioaktiv und zerfällt. Deshalb enthält fossiler Kohlenstoff kein C-14. Tatsächlich ist bis 1950 der Gehalt an C-14 in der Luft deutlich gesunken. C-13 wird in Pflanzen schlechter eingelagert als C-12. Auch hier deutet ein Abfall der C13-Konzentration in der Luft darauf hin, daß der Anstieg von CO2 nicht vulkanischen Ursprungs sein kann, sondern aus fossilen Brennstoffen oder dem Verbrennen und Verroten von Pflanzen stammen muß.

Zusätzlich kann man das Verhältnis der Konzentrationen von Sauerstoff und Stickstoff messen. Sinkt dieses Verhältnis, heißt das, daß Sauerstoff durch Verbrennungsvorgänge gebunden wird. Auch das beobachtet man. Sowohl Isotopenbetrachtung als auch Sauerstoffverbrauch lassen sich auf menschengemachte Quellen für CO2 zurückführen.

Ein weiteres Indiz ist die geographische Verteilung des CO2 in der Luft. Es herrscht ständig eine höhere Konzentration in nördlichen Breiten und in der unteren Atmosphäre vor. Die Quellen für CO2 liegen also in den nördlichen Breiten in Bodennähe, wo Kohle, Öl und Gas verbrannt werden, und nicht etwa in der südlichen Hemisphäre (was auf Quellen im Meer hinweisen würde) oder an einzelnen Punkten am Globus (wie bei vulkanischem Ursprung zu erwarten).

[1] ppm = parts per million = 1 Teil CO2 auf eine Million Teile Luft (als Volumen gerechnet).

[2] Rechnung: die Atmosphäre enthält 380 ppm CO2. Das Gewicht der Atmosphäre ist Fläche des Erdbodens mal Druck am Boden durch Erdbeschleunigung. Einsetzen der Zahlen ergibt 5*10^21 g Luft. Bei einem durchschnittlichen Atomgewicht von 29 sind das 1,8*10^20 mol. 380 ppm CO2 ergeben 6,9*10^16 mol CO2. Das sind (mal 12) 8,3*10^17 g C. Der Zuwachs von 100 ppm seit 1850 entspricht 2,2*10^17 g C.

Beschreiben die Klimamodelle die Wirklichkeit?

Ich hatte hier bereits den Unterschied zwischen Wetter und Klima erläutert. Dabei hatte ich darauf hingewiesen, daß Klimamodelle ein Randwerteproblem lösen. In Abhängigkeit von der Einstrahlung der Sonne, der Albedo der Erde, dem Absorptionsverhalten der Atmosphäre für Strahlung, der Kopplungen von Luft, Boden und Meeren und vieler anderer Größen stellt sich die Erde auf ein bestimmtes Klima ein. Die Physik dahinter ist weitgehend bekannt und lösbar. Viele Werte, die bei der Lösung der Gleichungen eingehen, sind aber mehr oder weniger gut bekannt und verursachen einen Modellfehler bzw. sorgen dafür, daß die Ergebnisse der Modelle mit gewisser Wahrscheinlichkeit in bestimmte Ergebnisbereiche fallen. Modelle haben Unsicherheiten. Deshalb kann man zunächst mal skeptisch sein, ob Modelle die Wirklichkeit beschreiben. Vielleicht enthalten sie Fehler? Vielleicht ist ihr grundsätzlicher Ansatz falsch?

Besonders strittig bei den Klimamodellen sind folgende Fragen:

Ist die Rückkopplung des Wasserhaushaltes bei Temperaturänderungen richtig beschrieben? Bei steigenden Temperaturen verdampft mehr Wasser und ist mehr Wasser in der Luft gelöst. Dieses Wasser verstärkt den Treibhauseffekt. Daher ist hier die richtige Abschätzung entscheidend dafür, ob die Modelle die Temperatur in Abhängigkeit vom CO2-Anstieg richtig beschreiben.

Ist die Rückkopplung der Wolkenbildung richtig beschrieben? Mehr Wasser in der Atmosphäre kann bedeuten, daß es mehr Wolken gibt. Wolken können zwei Effekte haben. Sie können Sonnenlicht reflektieren und so die Erde kühlen. Den Effekt haben niedrige Wolken stärker als hohe Wolken. Wolken können andererseits Wärme, die vom Boden abgestrahlt wird, zurückhalten und so den Treibhauseffekt verstärken. Diesen Effekt haben hohe Wolken eher als niedrige Wolken. Diese beiden Effekte können sich aufheben. Wenn aber mehr niedrige als hohe Wolken bei einem Temperaturanstieg entstehen, dämpfen die Wolken den Treibhauseffekt.

Ist der Einfluß von Aerosol richtig beschrieben? Aerosol sind kleinste Schwebepartikel in der Luft (grobe fallen schnell zu Boden). Sie können aus Ruß, aus Mineralien oder aus anderen Stoffen, z.B. Sulfaten bestehen. Man weiß nur ungefähr, wo wie viel und welche Aerosole in der Luft sind und kann auch nur ungefähr abschätzen, welchen Effekt auf die Strahlungsverhältnisse der Luft sie haben. Ruß würde den Treibhauseffekt sogar verstärken, vor allem wenn er grob ist, Sulfate andererseits hätten eher eine kühlende Wirkung. Die Effekte hängen kompliziert von Größe, Form, Zusammensetzung der Aerosole und der Luftfeuchtigkeit ab, so daß ich hier nicht in Details gehen will.

Im Endeffekt ist die spannendste Frage bei der Bewertung der Modelle: wie groß ist die Klimasensitivität gemessen in Grad Celsius Änderung der globalen Temperatur je Verdopplung der Konzentration von CO2? Gegenwärtig sieht man den Wert bei 3 (Fehlergrenzen ca. 2,5 und 4). Moderate Skeptiker des Klimawandels erkennen zwar die dahinter stehende Physik an, sehen aber die Klimasensitivität bei deutlich weniger als 3, eher bei 1 und weniger. Allerdings aus verschiedenen Gründen. Lindzen z.B. beruft sich auf eine abweichende Meinung zur Rückkopplung der Wolken. Diese abweichende Meinung konnte experimentell allerdings nicht bestätigt werden.

Wir sind allerdings im Gegensatz zu den achtziger Jahre nicht mehr in dem Zustand, daß wir nur auf Annahmen angewiesen sind. Inzwischen können wir das, was Modelle seit den achziger Jahren voraussagen mit dem gemessenen Temperaturverlauf vergleichen. Wir können also sagen, ob die Annahmen, die in die Modelle eingehen, realistisch sind oder ob die Klimaskeptiker eine bessere Abschätzung etwa der Klimasensitivität haben. Wir brauchen allerdings weitere Informationen, um zu entscheiden, ob Modelle aus den richtigen Gründen richtige Ergebnisse geben (es könnten sich auch zwei Fehler, z.B. falscher Aerosoleinfluß und falsche Wolkenrückkopplung, gegenseitig aufheben).

Das erste Bild, das ich zeigen will, basiert auf einem Modell, das bei der NASA entwickelt wurde. Hansen, J., I. Fung, A. Lacis, D. Rind, Lebedeff, R. Ruedy, G. Russell und P. Stone publizierten 1988 einen frühen Versuch, zukünftige Temperaturen vorherzusagen. Es wurden drei Szenarien, A, B und C gerechnet mit jeweils verschiedenen Annahmen über die Entwicklung der Treibhausgase. Das wahrscheinlichste Szenario war mit B bezeichnet. A hatte extrem hohe Annahmen für die Treibhausgase und war mit dem Montreal-Protokoll ausgeschlossen worden. C nimmt an, daß ab dem Jahr 2000 starke Maßnahmen gegen den Klimawandel getroffen werden. Die Modellrechnungen sind ab 1984 unabhängig von bekannten Daten, stellen also inzwischen eine Prognose über 23 Jahre dar. Verglichen wird mit den Temperaturmessungen nach NASA/GISS in zwei Varianten, die aber wenig verschieden sind. Im Diagramm sieht man, daß die gemessene Temperatur mit der im Szenario B berechneten gut übereinstimmt. Angesichts der Tatsache, daß das Modell für heutige Verhältnisse noch ziemlich grob war, und daß man natürlich 1984 nicht wissen konnte, wann z.B. der für das Klima zeitweilig wichtige Ausbruch des Mt. Pinatubo erfolgen würde, sind die Abweichungen zwischen Messungen und Modell äußerst klein:

Der Vergleich wird diskutiert bei Real Climate. Die Modellergebnisse wurden veröffentlicht in Hansen, J., I. Fung, A. Lacis, D. Rind, Lebedeff, R. Ruedy, G. Russell, and P. Stone, 1988: Global climate changes as forecast by Goddard Institute for Space Studies three-dimensional model. J. Geophys. Res., 93, 9341-9364, doi:10.1029/88JD00231.

Noch wichtiger ist der Vergleich zwischen den Modellen, die für die IPCC-Berichte verwendet wurden und Messungen. Dies kann man für einen Zeitraum von 17 Jahren machen, weil die Modelle, die im Dritten Anwendungsbericht des IPCC 2001 (IPCC, TAR) verwendet wurden, Mitte der neunziger Jahre gerechnet wurden und dabei auf Bedingungen aufsetzen, die die Zeit bis 1990 berücksichtigen - ab dann liefen die Modelle unabhängig von Daten, die von außen aufgeprägt wurden. Im folgenden Diagramm werden die gemessenen Temperaturen von NASA/GISS (rote Linien) und von Hadley Center/CRU (blaue Linien) (Linien mit Punkten sind Jahresmittelwerte, die durchgehenden Linien sind geglättete Temperaturverläufe mit einem gleitenden 10-Jahresmittel) mit den mittleren Modellergebnissen für die verschiedenen Emissionsszenarien verglichen (bunte Linien, die graue Schattierung zeigt den geschätzten Unsicherheitsbereich der Modellergebnisse):

Dieses Diagramm basiert auf Rahmstorf et al. (2007), Science 316, 709 und wurde hier angepaßt und diskutiert. Die Übereinstimmung ist auch hier gut, und gegenwärtig deuten die gemessenen Temperaturen darauf hin, daß eher die hohen Szenarien realistisch sind, bei denen also der Temperaturanstieg am oberen Rand der Schätzungen liegen wird.

Angesichts dieser guten Bestätigung der genutzten Klimamodelle gewinnt man den Eindruck, daß die Aussagen des IPCC zu der Klimaentwicklung ein gut abgesicherte Basis haben. Von den Klimawandelskeptikern kann man dies nicht behaupten. Bislang hat die Temperaturentwicklung ihre Aussagen definitiv widerlegt.

War es in Grönland mal wärmer als heute?

In der Klimadebatte unter Nichtwissenschaftlern taucht oft das Argument auf, die Klimaerwärmung könne nicht so schlimm sein oder so stark wie behauptet, weil es in Grönland mal so richtig grün gewesen sein müsse. Deshalb habe Erik der Rote, der Siedler aus Island dahin lockte, die Insel so genannt. Inzwischen sei es da kälter, und nicht mehr so schön üppig grün wie zwischen dem 10. und 13. Jahrhundert.

Zum einen steckt dahinter ein Denkfehler. Einzelne Regionen der Erde können durchaus andere Temperaturverläufe zeigen als der gesamte Globus. Diesen Winter z.B. war es in Europa nördlich der Alpen relativ warm, im mittleren Osten hingegen z.B. relativ kalt. Im nächsten Winter kann das durchaus anders herum sein. Grönland könnte also durchaus damals relativ warm gewesen sein. Aber das sagt über die globale Temperatur dieser Zeit nichts aus.

Weiterhin sagen solche Berichte über das empfundene Klima einer Zeit nicht aus, was das nun umgerechnet in eine Temperatur bedeutet. Was für einen Isländer eine noch akzeptabel warme Insel ist, mag für einen Iren oder Deutschen jener Zeit ein erbärmlich kalter und unwirtlicher Ort gewesen sein.

Schließlich ist aber auch der Eindruck falsch, daß Grönland heute nicht mehr so grün sei wie zu Zeiten Erik des Roten. An eben den Stellen, wo die Wikinger damals siedelten, leben ja auch heute wieder Menschen. Man schaue sich mal an, wie es da aussehen kann, z.B. in diesem Beitrag über Landwirtschaft auf Grönland oder diesem Beitrag über Aufforstungen auf Grönland. Die Wikinger, die im 10. Jahrhundert nach Grönland kamen, betrieben keinen Ackerbau. Sie trieben nur Vieh auf Weiden, hielten es in den Wintermonaten in den Ställen, und das ging mehr schlecht als recht. Bäume gab es keine auf Grönland seit 450.000 Jahren vor unserer Zeit. Erst seit dem 20. Jahrhundert gibt es wieder Bäume auf Grönland. Wenn überhaupt, dann deuten solche qualitativen Überlegungen darauf hin, daß es in Grönland heute wärmer ist als zu Zeiten Erik des Roten. Als Impression dazu ein Bild aus Spiegel Online, in dem auf einem Versuchsfeld der erste grönländische Brokkoli gezeigt wird. Bäume, Kartoffeln oder Brokkoli auf Grönland, das gibt es alles erst seit den letzten Jahrzehnten. Ein weiterer kurzer Beitrag zum Kartoffelanbau auf Grönland ist hier.



Ähnliche Überlegungen gibt es zu Wein in England, der in der mittelalterlichen Warmzeit da angebaut worden sei. Wein wird aber auch heutzutage in England angebaut. Man kann aus solchen Anekdoten nicht ableiten, daß es damals sonderlich warm gewesen wäre. Viel besser verbürgt ist die "kleine Eiszeit". Hier läßt sich auch mit dem Maunder-Minimum ein Zusammenhang zu Sonnenaktivitäten herstellen. Weder mittelalterliche Warmzeit noch "kleine Eiszeit" bieten aber eine Erklärung für den aktuellen Klimaverlauf.