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Kalter Winter, heißer Sommer … Warum? II. Jens Christian Heuer

with one comment

Besser und anschaulicher kann man das Wetter kaum erklären, als es der Autor Herr Puls in seinem Gastbeitrag hier getan hat! Kompliment!!

Eine interessante und wichtige Frage läßt der Autor aber leider offen:

Wie und warum ändern sich eigentlich die relativen Häufigkeiten der Wetterlagen? Ist wirklich alles nur der reine Zufall im Wechselspiel des chaotischen Systems Atmosphäre, wie Herr Puls meint, oder  spielt bei den Entscheidungen für eine Wetterlage der Klimawandel vielleicht doch eine Rolle?

Um an diese Fragen mit einer gewissen Aussicht auf Erfolg heranzugehen, benötigen wir erst einmal ein paar wichtige meteorologische Grundlagen:

Die Meteorologen sprechen von einer meridionalen Luftzirkulation, wenn infolge einer stark mäandernden Höhenluftströmung (Jetstream) die  warmen und kalten Luftmassen vorwiegend entlang der Längengrade (Meridiane) transportiert werden. Kalte Luftmassen stoßen weit nach Süden  vor äquatorwärts; im Gegenzug aber auch warme Luftmassen weit nach Norden polwärts.

Bei einer zonalen Luftzirkulation mäandert der Jetstream dagegen nur schwach, und die Luftmassen bewegen sich von West nach Ost entlang der Breitengrade. Da die Höhenströmung die Zugbahnen der außertropischen dynamischen Tiefdruckgebiete bestimmt, gelangt eines nach dem anderen nach Europa, stets mit milder und feuchter  Atlantikluft „im Gepäck“.

Die gemischte Luftzirkulation hat meridionale und zonale Anteile.

Dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen als abwärts bzw. aufwärts gerichtete Wirbel unterschiedlicher Drehrichtung aus kleinen Unregelmäßigkeiten (Konvergenzen und Divergenzen) in der Höhenluftströmung (Jetstream), wenn deren Strömungsgeschwindigkeit einen kritischen Wert überschreitet.

Abb. 1  Ein kleiner Gebirgsbach als Modell für die Höhenströmung und für die Entstehung von Hoch- und Tiefdruckwirbeln. Quelle: Wikipedia

Wie das Ganze funktioniert kann man sich am Modell eines kleinen Gebirgsbaches klar machen: Zunächst, bei nur geringem Gefälle, fließt er ruhig und regelmäßig (laminare Strömung). Wenn das Gefälle größer wird, nimmt  die  Geschwindigkeit der Strömung entsprechend zu. Überschreitet die Strömungsgeschwindigkeit schließlich einen kritischen Wert, so entstehen plötzlich Wirbel bilden, welche mit der Strömung davongetragen werden und die Strömung wird zunehmend turbulent.Tiefdruckwirbel 1

Abb. 2  Struktur eines dynamischen Tiefdruckgebietes: Innerhalb der aufwärtsgerichteten Tiefdruckwirbel bilden sich Wolken, da die Luftmassen gehoben werden und dabei abkühlen bis die Luftfeuchtigkeit kondensiert. An der Warmfront, wo die warme Luft langsam über die kältere Luft nach oben gleitet, bildet sich eine Schichtbewölkung (Stratus) und häufig regnet es über längere Zeit (Landregen). In größeren Höhen, wo es kalt genug ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft holen die vorauseilende Warmluft ein, da letztere sich wegen ihrer Aufstiegstendenz langsamer vorwärts bewegt. Die Warmluft wird so nach und nach von der Kaltluft durchdrungen und erfährt dabei, da sie leichter ist, einen starken Auftrieb (labile Luftschichtung). Durch  Konvektion entwickelt sich eine ausgeprägte Quellbewölkung mit kräftigen Winden, starken Regenfällen und oft auch Gewittern. Hinter der Kaltfront bildet sich eine zelluläre Bewölkung, wenn die nachfolgende Kaltluft über eine wärmere Land- oder Meeresoberfläche strömt. Es entstehen zahlreiche Konvektionszellen, in denen sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Quellwolken bilden. Quelle: Geo Special Nr. 2 Wetter 1982

Ebenso wie der kleine Gebirgsbach, wird auch der Jetstream durch ein Gefälle angetrieben. Allerdings handelt es sich nicht um ein geographisches Gefälle, sondern um ein Temperaturgefälle an der Grenze zwischen der polaren Kaltluft und der (sub)tropischen Warmluft, der sogenannten Polarfront. Da sich eine warme Luftsäule mehr nach oben ausdehnt als eine kalte Luftsäule entspricht dem Temperaturgefälle auch ein mit der Höhe zunehmendes Druckgefälle. Dieses auf ein Temperaturgefälle zurückgehende Druckgefälle erzeugt den Jetstream und treibt ihn an. Die Luftmassen würden normalerweise dem Druckgefälle von der warmen zur kalten Luftmasse folgen, doch die Erdrotation lenkt sie zu einer westlichen Strömung ab.

Das Temperatur- und Druckgefälle zwischen polarer Kaltluft und (sub)tropischer Warmluft ändert sich mit den Jahreszeiten. Im Winter ist das Gefälle sehr groß, da die Polarregion während der Polarnacht stark auskühlt. An der Polarfront entstehen zahlreiche Tiefdruckwirbel, darunter viele Sturmtiefs. Im Sommer ist das Gefälle dagegen eher niedrig, da sich die rund um die Uhr sonnenbeschiene Polarregion deutlich erwärmt. An der Polarfront bilden sich nur wenige, zumeist schwache Tiefdruckwirbel. Stürme gibt es praktisch keine.

Der Jetstream wird jedoch nicht nur durch das Temperatur- und Druckgefälle zwischen (sub)tropischer Warmluft und polarer Kaltluft in Gang gehalten, sondern bezieht einen gewissen Teil seiner Antriebsenergie auch aus den Tiefdruckwirbeln. Diese übertragen die bei der Wolkenbildung (s.u.) frei werdende Kondensationswärme  (latente Wärme) auf den Jetstream.

Der Zustand des Jetstreams ändert sich fortlaufend. Zunächst strömt er ruhig und gleichmäßig (laminare Strömung) und mäandert nur wenig. Bei dieser rein zonalen  Luftströmung werden warme und kalte Luftmassen kaum vermengt, so daß das  Temperatur- und Druckgefälle und folglich auch die Geschwindigkeit der Strömung immer weiter zunehmen. Überschreitet die Strömungsgeschwindigkeit einen kritischen Wert, so wird der Jetstream instabil und mäandert immer stärker. Der stark schwingende Jetstream bildet sogenannte Rossby-Wellen aus, deren Wellentäler (Höhentröge) polare Kaltluft und deren Wellenberge (Hochkeile, Höhenrücken) (sub)tropische  Warmluft enthalten.  Innerhalb der Höhentröge ist wegen des Tiefdruckeinflusses eher schlechtes Wetter zu erwarten; innerhalb der Hochkeile führt der Hochdruckeinfluß zu Wolkenauflösung und schönem Wetter. Bei einem stark mäandernden Jetstream ist die Luftströmung durch die Höhentröge und Hochkeile  meridional und sorgt für einen effektiven Temperaturausgleich.  Temperatur- und Druckgefälle und damit auch die Strömungsgeschwindigkeit des Jetstreams nehmen wieder ab. Desöfteren wird die Höhenströmung in bestimmten Abschnitten so langsam, daß sie ganz zusammenbricht. Dann lösen sich warme Hochdruckwirbel und  kalte Tiefdruckwirbel von der Höhenströmung ab („Cut Off“). Beide Druckgebilde sind dynamisch sehr stabil und können daher lange überdauern. Die warmen Hochdruckwirbel wirken wie riesige Gebirge aus Luft und blockieren alle von Westen herannahenden Tiefs, die so zu großen Umwegen gezwungen werden. In unserem Modell mit dem Gebirgsbach entspricht dem blockierenden Hoch ein Felsbrocken, den das Wasser umfließen muß, der also die Strömung mit den Wirbeln in zwei Arme teilt.

Die kalten  Tiefdruckwirbel bewegen sich als sogenannte Kaltlufttropfen (kalte Höhentiefs) unabhängig von der Höhenströmung, oft äquatorwärts bis weit in den Süden, wo sie dann oft für Unwetter sorgen.

Irgendwann regeneriert sich der Jetstream aber wieder, und der Schwingungszyklus beginnt von vorne.

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Abb. 3  Schwingungszyklus der Höhenluftströmung (Jetstream) a) zonal, b) meridional mit Hochkeilen und Höhentrogen, c) Zusammenbruch der Höhenströmung mit „Cut-off“ eines Kaltlufttropfens, d)Regeneration der Höhenströmung. Quelle: http://www.britannica.com/

Die Wetterlagen wechseln also einander ständig ab: Erst zonal, dann zunehmend meridional, später dann wieder zonal usw.usf.

Innerhalb eines solchen Zyklus können die Wetterlagen unterschiedlich lange andauern. Die Luftzirkulation kann dann auch insgesamt über längere Zeiträume hinweg eher zonal oder eher meridional geprägt sein.

Bei einer vorwiegend zonalen Luftzirkulation mit einem starken, nur schwach mäandernden Jetstream, sind die Winter milde und die Sommer eher kühl und niederschlagsreich.

Bei einer vorwiegend meridionalen Luftzirkulation mit einem stark mäandernden  Jetstream, sorgen Vorstöße polarer Kaltluft äquatorwärts in den betroffenen Regionen für ausgesprochen kalte und schneereiche Winter. Im Gegenzug bewegt sich (sub)tropische Warmluft weit polwärts, so daß in Teilen der Arktis die Winter erstaunlich milde verlaufen. Der letzte Winter 2009/2010 war in Europa, großen Teilen Asiens und an der Ostseite von Nordamerika bitterkalt und schneereich, in arktischen Regionen wie Grönland, Spitzbergen und Nordwestkanada aber ausgesprochen milde.

Die Sommer können ausgesprochen warm werden, insbesondere wenn sich durch den Zusammenbruch der Höhenströmung eine blockierende Wetterlage einstellt. Im Einflußbereich der nahezu wolkenfreien Hochkeile werden dann infolge der praktisch ungehinderten Sonneneinstrahlung oft Rekordtemperaturen erreicht (Hitzewelle). Das spektakulärste Beispiel der letzten Jahre war der langanhaltende Hitzesommer 2003, der sogenannte „Jahrtausendsommer“, als bei extrem hohen Temperauren (von bis zu 40°C !) allein in Westeuropa zehntausende von Menschen starben. Auch in diesem Sommer 2010 erleben wir in Europa wieder eine extreme Hitzewelle. In Rußland hat sie seit Anfang Juli  offenbar katastrophale Ausmaße angenommen. Die langanhaltende Trockenheit führt großflächig zu aberhunderten, immer wieder neu ausbrechenden  Torf- und Waldbränden. Die Rauchentwicklung ist gewaltig. Besonders schlimm ist es derzeit in Moskau, wo die Menschen inzwischen aufgefordert wurden, wegen der giftigen Rauchschwaden Fenster und Fenster und Türen zu schließen und ihre Wohnungen möglichst nicht mehr zu verlassen. Und das alles auch noch bei Temperaturen von  38°C und mehr. Viele Menschen leiden unter Kreislaufbeschwerden oder Atemnot. Nach vorliegenden Berichten soll die Sterblichkeit in Moskau schon 50% höher sein als normalerweise in diesen Monaten (NDR Info 07.08.2010). 

Wenn wir uns Gedanken über die unterschiedliche Häufigkeiten der Wetterlagen und die möglichen Ursachen machen, dann kommen wir vom Wetter zum Klima. 

Klima ist die Statistik des Wetters in einer bestimmten Region, oder wenn man will auch auf dem ganzen Planeten. Wenn sich diese Statistik nachhaltig verändert, dann haben wir es mit einem Klimawandel zu tun.

Wenn heute vom Klimawandel die Rede ist, so denken die meisten zu Recht an die globale Erwärmung, die aufgrund der vorliegenden Daten gut gesichert ist. Drei Kurven, die das belegen:

Abb. 4  Der sichtbare Klimawandel: a) globale Durchschnittstemperatur b) Meeresspiegel (schwarzer Teil: Pegelstandsmessungen, roter Teil: Satellitenmessungen) c) Schneebedeckung auf der Nordhalbkugel (März und April) Quelle: http://www.ipcc.ch/ (2007)

Das vor allem ein verstärkter Treibhauseffekt durch die fortlaufende Emission der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) für die globale Erwärmung verantwortlich ist, dafür spricht eine ganze Menge.

Ein Beispiel ist die Erwärmung der Troposphäre bei gleichzeitiger Abkühlung der Stratosphäre: Die von der Sonne eintreffende Strahlung geht, abgesehen von den Wolken, nahezu ungehindert durch die Atmosphäre, wird vom Erdboden absorbiert und in Wärme umgewandelt. Ein Teil dieser Wärme wird als Infrarotstrahlung wieder direkt in Richtung Weltraum abgestrahlt. Die infrarotaktiven Treibhausgase absorbieren jedoch ausgewählte Wellenlängen im Infraroten, entsprechend ihren Eigenschwingungen. Den einen Teil der so empfangenen Energie geben sie durch Zusammenstöße an andere Gasmoleküle ab und erwärmen so die Troposphäre, die untere Atmosphärenschicht in der sich das Wetter abspielt. Doch den anderen Teil geben sie als Infrarotstrahlung wieder ab, in Richtung Weltraum und als erwärmende Gegenstrahlung in Richtung Erdboden. Mehr Treibhausgase lassen also die Temperaturen am Boden und in der Troposphäre global ansteigen. Doch in der nächsthöheren Atmosphärenschicht, der Stratosphäre, da wirken die Treibhausgase abkühlend! Der Grund für diese Abkühlung ist nicht schwer zu verstehen: Die Infrarotstrahlung vom Erdboden wird von den Treibhausgasen in der Troposphäre schon (nahezu) vollständig absorbiert und kann daher die Stratosphäre nicht mehr erreichen, um sie zu erwärmen. Die Treibhausgase in der Stratosphäre werden aber durch Zusammenstöße mit benachbarten Molekülen anderer Atmosphärengase angeregt. Da die Luft in dieser großen Höhe schon sehr dünn ist, strahlen sie einen Großteil der so gewonnnenen Energie in den Weltraum ab, bevor sie durch erneute Zusammenstöße wieder an die Stratosphäre  zurückgegeben werden kann. Da diese Energie unwiderruflich verloren ist, wird die Stratosphäre kühler. Die Meßwerte der letzten Jahrzehnte zeigen nun tatsächlich im Gleichschritt mit der globalen Erwärmung der Troposphäre eine globale Abkühlung der Stratosphäre. Ein eindeutiger Beweis für die Klimawirksamkeit der Treibhausgase!

Abb.5  Satellitenmessungen zeigen: Die Troposphäre wird immer wärmer, die Stratosphäre aber immer kühler. Ein überzeugender Beweis für die Klimawirksamkeit der Treibhausgase! Quelle: http://hadobs.metoffice.com/ 

Ein weiteres Beispiel sind die Versuche, den  beobachteten globalen Temperaturanstieg mit unterschiedlich gestrickten Klimamodellen nachzuvollziehen. Wenn man allein die natürlichen äußeren Einflüsse (veränderliche Sonnenaktivität) und die internen Rückkopplungen im Klimasystem berücksichtigt, dann schaffen es die Klimamodelle einfach nicht, die tatsächlich gemessenen Veränderungen der globalen Durchschnittstemperatur realistisch abzubilden. Erst bei Einbeziehung des zusätzlichen menschengemachten Treibhauseffektes rechnen die Klimamodelle richtig. Klimamodell und Klimawirklichkeit stimmen dann erstaunlich gut überein, wie die folgende Grafik eindrucksvoll zeigt:

Abb. 6  Klimamodelle, die lediglich die natürlichen Einflüsse auf das Klima berücksichtigen, können die tatsächlich gemessenen globalen Temperaturen nicht rechnerisch nachvollziehen. Doch bei Einbeziehung der Treibhausgasemissionen durch den Menschen funktionieren die Modelle. Quelle: http://www.ipcc.ch/ (2007)

Herr Puls hält ja nicht allzu viel von Klimamodellen: Wenn schon die Wettervorhersage nur für maxiumal 10 Tage möglich ist, so fragt er, wie will man dann, wie es die Klimainstitute tun, Vorhersagen für einen Zeitraum von bis zu 100 Jahren (oder mehr) machen?

Doch Wettervorhersage und Klimamodelle sind nicht dasselbe!

Die Wettervorhersage ist ein Anfangswertproblem. Bevor man mit der Berechnung der weiteren Wetterentwicklung beginnt muß man den Ist-Zustand der Atmosphäre genau ermitteln. Dafür werden Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit usw. möglichst engmaschig gemessen. Kleinste Ungenauigkeiten, die allein schon durch die begrenzte Anzahl der Meßstationen zustande kommen, schaukeln sich in einem komplexen, stark gekoppelten, chaotischen System wie der Atmosphäre im Laufe der Zeit gewaltig auf bis der Fehler für eine sinnvolle Vorhersage einfach zu groß ist. Die möglichen Entwicklungspfade für das Wetter der Zukunft laufen selbst bei gering voneinander abweichenden Anfangsmeßwerten schon nach relativ kurzer Zeit weit auseinander. Daraus ergibt sich die Vorhersagegrenze für das Wetter.

Klima ist die Statistik des Wetters, definitionsgemäß meist über 30 Jahre. Klimamodelle können und wollen auch gar nicht das Wetter selbst vorhersagen, sondern lediglich die Häufigkeitsverteilung des Wetters und ihre Veränderung über die Zeit (Klimawandel).

Abb. 7  Bei einem Klimawandel verändert sich die statistische Wahrscheinlichkeitsverteilung des Wetters. Die Fläche unter jeder Kurve entspricht der Wahrscheinlichkeit 100% (=1). Quelle http://www.ipcc.ch/ (2001)

Klimamodelle benötigen daher nicht die genauen Anfangsbedingungen wie eine Wettervorhersage, stattdessen aber die Randbedingungen, welche das Klimasystem bestimmen. Dazu zählen die Stärke der Sonneneinstrahlung (welche vor allem von der Entfernung des Planeten zu seiner Sonne, der Bahnform und der veränderlichen Sonnenaktivität abhängig ist), die Eigenschaften des Planeten selbst (Größe (tektonische Aktivität), Neigung der Rotationsachse (entscheided mit über die Verteilung der Sonneneinstrahlung), Land-Meer-Verteilung, Eisflächen, Zusammensetzung der Atmosphäre (Treibhausgase) und die internen Rückkopplungen im Klimasystem (z.B. Eis-Albedo-Rückkopplung, Kohlenstoff- und Wasserkreislauf, Wechselwirkungen zwischen globaler Luftzirkulation und Ozeanen). So komplex und stark gekoppelt das Klimasystem auch ist, die Randbedingungen bestimmen letztendlich seine  Entwicklungsmöglichkeiten und damit auch die jeweils mögliche Statistik des Wetters. Ein Klimamodell erlaubt zwar keine Vorhersage wie die Wetterlage in einer bestimmten Region in 50 oder 100 Jahren sein wird, aber es kann die Eintrittswahrscheinlichkeiten verschiedener Wetterlagen bei sich verändernden Randbedingungen berechnen. Klimamodelle berechnen also das Klima und seinen Veränderung. Und das können sie erstaunlich gut!

Die globale Erwärmung verläuft in den verschiedenen Regionen der Erde höchst ungleichmäßig. In den Tropen, nahe am Äquator, sind die Temperaturen meist nur verhältnismäßig geringfügig angestiegen, weit überdurchschnittlich dagegen fast überall in der Arktis.

Abb. 8  Temperaturabweichungen des Jahres 2009 im Vergleich zur Referenzperiode 1951-1980. Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Diese überproportionale Erwärmung der Arktis hat vor allem mit der sogenannten Eis-Albedo-Rückkopplung zu tun:  Wenn das stark  reflektierende Meereises schmilzt, wird die Sonnenstrahlung durch die dann freiliegende dunkle Wasseroberfläche verstärkt absorbiert. Eine anfangs nur geringe Erwärmung wird so positiv verstärkt. Und das hat Folgen, denn durch die überproportionale Erwärmung der Arktis vermindert sich das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront und damit auch die Strömungsgeschwindigkeit des Jetstreams.

Im Winter begünstigt das eher eine zonale Luftzirkulation, denn die wegen des starken Temperaturgefälles in dieser Jahreszeit sehr schnelle Höhenströmung wird soweit abgebremst, daß sie nur selten die kritische Geschwindigkeit erreicht, ab der die Strömung instabil wird (und dann oft so langsam, daß sie zusammenbricht). Bei einer vorwiegend zonalen Luftzirkulation verlaufen die Winter in Europa ausgesprochen milde. Hinzu kommt noch ein weiterer wichtiger Effekt: Über den im Winter mit Schnee und Eis bedeckten Flächen kühlt die Luft besonders stark aus, so daß sich ein thermisches Kältehoch ausbildet. Dieses blockiert, wenn es stark genug ist,  die von Westen herannahenden Tiefdruckwirbel und zwingt sie dazu, auf nördlichere oder südlichere Zugbahnen auszuweichen. Durch den Rückgang der Gletscher und schneebedeckten Flächen infolge der globalen Erwärmung werden die blockierenden Kältehochs abgeschwächt, was dann wiederum zonale Wetterlagen begünstigt. Im Falle Europas wäre das winterliche Osteuropahoch betroffen. Solange es die von Westen herannahenden Tiefdruckwirbel blockiert und umlenkt, ist der Winter in Europa bitterkalt. Ist es aber zu schwach dazu, dann erlebt Europa einen sehr milden Winter.

Im Sommer dagegen, begünstigt eine weitere Verringerung des in dieser Jahreszeit sowieso schon relativ schwach ausgeprägten Temperaturgefälles an der Polarfront  eine meridionale Zirkulation. Die Höhenströmung wird dann derart langsam, daß sich blockierende Wetterlagen mit einer meridionalen Zirkulation besonders leicht einstellen können. Hitzesommer verbunden mit langanhaltender Trockenheit werden in Europa also häufiger vorkommen. 

Mildere Winter infolge einer größeren Häufigkeit zonaler Luftzirkulationsmuster und heißere Sommer durch immer mehr blockierende Wetterlagen bei meridionaler Luftzirkulation als Folge des Klimawandels. Soweit die Theorie. Und genauso waren auch die Vorhersagen der Klimamodelle, mit denen ab Anfang der 1980er Jahre versucht wurde die Folgen der globalen Erwärmung abzuschätzen. Schauen wir uns nun an, ob und falls ja, wie sich die Häufigkeit der Wetterlagen tatsächlich verändert hat. Für Mitteleuropa gibt es darüber ausreichend Daten:

Abb. 9  Relative Häufigkeit der Luftzirkulationsformen in Mitteleuropa von 1902-2000 im Winter- und Sommerhalbjahr. Quelle: http://sundoc.bibliothek.uni-halle.de/diss-online/

Im Winter sind die Wetterlagen im Laufe der Jahre danach tatsächlich zonaler geworden. Zonale und gemischte Wetterlagen (mit meridionalen und zonalen Anteilen) haben auf Kosten meridionaler Wetterlagen deutlich zugenommen. Das sind die milden Winter in den meisten der letzten Jahre.

Im Sommer hat es dagegen, wie zu erwarten, eine Zunahme meridional geprägter Wetterlagen gegeben. Das entspricht auch unserer subjektiven Erfahrung von immer mehr heißen Sommern. Hinzu kommt natürlich noch die Tatsache, daß die heißen Sommer mit zunehmendem Treibhauseffekt immer extremer ausfallen.

Als Folge der globalen Erwärmung nimmt aber auch die Wasserverdunstung zu. Durch die höhere Luftfeuchtigkeit wächst die Gefahr schwerer Unwetter mit Gewitterstürmen, Starkregen und schwerem Hagelschlag. Auch das wurde von den Klimamodellen schon lange vorhergesagt.

Abb. 10  Der 10 Jahres – Trend der spezifischen Feuchte (g/kg) von 1973-2003 zeigt fast überall eine Zunahme. Die global ansteigenden Temperaturen erhöhen die Verdunstung und damit auch die Luftfeuchtigkeit. Quelle: http://hadobs.metoffice.com/hadcruh/

Der Grund: Die höhere Luftfeuchtigkeit verstärkt die Bildung hochreichender Quellwolken, die sich zu Gewitterzellen entwickeln können. Quellwolken bilden sich immer dann, wenn warme Luftblasen in einer Umgebung aus kühler Luft aufzusteigen beginnen (warme Luft ist leichter als kalte). Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt, dehnen sich die warmen Luftblasen bei ihrem Aufstieg aus und kühlen dadurch ab bis schließlich winzige Wassertröpfchen auskondensieren und eine Wolke bilden. In großen Höhen bestehen Wolken nicht mehr aus Wassertröpfchen sondern aus Eiskristallen. Bei der Bildung der Wassertröpfchen wird Kondensationswärme frei, entsprechend der Wärmeenergie, die notwendig war, um durch Verdunstung von Wasser die Luft anzufeuchten. Diese sogenannte latente Wärme verleiht der aufsteigenden Luft zusätzlichen Auftrieb (Aufwinde) und verstärkt auf diese Weise die Wolkenbildung (positive Rückkopplung). Da die Wolken mehr Luftfeuchtigkeit enthalten bilden sie auch mehr Regen. 

Abb. 11  Hagelbildung in einer Gewitterwolke: Die wachsenden Hagelkörner werden durch den Aufwind in der Schwebe gehalten, solange sie nicht zu schwer sind. Quelle: http://www.physicalgeography.net/

Wenn sich aus Eiskristallen und unterkühlten Wassertröpfchen Hagelkörner bilden, dann erreichen diese ein größeres Gewicht, da sie von den kräftigeren Aufwinden in der Wolke länger in der Schwebe gehalten werden.

Doch warum gab es in den letzten Jahren nun doch wieder mehr kältere Winter? Daran ist vielleicht die Sonne schuld, deren Aktivität seit 2003 drastisch zurückgegeangen ist.

Abb. 12  Die Anzahl der Sonnenflecken ist ein gutes Maß für die Sonnenaktivität. Seit 2003 ist diese auf ein Minimum zurückgegangen. Anscheinend ist die Sonne gerade dabei, wieder zu erwachen. Quelle: http://www.swpc.noaa.gov/

Der Verdacht liegt nahe, da die Stärke der Sonnenaktivität einen direkten Einfluß auf das vorherrschende Muster der Luftzirkulation ausübt. Das funktioniert vor allem über die Stratosphäre, der wir uns deshalb noch einmal zuwenden wollen:

Die Stratosphäre enthält nur wenig Wasserdampf, dafür aber größere Mengen Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne eintreffenden Ultraviolettstrahlung absorbiert und so herausfiltert. Daher ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. 

Im Winter, während der Polarnacht, kühlt die Stratosphäre über der Polarregion aber sehr deutlich ab. Dadurch entsteht im Winter auch in der Stratosphäre ein Temperaturgefälle, das einen stratosphärischen Jetstream erzeugt. Dieser beeinflusst den darunter befindlichen troposphärischen Jetstream an der Polarfront. Ein starker stratosphärischer Jetstream stabilisiert den troposphärischen Jetstream und begünstigt so eine zonale Luftzirkulation. Ein schwacher stratosphärischer Jetstream macht dagegen  eine meridionale Luftzirkulation wahrscheinlich.

Bei einer verminderten Sonnenaktivität, wie wir sie derzeit erleben,  nimmt  die Gesamtstrahlung der Sonne nur wenig ab (deutlich unter 1%), die UV-Strahlung aber dafür umso mehr (bis zu 10% und darüber). Bei einer schwächeren UV-Einstrahlung bildet sich aber in der Stratosphäre auch weniger Ozon. Dadurch vermindert sich  das stratosphärische Temperaturgefälle, die Luftzirkulation wird eher meridional, und es gibt kältere Winter. 

Trotz der paar kühleren Winter in den letzten Jahren lagen und liegen die globalen Durchschnittstemperaturen aber noch immer deutlich über dem langjährigen Mittel (1961-1990). 

Der Einfluß der Sonne überlagert also bestenfalls ein wenig den ansonsten ungebrochen ansteigenden Trend der globalen Durchschnittstemperaturen. Trotz schwacher Sonne könnte der Sommer 2010 durchaus ein „Jahrtausendhitzesommer“werden. Das wäre dann nach 2003 schon der Zweite innerhalb von 7 Jahren! Und es ist ja nur eine Frage der Zeit, wann die Sonne wieder aktiver wird!

F a z i t : Einzelne Wetterlagen haben wirklich nichts mit dem Klimawandel zu tun. Doch wenn sich die Statistik der Wetterlagen verändert, dann sieht das schon ganz anders aus. Insbesondere der Trend zu Hitzesommern mit blockierenden Wetterlagen ist ein klares Signal für einen Klimawandel hin zu einer wärmeren Erde. Es ist leider zu befürchten, daß schon in absehbarer Zeit „Jahrtausendsommer“ wie 2003 (und vielleicht auch 2010) mehr die Regel als die Ausnahme sein werden. Und dabei ist auch das CO2 im Spiel!

Jens Christian Heuer

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Written by jenschristianheuer

August 9, 2010 at 6:12 pm

Veröffentlicht in Klimadebatte

Kalter Winter, heißer Sommer … warum? I. Klaus-Eckart Puls

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Sowohl beim vergangenen kalten Winter 2009/10 als auch beim derzeitigen heißen Sommer in Mitteleuropa handelt es sich um Ergebnisse normaler(!) meteorologischer Prozesse und Wetterlagen. Mit irgendeiner „Klima-Katastrophe“ hat weder der vergangene kalte Winter noch der jetzige heiße Sommer auch nur das Geringste zu tun, und mit CO2  schon ganz und gar nicht !

Die Atmosphären-Strömung „arbeitet“ in Wellen und Wirbeln. D i e s e  leisten in der Atmosphäre die Energie-Umsätze und Energie-Transporte.

In unseren gemäßigten Breiten haben wir es zu etwa 80% des Jahres mit einer mehr oder weniger mäandernden West-Wind-Strömung in den höheren Luftschichten zu tun, wobei als dynamisches Bezugs-Niveau häufig die 500-Hektopascal-Fläche (keine “Ebene“) in ca. 5000 m Höhe benutzt wird.

Das Wetter am Erdboden (also “in Augenhöhe“) mit seinen Tiefs, Fronten, Hochs …. ist „ein Abfall-Produkt“ dieser Höhenströmung. Die Druckgebilde und Wetter-Fronten entstehen als Folge von Konfluenzen (Konvergenzen) und Difluenzen (Divergenzen) in dieser Höhenströmung  – auch Jetstream genannt:

 

Abb. 1  Entstehung von dynamischen Hoch- und Tiefdruckgebieten. Quelle: Klaus Eckart Puls (2007)

Höhenströmung und „Boden-Wetter“ werden von den sogenannten Zirkulations-Modellen der weltweiten Wetterdienste mit guter Genauigkeit für ca. eine Woche prognostiziert. Dabei wird der sogenannte deterministische Anteil dieser physikalischen Prozesse für die Wetterprognosen herausgearbeitet, während mit zunehmender zeitlicher Rechen-Distanz zum Ausgangszustand der unbestimmbare (stochastische) Anteil mehr und mehr überwiegt !

D a h e r  geht man derzeit davon aus, daß aus physikalischen Gründen (Chaos-Theorie der Atmosphäre) auch in den nächsten Jahrzehnten (Jahrhunderten?) eine Vorhersagbarkeitsgrenze von ca. 10 Tagen kaum überschritten werden kann.

Schon aus diesen Gründen ist es eine ungeheuere Anmaßung der Klima-Institute, Klima (und damit letztlich Wetter) für 100 Jahre im voraus berechnen zu wollen !! (….selbst auch dann, wenn dieser Vergleich physikalisch etwas „hinkt“).

Zu eigentlichen Kernfrage, warum mal sehr kalt und mal sehr heiß : 

Wenn die Höhenwind-Strömung weitgehend West-Ost ausgerichtet ist, dann wird mit den Tiefs und ihren Fronten atlantisch temperierte Luft nach Europa gesteuert:

Abb. 2  Westlage mit einer von West nach Ost ausgerichteten Höhenströmung. Quelle: http://www.wetterzentrale.de/

Das hat zur Folge, daß die Winter in Mitteleuropa mild und die Sommer kühl und regnerisch sind.

Die mehr oder weniger ausgeprägten Mäander der („wetter-steuernden“!) Höhenströmung nennt man wegen ihres globalen/planetaren Auftretens in der meteorologischen Fachsprache „Planetarische Wellen“ (nach ihrem Entdecker auch: ROSSBY-Wellen). Dort, wo ein „Wellenbauch“ ist, entsteht ein Hochdruck-Keil ; dort, wo ein „Wellental“ ist, den die Meteorologen  TROG nennen, haben wir tiefen Luftdruck  –  b e i d e s  in „allen“ Höhenschichten bis zum Boden, mehr oder weniger.

Auf den Westseiten der Tröge, auch Rückseiten genannt (…und damit am Ostabhang der Keile) wird Kaltluft von höheren (nördlichen) Gefilden in niedere Breiten transportiert (am Boden: „Kaltfronten“) ; auf den Ostseiten der Tröge und folglich an den West-Flanken der Hochkeile wird Warmluft von niederen (südlicheren) Breiten nach Norden transportiert  – Warmluft-Advektion! 

In dieser Zirkulation überwiegen hemisphärisch/global „Wellen-Zahlen“ von 5…6…7, seltener 3 oder 4. Bei geringeren Wellen-Zahlen (also 3…4…5) neigt die atmosphärische Strömung aus physikalischen Gründen („stehende Wellen“) zu einer Verlangsamung des West-Ost-Weiterwanderns bis hin zum „Stillstand“  – in der Meteorologie BLOCKIERUNG  genannt.  

D a n n  verstärken sich Hochkeile und Tröge noch, w o m i t  sich die Zufuhr von kalter bzw. warmer Luft intensiviert, je nachdem, in welcher Region wir uns unter der Höhenströmung und der sich daraus ergebenden Bodenströmung befinden.

F o l g l i c h : Es gibt im globalen Maßstab gleichzeitig (!!) immer Regionen, in denen es   (im Vergleich zum meteorologischen Langzeit-Mittel) entweder „zu kalt“  o d e r  eben „zu warm“ ist !!

Genau dieses Strömungsmuster einer BLOCKIERUNGS-Wetterlage („Blockierung“ gegen die „normale“ Westdrift) hatte sowohl unseren Winter 2009/2010 bestimmt, …

Abb. 3  Blockierungswetterlage im Winter 2009/2010.  Quelle: http://www.wetterzentrale.de/

… als auch unseren Sommer 2010 in den ersten drei Juli-Wochen.  

 

Abb.4  Blockierungswetterlage im Sommer 2010. Quelle: http://www.wetterzentrale.de/

Der einzige Unterschied  – betreffend den vergangenen Winter und den Juli-Sommer 2010  – ist  d e r ,  daß der blockierende Hochkeil im letzten Winter 2009/2010 mehr oder weniger über dem Ostatlantik lag, mit einer  ständigen „vorderseitigen“ Kaltluft-Polarluft-Advektion nach Mittel- und Osteuropa (TROG),  w o g e g e n  der Hochkeil im Juli 2010 über dem mittleren bis östlichen Europa lag.

D a s  hatte zur Folge, daß an der Westflanke dieses Hochkeils und gleichermaßen auf der Ostflanke („Vorderseite“) des „stationären“ ostatlantischen Tiefdruck-Troges subtropische Warmluft nach West- und Mittel-Europa geführt wurde !

W a r u m  die Atmosphäre sich in machen Jahreszeiten für eine solche “Blockierung“ entscheidet, oder eben  –  wie z.B. in “normalen“ Sommern –  für eine Atlantische Westdrift mit Regen und kühler Luft (wie mehr oder weniger in den Sommern 2007-2009), das ist nicht bekannt.

So ist auch ein kausaler Zusammenhang nicht gesichert, wenn ein warmer  Sommer auf einen kalten Winter folgt, oder umgekehrt. In der überwiegenden Zahl der Fälle passiert das nämlich nicht.

Gleichermaßen gibt es für entsprechende Jahreszeiten-Prognosen weiterhin kein wissenschaftlich abgesichertes Verfahren.

Interessant ist jedoch, daß diese Zirkulations-Muster der Blockierungen bzw. der sommerlichen West-Wind-Regen-Drift tief in der Erfahrung unseren Vorfahren verankert ist, und in der Bauern-Regel vom “Siebenschläfer“ ihren Niederschlag gefunden hat. 

F a z i t : Dieses alles sind meteorologische Prozesse und Wetterlagen, mit irgendeiner „Klima-Katastrophe“ hat weder der vergangene kalte Winter noch der jetzige heiße Sommer auch nur das Geringste zu tun, und mit CO2  schon ganz und gar nicht !!!!!

Dipl.-Meteorologe Klaus-Eckart Puls

Alle Gastbeiträge geben nur die persönlichen Ansichten der Autoren wieder, nicht aber die von Weltenwetter!

Written by jenschristianheuer

August 8, 2010 at 12:00 pm

Veröffentlicht in Klimadebatte

Schneechaos – Klimawandel auf Eis?

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Am Dienstag, den 12. Januar 2010 zeigte der Nachrichtensender n-tv in der Reihe „Das Duell“ ein Streitgespräch zwischen Prof. Horst Malberg, dem ehemaligen Direktor des Meteorologischen Instituts der Freien Universität Berlin und der Mathematikerin, GRÜNEN-Politikerin und ehemaligen Umweltministerin von Nordrhein-Westfalen Bärbel Höhn. Die von Heiner Bremer moderierte Sendung stand unter der Überschrift:

„Schneechaos – Klimawandel auf Eis?“

Auf der einen Seite ein sehr gut aufgelegter Prof.Malberg, der seine wissenschaftlichen Argumente auch für den Laien gut verständlich vortrug; auf der anderen Seite eine engagierte Bärbel Höhn, die das Thema eher von der politischen Seite anging. Beide Kontrahenten gingen fair miteinander um und liessen den jeweils anderen ausreden, leider keine Selbstverständlichkeit mehr bei kontroversen Diskussionen im Fernsehen.

Prof. Horst Malberg und Bärbel Höhn, GRÜNE Quelle: Wetter Journal, http://nuv-online.de/

Malberg erklärte nach einer kurzen Einleitung durch den Moderator sehr schön das Zustandekommen der augenblicklichen winterlichen Wetterlage und wie das Tief Daisy für den Schnee sorgte. Das Tief bildete sich über dem Mittelmeer, nahm dort viel Feuchtigkeit auf und zog dann (mit der Höhenströmung) nach Norden, wo es dann den vielen Schnee ablud.  (vgl. Das Tief Daisy und der Schnee). Dann ging er auf die bestimmende Rolle des Islandtiefs für unser Wettergeschehen ein. Ein kräftiges Islandtief sorgt für eine westliche Strömung relativ warmer atlantischer Meeresluft und damit auch für milde Winter (zonale Luftzirkulation). Schwächelt das Islandtief so bleibt die mildernde westliche Strömung aus, und das Russische Kältehoch bekommt die Überhand. Dann sorgt Sibirische Kaltluft aus dem Osten dafür, daß es bei uns harte Winter gibt (meridionale Zirkulation). Dieser Wechsel der Stärke des Islandtiefs, die sogenannte Nordatlantische Oszillation, ist der entscheidende Taktgeber für Wetter und Klima bei uns in Europa, so Malberg. Zurzeit haben wir ein schwaches (oder gar kein) Islandtief und deshalb auch einen kalten Winter.

Malberg erklärte dann die aus seiner Sicht (fast alles) entscheidende Rolle der Sonne für unser Klima und die Auswirkungen der natürlicherweise schwankenden Sonnenaktivität, welche sich wiederum an der Zahl der Sonnenflecken ablesen lässt.

Für Prof. Malberg ist die Sonne hauptsächlich für den Klimawandel verantwortlich. Treibhausgase spielen nur eine Nebenrolle. Quelle: SOHO, NASA

Bei seinen Untersuchungen, für die er die Hand ins Feuer legen könne, habe er nicht nur wie die Wissenschaftlern des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change,Weltklimarat) eine 150 Jahre zurückreichende globale Klimareihe benutzt, sondern mitteleuropäische Klimabeobachtungen, die mehr als 300 Jahre zurückreichen. Dabei habe sich herausgestellt, daß Temperaturen und Sonnenaktivität ein paralleles Verhalten zeigen. Zu Beginn des 18.Jahrhunderts währte noch die spätmittelalterliche „Kleine Eiszeit“, die durch das Maunder-Sonnenfleckenminimum ausgelöst wurde. Damals war die Sonnenaktivität ausgesprochen gering. Im Verlauf des 18. Jahrhunderts stiegen Sonnenaktivität und Temperaturen an und erreichten um 1800 ein Maximum. Damals war es nahezu genauso warm wie in den 1990er Jahren, ohne nennenswerten anthropogenen Treibhauseffekt. Nach 1800 ging die Sonnenaktivität wieder deutlich zurück (Dalton-Sonnenfleckenminimum) und schon fielen die Temperaturen drastisch. Es wurde so kalt, daß große Teile der Getreideernten ausfielen und mitten in Europa Hungersnöte ausbrachen. Ab 1850 begann bei wieder ansteigender Sonnenaktivität, die derzeit diskutierte globale Erwärmung. Die globalen Temperaturreihen des IPCC beginnen also ausgerechnet in einer globalen Kälteperiode, die viel Not und Elend brachte. Soll diese Zeit wirklich der Maßstab für die richtige globale Temperatur sein?

Als Ergebnis seiner Untersuchungen, so Malberg, könne man 70% des derzeitigen Klimawandels mit Veränderungen der Sonnenaktivität erklären, lediglich 30% gehen danach auf das Konto anthropogener CO2-Emissionen. Frau Höhn widersprach entschieden und verwies auf die überwiegende Mehrheit der Klimaforscher, die da zu ganz anderen Ergebnissen kämen. Auch die Klimaforscher des IPCC würden die Sonne mit berücksichtigen; ihr Einfluss liege danach immerhin bei etwa 10%. aber eben nicht mehr. Die derzeitige globale Erwärmung gehe also eindeutig auf das anthropogene CO2 zurück und nicht auf die Sonne. Malberg vertrete eine absolute Einzelmeinung. Malberg bestritt das und verwies auf viele Wissenschaftler, die seine Sichtweise teilen, aber kaum gehört würden. In dem letzten Bericht des IPCC werde der Einfluss der Sonne bewußt kleingerechnet. Malberg verwies darauf, daß das IPCC in der Hauptsache kein wissenschaftliches, sondern ein politisches Gremium sei. Wissenschaftlicher, die den menschengemachten Klimawandel hinterfragen würden ausgegrenzt.seien eher unerwünscht. Malberg spielte in diesem Zusammenhang auch auf den Climategate-Skandal an. Klimadaten seien verfälscht und die Veröffentlichungen unerwünschter wissenschaftlicher Arbeiten unterbunden worden. Höhn widersprach: Die Vorwürfe wären übertrieben und änderten nichts am Grundsätzlichen. Es gebe auch kein politisches Interesse an einer besonders dramatischen Darstellung des Klimawandels, ganz im Gegenteil: Die klimawissenschaftlichen Ergebnisse seien von den am IPCC-Bericht beteiligten Politikern für den Abschlußbericht vielmehr noch entschärft worden.

Als Politikerin, so Höhn, habe sie möglichen schweren Schaden von der Bevölkerung abzuwenden. Es wäre daher einfach zu riskant, auf Einzelmeinungen wie die von Malberg zu hören und dafür die Stimmen der weltweit führenden Klimaforscher zu ignorieren.

Malberg verwies demgegenüber auf die Unsicherheit der Klimamodelle. Diese seien Versuche mit dem derzeitigen Kenntnisstand die Natur zu verstehen und daher nie perfekt. Modellergebnisse würden wie Prognosen behandelt, obwohl es in Wirklichkeit nur („wenn dann“) Szenarien sind. Es führe politisch leicht in die Irre, wenn man sich bei seinen Entscheidungen (blind) auf Simulationsrechnungen verlasse. Das zeige beispielsweise auch die derzeitige Weltwirtschafts- und Bankenkrise.

Derzeit gehen global die Temperaturen wieder zurück, so Malberg. Parallel dazu ist auch die Anzahl der Sonnenflecken zurückgegangen, zurzeit gebe es nur noch selten welche.

Szene aus der „Kleinen Eiszeit“, Pieter Brueghel the Ältere (1525-1569). Steht uns das wieder bevor? Quelle: http://www.zeno.org/Kunstwerke

Die Sonnenaktivität sei so gering, daß eher eine drastische Abkühlung drohe als eine globale Erwärmung, so Malberg weiter. Kälteperioden seien immer schlechte Zeiten für die Menschen gewesen.

Malberg und Höhn konnten aber auch inhaltliche Übereinstimmungen feststellen: Beide gehen davon aus, daß die Ressourcen fossiler Brennstoffe begrenzt sind und schon von daher ein Umstieg auf alternative Energien unbedingt anzustreben ist. Klar wurde aber auch, daß Malberg einige dieser Alternativen eher skeptisch sieht, so etwa die Sonnenenergie. Diese mache zwa durchaus Sinn, aber im Winter könne man in unseren Breiten damit nun wirklich kein Haus beheizen. Auch die immer wieder propagierten nachwachsenden Brennstoffe seien nicht unproblematisch. Die Heizung mit Holzpellets etwa, ginge mit einer erheblichen Feinstaubbelastung einher. Höhn sah das anders und verwies auf moderne Technologien, die mit derartigen Problemen fertig werden. Alternative Energien seien auch ein wichtiger Wirtschaftsfaktor und schaffen viele Arbeitsplätze, so Höhn.

Malberg betonte am Schluß noch einmal ausdrücklich, daß er für effektiven Umweltschutz eintrete. Klimaschutz sei aber eine zweifelhafte Angelegenheit, denn Klimawandel habe es immer gegeben und werde es immer geben.

Heiner Bremer moderierte die Diskussion ausgesprochen fair. Beide Kontrahenten wurden nur selten unterbrochen und konnten daher ihre Gedanken im Zusammenhang und für das Publikum nachvollziehbar darlegen. Auffällig war aber auch eine gewisse Sympathie für die Argumentation Malbergs. Dazu hat sicherlich das Verhalten der Professoren Schellhuber und Rahmsdorf mit beigetragen. Diese hatten vor einiger Zeit, worauf Bremer im Verlaufe der Sendung mehrfach hinwies, eine Einladung zu einem Streitgespräch (auf gleicher Augenhöhe) mit Prof.Malberg ausgeschlagen. Ein nicht nur für den Moderator befremdliches Verhalten!

Nach meiner Einschätzung war die Sendung sehr interessant und informativ. Sie war aber auch ein Vorbild für eine faire Diskussionskultur. Viele Fragen rund um den Klimawandel blieben aber trotzdem offen. Um diese zu besprechen hätte Prof. Malberg aber nicht auf einen Politiker, sondern auf einen anderen Klimaforscher(der nicht zu den Klimaskeptikern gehört!) treffen müssen, der es ebenso wie Malberg versteht, seine Argumente allgemeinverständlich vorzubringen und auch nicht vor kontroversen Debatten kneift. Mir fällt da spontan Prof. Mojib Latif ein. Mojib, bitte übernehmen Sie!

Jens Christian Heuer

Links:
Beiträge von Prof.Malberg in der Zeitschrift Berliner Wetterkarte
Homepage von Bärbel Höhn

Written by jenschristianheuer

Januar 14, 2010 at 12:30 am

Veröffentlicht in Klimadebatte

Der Einfluss des im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus auf das Klima der Erde

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Von den Klimaforschern des IPCC wird allerorten verbreitet, dass in der Erdgeschichte bis zum Jahr 1980 Sonnenaktivität und Temperatur synchron laufen, seit 1980 dies nicht mehr der Fall wäre und die Ursache für die Temperaturänderung, also der Erwärmung, auf das vom Menschen zusätzlich ausgebrachte Kohlenstoffdioxid (CO2) zurückzuführen sei. Als Hauptbelege werden Sonnenkurve und Mauna-Loa-CO2-Kurve herangezogen. Ich möchte nun zeigen, dass diese Ableitung falsch ist und dass auch über das Jahr 1980, bis zum heutigen Tag, Temperatur- und Sonnenaktivität synchron laufen und es für die 1980 aufgetretenen Temperaturschwankungen keines anderen Mechanismus, als die variable Sonne bedarf.

Bei den Leistungsspektren der Sonne wird üblicherweise nur der Schwabe-Zyklus herangezogen. Entweder die Sonnenfleckenrelativzahl, oder die „Schwankung in der Solarkonstanten“. Hierfür wird der Begriff TSI (Total Solar Irradiance) verwendet. Die Solarkonstante ist wie folgt definiert:

Der Mittelwert der Strahlungsintensität, welcher an der Obergrenze der Atmosphäre senkrecht auf eine Fläche von 1 m2 einfällt, wird als Solarkonstante bezeichnet. Sie beträgt an der äußeren Grenze zur Erdatmosphäre pro Minute etwa 8 Joule/cm2 oder 1.368 W/m2.

Abb 1

Die linke Abbildung zeigt die Fleckenrelativzahl R und die rechte Abbildung den TSI. Die Sonnenfleckenrelativzahl R wurde vom Direktor des Züricher Observatoriums Rudolf Wolf eingeführt (1849). Sie wird daher auch als Wolf-Zahl bezeichnet und nach folgender Formel berechnet: R = (10 G + E). Alle auf der Sonne sichtbaren Sonnenfleckengruppen G werden gezählt, dabei ist ein isoliert sichtbarer Einzelfleck auch eine Gruppe. Dann werden nochmals alle einzelnen Flecken E gezählt, auch die bereits als Gruppe erfassten. In der rechten Abbildung ist sehr gut zu sehen, dass der derzeitige Schwabe-Zyklus ungewöhnlich lange anhält und die NASA bereits von einem Time-lack der Sonne spricht, da dass Minimum nicht enden will.

Schwabe-Zyklus

Der Aktivitätszyklus der Sonne wird Hale-Zyklus genannt und beträgt 22,1 Jahre. Dies ist der eigentliche Zyklus der Sonnenfleckenaktivität. Fleckengruppen setzen sich aus nordmagnetischen und südmagnetischen Flecken zusammen, die bipolar angeordnet sind (Abbildung ). Während eines 11-jährigen Zyklus (Schwabe-Zyklus: 8 – 15 Jahre, nach dem Astronom Samuel Heinrich Schwabe, der diesen Zyklus als erster entdeckte) laufen bei der Rotation der Sonne entweder die Nordpole oder die Südpole ständig voraus. Nach 11 Jahren kehrt sich diese Polarität um.

Sol 1 Sonnenflecken DLR

Sonnenflecken Quelle: http://www.dlr.de/

Es vergehen also zwei 11-jährige Zyklen, bis die gleiche Anordnung wieder erscheint. Wie aus Untersuchungen bekannt, zeichnet sich der Hale-Zyklus auf der Erde z.B. deutlich in der Lufttemperatur Mittelenglands und im Dürre-Index der U.S.A. ab.

Der Schwabe-Zyklus bestimmt die Sonnenfleckenaktivität, die zu einem Teil die Energieabgabe der Sonne schwächt, weil die Fleckentemperatur um ca. 2.000 °C niedriger liegt als die übliche Sonnentemperatur von 5.500 °C (knapp 5.800 Kelvin), die Flecken also die Sonne sozusagen abdunkeln und zum anderen Fall, aufgrund der magnetischen Aktivität und die dadurch auftretenden sog. Sonnenfackeln, die abgestrahlte Sonnenenergie erhöhen. Da die Temperatur und damit die enthaltene Energie in den Fackeln deutlich höher ist, als die Energieminderung durch die „Abdunkelung“ der Sonnenfläche durch die Sonnenflecken, ist die Energieabgabe der Sonne im Fleckenzeiten höher. Die folgenden Abbildungen zeigen die Auswirkungen von Flecken und Fackeln auf die Leuchtkraft der Sonne, bezogen auf einen normierten prozentualen Wert.

Abb 2 

Quelle: Max-Planck-Institut für Aeronomie, Katlenburg-Lindau

Zur Handhabung der abgestrahlten Sonnenenergie wurde die Solarkonstante eingeführt.

Die Solarkonstante schwankt im Mittel zwischen ruhiger (Schwabeminimum) und aktiver Sonne (Schwabemaximum) zwischen 1-2%. Die Solarkonstante selbst, wird aus dem Stefan- Boltzmann-Gesetz abgeleitet und für eine Oberflächentemperatur der Sonne von 5.800 Kelvin ermittelt. Der eingangs erwähnte Mittelwert von 1.368 W/m2 ist rein statistisch zu betrachten, da die Erde keine Kreisbahn vollzieht, sondern davon um 5 Millionen km abweicht. Die Erde hat Anfang Januar den geringsten Abstand zur Sonne (die Solarkonstante liegt dann bei 1.416 W/m2) und Anfang Juli den größten Abstand zur Sonne (die Solarkonstante beträgt dann nur noch 1.320 W/m2). Ausgerechnet im Sommer, liegt die Solarkonstante niedriger als im Winter. Dies zeigt, dass es kritisch ist, mit einem gemittelten Wert, den es gar nicht gibt, zu rechnen.

Die folgende Abbildung, sie stammt von der University of East Anglia, zeigt am Beispiel der Starkregenfälle den Einfluss des Schwabe-Zyklus auf unser Wetter.

Abb 3 

Die Abbildung zeigt die periodischen Schwankungen der Regenfälle im Zeitraum von 1961 bis 1995. Die Werte ab 1995 beruhen nicht auf Messwerten, sondern auf Vorhersagen. Deutlich ist die Schwingung des Schwabe-Zyklus erkennbar und der Anstieg des de Vries/Suess-Zyklus. Quelle: UEA Climatic Research Unit.

Der 208-jährige De Vries/Suess-Zyklus lässt sich hingegen nicht direkt beobachten, also auch nicht unmittelbar über Messkurven festmachen, bzw. berechnen. Er lässt sich jedoch indirekt, anhand der radioaktiven Isotope 10Be und 14C rekonstruieren.

Abb 4 

Die Abbildung zeigt zum einen, die Schwingung in den C14-Daten aus Baumringen, Quelle: Journal of the Italian Astronomical Society (http://sait.oat.ts.astro.it/MSAIt760405/PDF/2005MmSAI..76..760V.pdf), die auf den de Vries/Suess-Zyklus zurückzuführen ist und zum anderen, recht deutlich, dass derzeit (um die Jahrtausendwende) die Sonnenaktivität im Vergleichzeitraum der letzten 1.000 Jahre, außerordentlich hoch ist. Sie deckt sich damit mit der Abbildung der British Geological Survey (unten) und der Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft vom 27. Oktober 2004: “Sonne seit über 8.000 Jahren nicht mehr so aktiv wie heute.“

Tab 1

Die Tabelle zeigt die Rekonstruktion des de Vries/Suess-Zyklus aus Baumring- und Eisbohrkern-Proxys, Quelle: Australian Institute of Physiks (http://www.aip.org.au/Congress2006/625.pdf).

Beim de Vries/Suess-Zyklus handelt es sich um einen überwiegend magnetischen Aktivitätszyklus der Sonne. Punktuell erkennt man dessen Aktivität an der Häufigkeit und Höhe von magnetischen Auswürfen der Sonne, also der magnetischen Sonnenstürme.

Abb 5

 Die Abbildung zeigt die Änderung der magnetischen Stürme auf der Sonne von 1867 bis 2007 (blau, die grüne Linie zeigt den Trend von 1900 – 2005) und den 11-jährigen Schwabe-Zyklus. Es ist deutlich erkennbar, dass der Schwabe-Zyklus und der Gleißberg-Zyklus (Maximum während des 19. Schwabe-Zykluses), der den Schwabe-Zyklus antreibt, zwar mit den relativen Maxima der magnetischen Stürme korreliert, nicht aber mit deren steigender Tendenz, diese steht in Relation zum de Vries/Suess-Zyklus. Ergänzt nach Quelle: British Geological Survey (http://www.geomag.bgs.ac.uk/earthmag.html)

Seine Auswirkungen auf unser Wetter/Klima sind vielschichtiger als die des Schwabe-Zyklus, weil beim Schwabe-Zyklus nur der geringe Teil betrachtet wird, der auf der Erdoberfläche, bzw. der Troposphäre ankommt, bzw. aus der nach Stefan/Boltzmann integrierten Oberflächentemperatur von 5.800 Kelvin stammt, beim de Vries/Suess-Zyklus jedoch das ganze Leistungsspektrum, weil dieser durch seine Wechselwirkungen mit der kosmischen Strahlung und seiner Auswirkungen in der oberen Atmosphäre das Wetter und somit das Klima auf der Erde indirekt stark beeinflusst. So liegen maßgebliche Energieinhalte der Sonnenstrahlung nicht im sichtbaren Licht (Solarkonstante bei 5.800 Kelvin)- oder Infraortbereich, sondern im Röntgen- bis Ultraviolettbereich. Die Temperatur der Sonnenatmosphäre liegt bei ca. 100.000 Kelvin und die der magnetischen Auswürfe bei mehreren Millionen Kelvin.

All diese Energie, die in der Solarkonstanten nicht beinhaltet ist, erreicht aber die Erde und moderiert direkt oder indirekt deren Klima. Zum Vergleich, die Sonnenaktivität schwankt im Röntgenbereich zwischen Minimum und Maximum um bis das 100-fache. Diese Wellenlängen erreichen wegen der Erdatmosphäre und dem Strahlungsgürtel der Erde zwar nicht die Erdoberfläche oder die Troposphäre, moderieren aber über die Stratosphäre (UV-Anteil), Troposphäre (UVA) und die Abschirmung der Erde vor kosmischer Strahlung das Wetter/Klima.

Abb 6

Die Abbildung links zeigt den atmosphärischen 14C-Gehalt anhand von Baumringen (Pearson et al. 1986) und von Flachwasserkorallen (Bard et al. 1993). Die Datenreihe zeigt deutlich einen 200-Jahres-Zyklus, was nur auf die Sonne zurückzuführen ist. Quelle: (http://www.science.uottawa.ca/~eih/ch8/ch8.htm). Die Abbildung rechts zeigt die 30-jährig gleitende Temperaturkurve von 1701 – 2005. In der Temperaturkurve ist exakt der 208- jährige de Vries/Suess-Zyklus abgebildet. Der de Vries/Suess-Zyklus hatte um 2002/2003 sein Maximum, als die Temperaturen ihren Höchststand erreichten. Das letzte Temperaturmaximum war in den 90er-Jahren des 18. Jahrhunderts, genau im Maximum des de Vries/Suess-Zyklus! Auch gleichen sich beide Maxima in ihrer Doppelspitze frappierend.

Wie der Gleißberg-Zyklus den Schwabe-Zyklus moderiert, so wird der de Vries/Suess-Zyklus von einem „übergeordneten“ Zyklus, dem Hallstatt-Zyklus moderiert, folgende Abbildung.

Abb 7

Die Abbildung zeigt den Hallstatt-Zyklus von 10.000 BP bis heute.  Er korreliert mit größeren Eisvorstößen in Europa um 7.100, 5.500, 2.800 BP und der Kleinen Eiszeit! Quelle: United States Geological Survey.

Der de Vries/Suess-Zyklus hatte sein letztes Maximum um 2002/2003, genau zu dem Zeitpunkt, als die globalen Temperaturen auf der Erde (und den anderen Planeten des Sonnensystems) ihr Maximum erreichten. Die starke magn. Aktivität der Sonne, die sich in Sonneneruptionen auswirkt und mit dem Anstieg und dem Maxima des de Vries/Suess-Zyklus synchron läuft, veranlasste den Sonnenforscher der NASA, David Hathaway in 2005 (als z.B. in der Presse viel über die Hitzetoten des Sommers zu hören war) zu der Aussage: “Das Solare Minimum explodiert – Das Solare Minimum sieht seltsamerweise aus wie ein solares Maximum“  (http://science.nasa.gov/headlines/y2005/15sep_solarminexplodes.htm), folgende Abbildung rechts. Wenn die erwähnten Hitzetoten im Sommer 2005 auf das Klima zurückzuführen sind, dann auf die Sonne (de Vries/Suess-Zyklus).

 Abb 8

Die Abbildung links zeigt die Mega-Eruption am 05. Nov. 2003 um 09:22, Quelle: NASA/ESA und die rechte Abbildung die Verteilung der Flares im Schwabe-Zyklus, Quelle: David Hathaway, NASA. So kann es nicht verwundern, dass die stärksten je gemessenen Sonneneruptionen zu Beginn dieses Jahrtausends auftraten (04. April 2001, Anfang November 2003, mit einem Wert von größer X20). Mega-Flares werden mit einem “X“ bezeichnet und die Stärke der Eruption mit einer Zahl angegeben.

Wie stark der de Vries/Suess-Zyklus mit dem Klima in Relation steht, zeigen die drei folgenden Abbildungen.

Abb 9

Die Abbildung zeigt über die letzten 1.200 Jahre den de Vries/Suess-Zyklus und die mittelalterliche Warmperiode, sowie die Kleine Eiszeit mit dem Wolf- Spörer- und Maunder-Minimum, Quelle: (http://www.co2science.org/articles/V11/N23/EDIT.php). Bereits in dieser Abbildung wird deutlich, dass diese Epochen mit dem de Vries/Suess-Zyklus in direkter Korrelation stehen.

 Abb 10

Die Abbildung zeigt neben den Sonnengruppen (Schwabe-Zyklus), die Schwankung (Schwingung) des Atmosphären- 10Be und 14C-Gehalts aus Baumring- und Eisbohrkern-Proxys und dazu die Klimaschwankungen der letzten 1.000 Jahre, Quelle: (http://www.freerepublic.com/focus/f-news/2038883/posts). Sie bestätigt die vorherige Abbildung. Abb 11

Die Abbildung zeigt die Kälteperioden der letzten 1.000 Jahre (ergänzt nach Quelle: United States Geological Survey). Anmerkung: Der Temperaturanstieg (dessen Form und Steigung) unserer Zeit zeigt frappierende Ähnlichkeit mit Rückgang des 14C-Gehalts der vorherigen Abbildung unter http://www.co2science.org! Da dieser Rückgang einzig auf den de Vries/Suess-Zyklus zurückzuführen ist, ist der gemessene Temperaturanstieg zum Ausgang des 20. Jahrhunderts und zu Beginn des Jahrtausends auf den de Vries/Suess-Zyklus und damit auf die Sonne zurückzuführen.

Die vorherigen Abbildungen zeigen ganz deutlich, dass, sowohl die aktuelle Klimaperiode, als auch die Klimaperioden der letzten 1.200 Jahre auf die Sonne zurückzuführen sind und explizit mit dem de Vries/Suess-Zyklus synchron laufen. Sie zeigen auch, dass nach jedem Maximum des de Vries/Suess-Zyklus die Temperaturen deutlich fallen, so wie wir dies jetzt wieder erleben, folgende Abbildung.

Abb 12 

Die Abbildung zeigt die Temperaturentwicklung von 1979 – 2008, Quelle: University of Alabama, Huntsville.

Quo vadis Temperatur?

Entgegen den Prognosen des IPCC, ist anhand der aktuellen Temperaturentwicklung und dem aufgezeigten Klimazusammenhang mit dem de Vries/Suess-Zyklus, mit deutlich fallenden Temperaturen für die nächste Jahrzehnte zu rechnen. Die NASA geht z.B. davon aus (wenn sich dort auch nicht auf einen so langen Zeitraum festgelegt wird) und das Space and Science Research Center (SSRC) in Orlando (http://www.spaceandscience.net/id16.html), Pressemitteilung vom 02.01.2008. Betrachten wir uns daher die Sonnenbeobachtungen während der letzten Maxima im de Vries/Suess-Zyklus genauer.

 Abb 13

Das Muster in der Sonnenzyklenlänge gleicht derzeit sehr stark dem im letzten Maximum des de Vries/Suess-Zyklus. Anschließend begann damals mit dem Dalton-Minimum eine Kälteperiode, in der die Mitteltemperaturen um 1 – 2°C fielen.

Was hat nun auf einmal die Sonnenzyklenlänge (Schwabe-Zyklus) mit der Temperatur auf der Erde zu tun, ganz einfach, je länger ein Zyklus dauert, umso weniger Zyklen gibt es pro Jahrhundert und umso geringer ist deren integrierte Intensität der Sonneneinstrahlung auf die Erde. Des Weiteren gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen Zykluslänge und Höhe des nächsten Maximums im Schwabe-Zyklus – je länger der Zyklus, um so geringer die nächste Sonnenaktivität. Der Zusammenhang zwischen Zykluslänge und Temperatur zeigt die folgende Abbildung:

Abb 14

Die Abbildung zeigt deutlich, dass die Länge der Sonnenzyklen umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Je kürzer die Länge, desto höher die Temperatur, Quelle: ( http://www.intellicast.com/Community/ Content.aspx?ref=rss&a=130). Zur Ermittlung der Relation wurden die Temperaturdaten des Armagh-Observatoriums (Irland) verwendet, weil dieses mit die längsten Temperaturaufzeichnungen hat und somit besonders gut geeignet ist.

Die nächste Betrachtung bezieht sich auf Maximum des de Vries/Suess-Zyklus zu Beginn des 17. Jahrhunderts.

 Abb 15

Die Abbildung gibt die Sonnenbeobachtung seit 1610 (Erfindung des Fernrohrs) wider. Es ist schon frappierend, wie sich das Muster der Sonnenaktivität zu Beginn der Kleinen Eiszeit (Zwischen 1672 und 1704 wurde kein einziger Sonnenfleck beobachtet. Die Zeit wurde nach dem britischen Astronom Edward Maunder das Maunder-Minimum genannt.), mit dem des ausgehenden 20. Jahrhunderts gleicht. Die grüne Kurve zeigt die seit 1749 kontinuierlich gemessenen Monatswerte, die rote Kurve zeigt sporadische Beobachtungen. (1) hohes  Maximum.  (2) Zwischenminimum,  (3) erneutes Maximum.

 

Mögliche physikalische Erklärung – wie hängen die unterschiedlichen Sonnenzyklen zusammen?

Die Sonnenflecken und mit ihnen, die magnetische Aktivität der Sonne lassen sich aus der sog. Babcock-Theorie erklären, folgende Abbildung.

Babcock_model

• Zu Beginn des Zyklus vertikale Feldlinien in großer Tiefe.

• Die differentielle Rotation „wickelt“ die Feldlinien um die Sonne.

• Die Feldstärke wird dadurch verstärkt.

• Starke Flussröhren steigen auf und bilden dadurch die Sonnenflecken.

• Am Ende des Zyklus neutralisieren sich die am Äquator entgegen gesetzten Felder.

Die Dynamotheorie nach Babcock besagt, dass sich am Ende des Zyklus, die am Äquator entgegen gesetzten Felder neutralisieren. Diese Neutralisierung läuft umso länger, je stärker der vorherige Zyklus war, da dessen erzeugte Energie zuerst abgebaut werden muss, bevor sich Felder mit entgegen gesetzter magnetischer Polarität bilden können. Der Dynamo läuft sozusagen nach, vergleichbar mit einem realen Dynamo oder einer schnell laufenden Maschine, die umso länger ihre Drehrichtung beibehält, bzw. sich einer Änderung widersetzt, je höher ihre Geschwindigkeit, oder allgemein, je höher ihr erreichtes potentielles Energieniveau ist.

Bei einem Dynamo ist das abgegebene Magnetfeld äquivalent zum Drehimpuls, d.h. je höher die Drehgeschwindigkeit, umso höher die magnetische Energie. Folgt nach einem Maximum eine Verringerung und anschließend eine Polumkehr, so verhindert die sog. Lenzsche Regel (siehe unten) die Flussänderung umso mehr, je höher das vorherige Maximum war.

Weiter ist zu berücksichtigen, dass bei einem neuen Schwabe-Zyklus, die magnetische Polarität der Sonnenflecken gedreht ist. Damit es zu einer Drehung der magn. Polarität kommt, muss eine Umkehrung der Fließrichtung der magnetischen Massen, die letztendlich die Polarität bestimmen, stattfinden. Es setzt im Sonnenmantel eine Veränderung der Fließrichtung in den dortigen Schichten untereinander ein. In der Gesamtheit wirken also zwei Kräfte gegeneinander, die eine, die das bisherige System angetrieben hat und die andere, die das System umstellen möchte. Ist die vorherige Kraft besonders groß gewesen, so hat es die „neue“ Kraft schwer, dieses Moment aufzuheben. Vorher kann keine Änderung des Gesamtsystems erfolgen. Bildhaft kann man sich zwei Walzen vorstellen, die im Sonnenmantel wirken. Die untere (massereichere und trägere) verkörpert den de Vries/Suess-Zyklus und die obere(n) kleinere(n) den Schwabe-Zyklus. Die oberen Drehwalzen werden immer wieder von der unteren (die wegen ihrer hohen Intensität noch läuft und zwar in entgegen gesetzter Richtung) abgebremst, wobei sich gesamt die Kräfte aufheben, bzw. abschwächen.

Auf die Sonnenaktivität und den ausbleibenden 24. Sonnenzyklus heißt dies konkret, dass der 24. Zyklus so gut wie „ausfällt“ – extrem flach, mit einem geringen Wert der Sonnenfleckenrelativzahl von deutlich unter 100. Dies sind Werte, wie sie letztmalig im 17.- und 19. Jahrhundert, während des Maunder-Minimums, bzw. des Dalton-Minimums auftraten. So zeigen z.B. die Messdaten des NASA-Satelliten “Ulysses“, dass der Sonnenwind, der als Folge magnetischer Aktivität variiert, so schwach ist wie seit 50 Jahren nicht mehr. Es ist daher davon auszugehen, dass auf der Erde bald wieder ähnliche Temperaturen herrschen, wie im Dalton Minimum.

 

30_11_Lenz%27s_law

Lenzsche Regel http://www.physics.sjsu.edu/ 

Nach der Lenzschen Regel wird durch eine Änderung des magnetischen Flusses durch eine Leiterschleife (Abbildung) eine Spannung induziert, so dass der dadurch fließende Strom ein Magnetfeld erzeugt, welches der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt. Die Regel basiert auf dem russischen Physiker Heinrich Lenz.

Die Lenzsche Regel sagt also aus, dass der induzierte Strom eine Änderung des magnetischen Flusses zu verhindern sucht. Allgemein versucht ein elektro-magnetisches System, seinen momentanen Zustand beizubehalten.

Raimund Leistenschneider

Gastbeiträge geben nur die persönlichen Ansichten des Autors wieder und  nicht diejenigen des Blogs Weltenwetter!

Written by jenschristianheuer

Juli 30, 2009 at 10:30 am

Veröffentlicht in Klimadebatte, Klimawandel

Die Argumente der Klimaskeptiker

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Die Klimaskeptiker

In letzter Zeit werden in der Öffentlichkeit zunehmend Stimmen laut, die einen menschengemachten Klimawandel, in Richtung einer globalen Erwärmung mit möglicherweise katastrophalen Folgen für unsere Lebensbedingungen auf der Erde, grundsätzlich bestreiten. Nicht der Mensch, sondern die Natur bestimme das Klima, so lässt sich die Kernthese der sogenannten Klimaskeptiker zusammenfassen. Alle Klimaschutzmassnahmen sind reine Geldverschwendung, behindern lediglich den wirtschaftlichen Fortschritt und gefährden darüber hinaus auch noch die persönliche Freiheit der Menschen, heisst es. Mit dieser Ansicht stehen die Klimaskeptiker allerdings gegen die Mehrheit der Wissenschaftler, insbesondere der hauptberuflichen Klimaforscher. Von Politik und veröffentlichter Meinung werden die klimaskeptischen Argumente daher oft ignoriert oder einfach nicht ernst genommen. Das muss aber noch lange nicht heissen, dass die Klimaskeptiker Unrecht haben, denn auch die Mehrheit kann schliesslich irren. In letzter Zeit gewannen die Klimaskeptiker in der Öffentlichkeit sogar an Boden. Eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter auch einige Meteorologen und Klimaforscher bekannte sich offen zu klimaskeptischen Ansichten und gründete, unter der Führung  des anerkannten amerikanischen Atmosphärenphysikers Prof. Fred. Singer, einen Nongovernmental International Panel on Climate Change (Internationale Nichtregierungskommission zum Klimawandel, NIPCC). Diese Organisationveröffentlichte  im März 2008 einen Klimareport, der dem offiziellen Bericht des von der UNO eingesetzten Weltklimarates, des International Panel on Climate Change (Internationale Regierungskomission zum Klimawandel, IPCC) aus dem Jahre 2007 direkt widersprach. Das IPCC hatte darin zum wiederholten Male vor den verhängnisvollen Folgen eines menschengemachten Klimawandels eindringlich gewarnt.

Schauen wir uns nun die wichtigsten Argumente der Klimaskeptiker einmal näher an.

Die Argumente

1. Kritik des Treibhauseffekts

Einige Klimaskeptiker bestreiten rundweg, dass es einen atmosphärischen Treibhauseffekt durch Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O), Ozon (O3) überhaupt gibt. Eine Erwärmung der Erdoberfläche durch die in den meisten Fällen kälteren Treibhausgase widerspreche dem 2.Hauptsatz der Thermodynamik. Dieser  beschreibt die auch aus dem Alltag bekannte Tatsache, dass Wärme stets von der wärmeren auf die kältere Substanz übergeht, aber niemals umgekehrt. 

Kann der Treibhauseffekt also überhaupt funktionieren? Sehen wir genauer hin:  Die Strahlung der Sonne wird vom Erdboden absorbiert und in Wärme umgewandelt. Der Erdboden heizt einerseits von unten die Atmosphäre, gibt andererseits aber auch einen Teil der Wärme direkt als Infrarotstrahlung wieder in Richtung Weltraum ab. Davon absorbieren aber die infrarotaktiven Treibhausgase wiederum bestimmte ausgewählte Wellenlängen, welche ihren jeweils möglichen Eigenschwingungen entsprechen. Einen Grossteil der so empfangenen Energie geben sie durch Zusammenstösse an Nachbarmoleküle ab, und die Atmosphäre erwärmt sich. Die Treibhausgase strahlen aber auch im Infraroten, einen Teil  die Erde in Richtung Weltraum, den anderen Teil als Gegenstrahlung  in Richtung Erdboden. Insbesondere die infrarote Gegenstrahlung aus höheren Luftschichten erreicht aber nicht direkt den Erdboden, sondern wird unterwegs durch noch nicht angeregte Treibhausgasmoleküle absorbiert. Diese geben anschliessend ihrerseits wieder Infrarotstrahlung mit den gleichen Wellenlängen ab, die zuvor absorbiert wurden. Nach und nach arbeitet sich die Gegenstrahlung nach unten durch, um dann aus maximal einigen hundert Metern Höhe direkt den Erdboden zu erreichen. In dieser Höhe ist der Temperaturunterschied zum Erdboden oft nicht mehr sehr gross.

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Energiebilanz der Erde Quelle: NOAA

Und was passiert dort? Die Energie der Moleküle des Erdbodens ist entsprechend der Bodentemperatur statistisch verteilt, wobei Wechselwirkungen der Moleküle untereinander auch eine wichtige Rolle spielen. Die durchschnittliche Energieverteilung der Moleküle definiert also  die Temperatur des Erdbodens. Dasselbe gilt analog für die Moleküle der Treibhausgase, aber mit einer Energieverteilung hin zu niedrigeren Werten, da die Treibhausgase kühler sind als der Erdboden. Die Infrarotphotonen der Gegenstrahlung sind dementsprechend im Durchschnitt energieärmer. Treffen sie nun auf den Erdboden, so können sie dort nur Moleküle mit noch niedrigerer Energie anregen, was aber für eine Erwärmung ausreicht, verschiebt sich dadurch doch die statistische  Energieverteilung aller Moleküle des Erdbodens zu höheren Werten.

Die Wärme fliesst so im Endeffekt eindeutig vom wärmeren Erdboden zur kühleren Atmosphäre mit den Treibhausgasen und dann weiter in Richtung Weltraum. Demnach funktioniert der Treibhauseffekt sehr gut, denn der 2. Hauptsatz der Thermodynamik wird nicht verletzt! 

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Die infrarote Gegenstrahlung durc die Treibhausgase läaast sich messen. Die Abbildung zeigt sehr schön die Übereinstimmung von Computermodell und Wirklichkeit. Bei bedecktem Himmel ist die Gegenstrahlung deutlich stärker, weil Wolken ebenfalls die infrarote Abstrahlung des Erdbodens absorbieren. Im Gegensatz zu den nur bei bestimmten Wellenlängen infrarotaktiven Treibhausgasen sind Wolken aber kontinuierlich infrarotaktiv und erzielen aher auch einen deutlich stärkeren Treibhauseffekt. Quelle: Wikipedia

Der durch die infrarote Gegenstrahlung der Treibhausgase zusätzlich erwärmte Erdboden gibt dann dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Wärme ab; als Infrarotstrahlung   in den Weltraum, mit Wellenlängen bei denen die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster), aber auch direkt an die unteren Luftschichten, wodurch wiederum die Konvektion (Luftumwälzung) zunimmt. Letztendlich stellt sich  ein neues Gleichgewicht von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe auf einem höherem Temperaturniveau ein.

Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig (überproportional) verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von CO2 in der Luft zu, so wird es zunächst nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit (H2O) aufnehmen. H2O ist aber ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als CO2 und verstärkt so den anfangs relativ geringen Treibhauseffekt des CO2. Ohne Treibhausgase würde auf der Erde eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von nur -18°C herrschen, zu kalt für höheres Leben. Mit Treibhausgasen sind es jedoch lebensfreundliche +15°C.

Diese sogenannte Wasserdampfverstärkung sorgt dafür, dass bei einer Verdopplung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre gegenüber dem vorindustriellen Niveau (280 ppm, parts per million), die globale Durchschnittstemperatur nicht nur um 1°C, sondern um mindestens das Doppelte ansteigt. Die Wirksamkeit dieser Wasserdampfverstärkung wird durch den amerikanischen Klimaforscher Prof. Richard Lindzen, der übrigens den Treibhauseffekt ausdrücklich bejaht, mit seiner Iris-Hypothese infrage gestellt.

2. Wolken bremsen die globale Erwärmung

Richard Lindzen, Professor der Meteorologie am Massachusetts Institute of Technology (MIT) befasste sich mit der Wasserdampfverstärkung und wählte für seine Untersuchungen die pazifische Region der Tropen, wo die Wassertemperaturen des Ozeans im Durchschnitt besonders hoch sind.

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Prof. Richard Lindzen Quelle: http://www.flickr.com/

Dabei konnte er zeigen, dass die Luftfeuchtigkeit in der Troposphäre -der untersten Atmosphärenschicht, in der sich das meiste Wettergeschehen abspielt- dort am höchsten ist, wo sich auch die meisten Wolken bilden. Wolken sind demnach also die Hauptquellen für Luftfeuchtigkeit.

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Wolken bilden sich, wenn erwärmte, durch Wasserverdunstung feuchte Luft aufsteigt und abkühlt bis bei Erreichen des Kondensationsniveaus winzige Wassertröpfchen entstehen, die zusammen die Wolke bilden. Die dabei  freigesetzte Kondensationswärme (latente Wärme) entspricht der Wärmeenergie, die zuvor notwendig war, um das Wasser zu verdunsten. Diese latente Wärme gibt der aufsteigenden Luft zusätzlichen Auftrieb und verstärkt so noch die Wolkenbildung. Diese funktioniert aber nur dann richtig, wenn kleine Partikel als Kondensationskeime für die Wolkentröpfchen vorhanden sind.  Je mehr Kondensationskeime vorhanden sind, umso kleiner sind die Wassertröpfchen und umso heller daher die Wolke. Bei den Kondensationskeimen kann es sich um Minerale,  Staub- und Russteilchen,  Sulfataerosole, aber auch um biologische Materialien handeln. Über den Tropen bilden sich in hochreichenden Konvektionszellen mächtige Cumuluswolken (Gewitterquellwolken) mit einem  „Amboss“ aus Cirruswolken (Cirrenschirm). Immer wieder gibt es heftige Niederschläge, oft auch mit Hagel. Die unterhalb des Amboss absinkende und sich dabei erwärmende Luft bremst das Wachstum darunter befindlicher kleinerer Cumuluswolken. Die absinkenden Luftmassen unter dem Amboss wirken so als Sperrschicht (Inversion). Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Lindzen fand durch die Auswertung von Satellitendaten und -bildern heraus, dass mit zunehmenden Wassertemperaturen der Anteil der hohen Eiswolken (Cirrus) im Verhältnis zu den dazugehörenden niedrigeren Quellwolken (Cumulus)zurückgeht.

Da Cumuluswolken abkühlend, Cirruswolken aber erwärmend wirken, ist das gleichbedeutend mit einer negativen Rückkopplung, welche der auslösenden Erwärmung der Wasseroberfläche entgegenwirkt. Das ist so ähnlich wie bei einer Irisblende, die sich bei zunehmendem Lichteinfall immer weiter schliesst und so eine Überbelichtung verhindert.

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Wirkung der Wolken: Bei den verschiedenen Wolkenarten überwiegt entweder die abkühlende oder die erwärmende Wirkung: Die Wassertröpfchen in der Konvektionszone einer Quellwolke reflektieren die Sonnenstrahlen fast vollständig und wirken daher abkühlend. Die Eiswolken des Amboss (Cirrenschirm) lassen zwar das meiste Sonnenlicht hindurch, absorbieren aber sehr effektiv die Infrarotstrahlung vom Boden und erwärmen sich dabei. Ein erheblicher Teil der Wärme erreicht als infrarote Gegenstrahlung wieder den Erdboden, nur ein verhältnismäsig kleiner  Rest wird in den Weltraum abgestrahlt, da die Wolkenoberseite sehr kalt ist. Cirruswolken wirken daher insgesamt gesehen erwärmend. Die tiefen geschichteten Quellwolken unterhalb des Amboss reflektieren genauso wie die hohen Quellwolken der Konvektionszone das Sonnenlicht sehr gut, absorbieren aber auch die Infrarotstrahlung vom Erdboden. Da diese tiefen Wolken aber wegen ihrer warmen Oberseite davon praktisch genau soviel in den Weltraum abstrahlen, wie sie als Gegenstrahlung zum Erdboden zurückschicken, überwiegt eindeutig die abkühlende Wirkung dieser tiefen Wolken. In den wolkenfreien und trockenen Regionen wird das meiste Sonnenlicht von der Erdoberfläche absorbiert, andererseits erreicht die folgende Infrarotabstrahlung aber auch nahezu ungehindert den Weltraum. Quelle:  http://earthobservatory.nasa.gov/

Lindzen erklärt den Rückgang der Cirruswolken bei zunehmenden Wassertemperaturen mit einer beschleunigten Bildung von Regentropfen in den Konvektionszellen der dazugehörigen Quellwolken. Die Regentropfen wachsen natürlich umso schneller, je mehr Luftfeuchtigkeit zur Verfügung steht. Überschreiten die Tropfen jedoch ein kritisches Gewicht, so können sie nicht mehr von den Aufwinden innerhalb der Konvektionszone der Wolke in grössere Höhen getragen werden, um zu gefrieren und als Material für die hohen Cirruswolken zu dienen.

Lindzen geht davon aus, dass der von ihm gefundene Iris-Effekt den Effekt der Wasserdampfverstärkung in etwa aufhebt, so dass nur noch ein 1°C Temperturanstieg bei CO2-Verdopplung übrigbleibt.

Eine im Jahre 2007 veröffentlichte Studie von Klimaforschern an der University of Alabama in Huntsville bestätigt eindrucksvoll den Iris-Effekt nach Lindzen. Das Wissenschaftlerteam untersuchte das Auftreten regelmässiger 30-60 Tage währender Temperaturschwankungen in den Tropen („intraseasonal oscillations“)anhand von Wettersatellitenaufzeichnungen über 6 Jahre. Immer wenn die Wasser-und Lufttemperaturen anstiegen und die Niederschläge zunahmen, ging der Anteil der Cirruswolken relativ zu den Cumuluswolken zurück. Anschliessend kam es dann jeweils zu einer Abkühlung.

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Temperaturveränderungen während 9 besonders ausgeprägter „intraseasonal oscillations“ in den Tropen:  Nach dem Temperaturanstieg geht die Anzahl der hohen Eiswolken (Cirren, blau) zurück, die Anzahl der tieferen Wasserwolken (Cumulus, grün) nimmt dagegen zu.Eine eindrucksvolle Bestätigung des Iris-Effekts nach Lindzen! Quelle: Geophysical Research Letters on-line edition: Cirrus disappearance: Warming might thin heat-trapping cloudsr Roy Spencer, Dr. John R. Christy, Dr. W. Danny Braswell, and Dr. Justin Hnilo (2007).

Nach Schätzungen der Wissenschaftler könnte der Iris-Effekt bis zu 75% der globalen Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase in der Atmosphäre (wie sie die Zukunftsszenarien der gängigen Klimamodelle voraussagen) rückgängig machen, vor allem dann, wenn dieser Effekt auch bei den Wolken außertropischer Tiefdruckgebiete auftreten sollte (http://www.uah.edu/News/newsread.php?newsID=875 und http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071102152636.htm).

Der Iris-Effekt ist also Realität und muss daher unbedingt in einem funktionierenden Klimamodell Berücksichtigung finden. Doch wie stark er wirklich ist bleibt trotzdem eine offene Frage. Denn ohne Zweifel hat es in der Vergangenheit der Erde immer wieder Temperaturanstiege von deutlich mehr als 1°C gegeben. Das spricht dafür, dass die Wasserdampfverstärkung doch überwiegt. Ein möglicher Grund ist die wesentlich geringere flächenmässige Ausdehnung der hohen Cumuluswolken im Vergleich zu ihren Cirrenschirmen. Das bedeutet dann automatisch auch, dass die  Abkühlung durch die Cumuluswolken geringer ausfällt als die Erwärmung durch die dazugehörigen Cirrenschirme.

Ein weiterer Grund ist die Zunahme der Luftfeuchtigkeit  bei ansteigenden Wassertemperaturen auch in den wolkenfreien Regionen, auch wenn diese nicht so deutlich ausfällt wie im Bereich der Quellwolken (s.o.), denn kein Iris-Effekt kann hier die Wasserdampfverstärkung kompensieren.

Trotzdem hat der Iris-Effekt die Wasserdampfverstärkung stets soweit gebremst, dass bei global ansteigenden Temperaturen ein galoppierender Treibhauseffekt („run away greenhouse effect“), bei dem die Erde und ihr Leben zwangsläufig den Hitzetod gestorben wären, glücklicherweise bis heute ausgeblieben ist.

3. Die Hockey-Stick-Kurve, lange als schlagender Beweis der menschengemachten globalen Erwärmung gehandelt, beruht auf  einer fehlerhaften Auswertung von Klimadaten und ist damit hinfällig.

Für die Erstellung der Hockey-Stick-Kurve, die in ihrer Form an einen Hockeyschläger erinnert (daher der Name)wurden Klimadaten der letzten Jahrhunderte aus vielen Quellen herangezogen, darunter Messdaten von Wetterstationen, aber vor allem auch indirekte Daten aus Sedimenten, Eisbohrkernuntersuchungen oder Baumringen. Es ergab sich eine globale Temperaturkurve,die über lange Zeit einen relativ gleichmässigen Verlauf zeigte, um dann ab dem 20. Jahrhundert plötzlich stark anzusteigen. Damit unterstützte die Kurve natürlich eindeutig die These von der menschengemachten globalen Erwärmung,vor allem dann, wenn man die gleichzeitig ansteigende Konzentration von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre hinzunahm.

Die umstrittene Hockey – Stick-Kurve.  Quelle: IPCC

Die Hockey-Stick Kurve geriet aber wegen der verwendeten statistischen Methoden in die Kritik. Es wurden systematische Fehler bei der computergestützten Auswertung der Klimadaten und der Mittelwertbildung nachgewiesen, ja sogar ein Programmfehler in der verwendeten Software (Wikipedia). Dadurch wurden die Temperaturen im mittelalterlichen Klimaoptimum im Vergleich zu den aktuellen Werten unterschätzt. Andere Temperaturrekonstruktionen der letzten 1000 Jahre, die zumindest nach bisheriger Kenntnis derartige statistischen Fehler nicht enthalten, zeigen aber trotz höherer Temperaturen während des mittelalterlichen Klimaoptimums, ähnlich wie die Hockey-Stick-Kurve einen beispiellosen globalen Temperaturanstieg in den letzten Jahrzehnten.

  

Neuere Temperaturrekonstruktion der letzten 1000 Jahre für die Nordhalbkugel Quelle: IPCC

Die Grundaussage der Hockey-Stick-Kurve scheint am Ende doch zu stimmen!

4. Eisbohrkernuntersuchungen aus der Antarktis zeigen, dass die Temperaturkurve stets der CO2-Kurve vorauseilt. Da das Treibhausgas CO2 also offensichtlich nicht die Temperaturen steuert, sondern eher umgekehrt, sind Zweifel an der Klimawirksamkeit des CO2 angebracht.

Die Eisbohrkerne zeigen genau das, was die meisten Klimaforscher vorher schon länger erwartet hatten: In der Vergangenheit waren die Treibhausgase nicht das auslösende Moment des Klimawandels, sondern die Milankovich-Zyklen. Diese bewirken geringe Änderungen bei der Stärke und der Verteilung der Sonneneinstrahlung, welche dann durch Treibhausgase, aber auch andere Rückkopplungsmechanismen verstärkt werden. 

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Die Auswertung von Eisbohrkernen aus der Antarktis zeigt. Bei Eis- und Warmzeiten gehen die Temperaturveränderungen der Veränderung bei den Treibhausgasen CO2 und CH4 um jeweils  500 bis 1500 Jahre voraus und nicht etwa umgekehrt!  Die Treibhausgase sind also ist nicht Auslöser, sondern Verstärker globaler Temperaturänderungen. Quelle:  http://www.mpimet.mpg.de/ (Marotzke)

Wird etwa die Sommersonne  auf der Nordhalbkugel zu schwach, um auf den Kontinenten den Schnee und das Eis des vorangegangenen Winters abzuschmelzen, so wächst die Polkappe bis in mittlere Breiten. Dadurch wird mehr Sonnenlicht reflektiert und es wird kälter (Eis-Albedo-Rückkopplung).  Auf der Südhalbkugel gibt es in mittleren Breiten aber nur wenig Landmassen, auf denen sich Schnee halten und mit der Zeit zu Gletschern werden kann. Die Polkappe können sich daher nicht wie auf der Nordhalbkugel bis in mittlere Breiten ausdehnen, so dass sie bei mehr Sonneneinstrahlung auch nur wenig schrumpfen kann.  Die Nordhalbkugel kühlt infolgedessen mehr ab, als sich die Südhalbkugel erwärmt. Das führt insgesamt gesehen zu einer veringerten Freisetzung der Treibhausgase CO2 und CH4 aus den Ozeanen (und aus Sümpfen).  Der dadurch verringerte Treibhauseffekt globalisiert und verstärkt die Abkühlung. So wird es am Ende überall auf der Erde deutlich kälter. 

Das Beispiel zeigt: Nur durch die verstärkende Wirkung der  Treibhausgase lässt sich das tatsächlich feststellbare  Ausmass der Temperaturschwankungen zwischen Eis- und Warmzeiten erklären. 

Milankovich

Milankovich-Zyklen sind periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, welche durch die Schwerkrafteinwirkung anderer Planeten unseres  Sonnensystems verursacht werden. Dadurch ändert sich erstens die Bahn der Erde selbst. Sie ist einmal mehr elliptisch und dann wieder beinahe kreisförmig (hohe und niedrige Exzentrizität). Das hat natürlich Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung. Zweitens ändert sich der Neigungswinkel der Rotationsachse zur Senkrechten auf der Bahnebene, d.h. die Erde neigt sich mal mehr und mal weniger zur Sonne hin. Die Jahreszeiten sind dann mal mehr und mal weniger ausgeprägt. Und drittens taumelt die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne wie ein sich drehender Kreisel (Präzession). Dadurch herrscht auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel) einmal Sommer (Winter), wenn die Erde den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn erreicht und das andere Mal sind die Rollen von Nord- und Südhalbkugel vertauscht. Die Winter und Sommer auf den Erdhalbkugeln fallen dann jeweils wärmer oder kälter aus. Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de 

Die Milankovich-Zyklen sind also der Taktgeber, und die Treibhausgase gehören zu den Verstärkern des Klimawandels! Durch die vom Menschen zusätzlich in die Atmosphäre entlassenen Treibhausgase wird dieser natürliche Klimawandel  höchstwahrscheinlich übersteuert. 

Während der gesamten Erdgeschichte war insbesondere das Treibhausgas CO2 an der Aufrechterhaltung lebensfreundlicher Bedingungen entscheidend beteiligt. Vor 3-4 Milliarden Jahren schien die Sonne um fast 30% schwächer als heute. Noch vor 1 Milliarde Jahren waren es immerhin noch 10%. Das hat mit der Art und Weise zu tun, wie die Sonne ihre Energie erzeugt. Im Sonneninneren finden bei ungeheuren Temperaturen und Druckverhältnissen Kernverschmelzungsreaktionen statt, bei denen Masse direkt in Energie umgewandelt wird (Massendefekt). Dabei verschmelzen zunächst nur Wasserstoffkerne zu Heliumkernen (Kernfusion), später entstehen auch schwerere Elemente. Mit der Zeit wird der Kern der Sonne so immer schwerer und verdichtet sich. Das verstärkt wiederum die Kernverschmelzungsprozesse, wodurch die Energieerzeugung und Strahlkraft der Sonne zunehmen.

Trotz der früher deutlich schwächer strahlenden Sonne erstarrte die Erde niemals entgültig zu einem Eisball, sondern bot mit durchschnittlichen Temperaturen stets über dem Gefrierpunkt immer ein lebensfreundliches Klima. Ja teilweise war es sogar deutlich wärmer als heute, wie etwa in der Zeit der Dinosaurier, obwohl auch damals die Sonne noch immer ein paar Prozentpunkte schwächer war. Die Erklärung dafür hat vor allem mit dem Treibhausgas CO2 zu tun, wovon es früher in der Erdatmosphäre deutlich mehr gab als heute. Mit zunehmender Strahlkraft der Sonne nahm gleichzeitig die CO2- Konzentration ab und zwar genau so, dass die Temperaturen immer lebensfreundlich blieben. Dies beruht nun aber nicht auf einem unwahrscheinlichen Zufall, sondern findet in der Funktionsweise des langfristigen geologischen Kohlenstoffkreislaufes eine plausible Erklärung: CO2 ist in Form von Kohlensäure wasserlöslich und wird deshalb durch Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen. Kohlensäure reagiert mit Silikatgesteinen zu wasserlöslichen Hydrogencarbonaten und bewirkt so eine chemische Gesteinverwitterung. Die Hydrogencarbonate gelangen über den Wasserkreislauf auch in die Ozeane, wo sich nach ausreichender Konzentrierung bei Anwesenheit von Calcium-Ionen unlösliche Calciumcarbonat-Sedimente bilden. Dieser Prozess wird durch kalkschalenbildende Meeresorganismen beschleunigt. Durch diese Verwitterungs- und Ablagerungsvorgänge sinkt natürlich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Das Calciumcarbonat gelangt durch Subduktion (Unterschiebung) im Rahmen der kontinentalen Plattentektonik ins Erdinnere. Bei den dort herrschenden hohen Temperaturen und Drücken wird das Calciumcarbonat zu Calciumsilikat umgesetzt. Dabei wird wieder gasförmiges CO2 frei, das sich zunächst im flüssigen Magma löst, um dann später durch Vulkanausbrüche wieder in die Atmosphäre freigesetzt zu werden. Mit zunehmenden Temperaturen, infolge der stärker strahlenden Sonne, regnete es mehr, da die Wasserverdunstung zunahm. Dadurch intensivierte sich die chemische Gesteinverwitterung und die CO2-Konzentration nahm ab und damit auch der Treibhauseffekt. Deshalb blieben die globalen Temperaturen trotz der allmälich stärker strahlenden Sonne im lebensfreundlichen Bereich.

5. Die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre nimmt zu, und trotzdem sinkt seit einigen Jahren die globale Durchschnittstemperatur wieder. Das spricht gegen einen nennenswerten Einfluss von CO2 auf das Weltklima.

Kein Klimaforscher, der an den Berichten des IPCC beteiligt war, hat jemals behauptet, dass CO2  oder die anderen Treibhausgase das Weltklima allein steuern, weder in der Vergangenheit noch der Gegenwart. Stattdessen wird von einem Zusammenspiel externer Faktoren wie der Sonne und interner Rückkopplungen des Klimasystems ausgegangen, bei denen neben den Treibhausgasen auch viele andere Faktoren eine wichtige Rolle spielen.

Glob Temp bis 2008

 

Globale Durchschnittstemperatur 1850-2008 Quelle: Met Office Hadley Centre

Von daher darf es nicht überraschen, wenn es vorübergehend zu einer Entkopplung zwischen CO2  und globaler Durchschnittstemperatur kommt. So war es in den Jahren 1940-1975 und so ist es anscheinend auch wieder seit 1998. Diese vorübergehenden Abkühlungsphasen sind auf natürliche Schwankungen im Klimasystem zurückzuführen.

Die wichtigsten natürlichen Einflussfaktoren auf das Klima in Stichworten:

A. Die Atlantische Multidekaden Oszillation (AMO) beruht auf einer alle 20-30 Jahre auftretenden Veränderung in der thermohalinen Zirkulation des Golfstroms, wodurch sich die Temperaturen des Nordatlantik deutlich verändern.  Wie alle Meeresströmungen wird auch der Golfstrom  durch Winde, aber auch durch Veränderungen von Temperatur und Salzgehalt des Meereswassers  angetrieben (thermohaline Zirkulation).

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Golfstrom: Die warme und turbulente Meeresströmung bildet immer wieder Wirbel aus, insbesondere da, wo mit kalten Meeresströmungen aus dem Norden zusammentrifft. Quelle: http://idw-online.de/

Das vom Äquator zu den Polen strömende Warmwasser gibt seine Wärme nach und nach an die darüberliegenden Luftschichten ab. Infolge der Verdunstung erhöht sich darüber hinaus der Salzgehalt des Wassers stetig.  Durch beide Vorgänge nimmt die Dichte des Wassers solange zu, bis es in abwärtsgerichteten Wirbeln abzusinken beginnt. Solche Absinkzonen befinden sich beispielweise südlich von Grönland und bei Island. Die Bildung von kaltem und salzhaltigem Tiefenwasser, welches wieder in Richtung Äquator strömt, verstärkt ihrerseits wie eine Pumpe die Meeresströmung.  Die vom Golfstrom erwärmte feuchte Meeresluft gelangt mit den in mittleren Breiten vorherrschenden Westwinden (und ihren nach Osten ziehenden Tiefdruckwirbeln) nach Europa und sorgt dort für ein mildes Klima. Eine Abschwächung des Golfstroms (negative AMO) bedeutet also eine deutliche Abkühlung. Eine Verstärkung des Golfstroms (positive AMO) wirkt dagegen erwärmend.

B. Die Nordatlantische Oszillation (NAO )ist eine Druckschaukel zwischen dem Islandtief im Norden und dem Azorenhoch im Süden des Nordatlantik mit grossem Einfluss auf das Klima in vielen Regionen auf der Nordhalbkugel.

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Positive Phase: Islandtief und Azorenhoch sind stark und treiben gemeinsam den Jetstream sosehr an, dass dieser stabil bleibt und nur wenig mäandert. Es bilden sich zahlreiche und kräftige Sturmtiefs, die mit den Westwinden nach  Nord-, West- und Mitteleuropa gelangen und unter ihren Zugbahnen für ein mildes, feuchtes und wechselhaftes Wetter sorgen (zonale Luftzirkulation). Nur einige wenige Sturmtiefs erreichen den ansonsten trockenen Mittelmeerraum. Das starke Azorenhoch als Bestandteil des subtropischen Hochdruckgürtels bringt Nordostpassate, die an der westafrikanischen Küste kaltes Tiefenwasser hervorquellen lassen. Die Temperaturen des Oberflächenwassers im Nordatlantik sinken, so dass sich hier weniger weniger tropische Wirbelstürme bilden können. Der stabile, nur schwach mäandernde Jetstream schliesst die polare Kaltluft wie eine Mauer ein, so dass nur selten Kaltluft in den Süden vorstossen kann.

Negative Phase: Islandtief und Azorenhoch sind schwach. Der Jetstream ist instabil, mäandert deutlich stärker und bringt nur relativ wenige und im Durchschnitt auch schwächere Sturmtiefs hervor. Die Westwinde kommen immer wieder teilweise zum Erliegen. Ausgedehnte blockierende Hochs lenken die Sturmtiefs in den Mittelmeerraum um, wo es deutlich feuchter wird. In West- und Mitteleuropa bleibt es häufig trocken, da delich weniger Sturmtiefs dorthin gelangen. Insbesondere im Winter kommt es wegen des instabilen Jetstreams immer wieder zu Kaltluftausbrüchen. Umgekehrt gelangt aber auch immer wieder Warmluft bis weit in den Norden (meridionale Zirkulation). Die Nordostpassate sind relativ schwach, die Wassertemperaturen im Nordatlantik steigen, und das begünstigt wiederum die Entstehung tropischer Wirbelstürme. Quelle: http://airmap.unh.edu/

C. Die Pazifische Dekadische Oszillation (PDO) geht mit alle 20-30 Jahre abrupt wechselnden   Wassertemperaturen sowohl im zentralen Nordpazifik als auch vor der nordamerikanischen Pazifikküste einher. Ein positiver PDO-Index wirkt erwärmend, ein negativer PDO-Index abkühlend.

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Positive Phase: Der zentralen Nordpazifik ist kalt, die Westküste Nordamerikas und der östliche Südpazifik dagegen warm. Über dem kalten Oberflächenwasser des zentralen Nordpazifik bildet der Jetstream relativ leicht einen Höhentrog aus, in dem sich ein kräftiges Aleutentief (bei der Inselgruppe der Aleuten zwischen Nordamerika und Asien) entwickelt , welches tropische Warmluft in den Nordwestpazifik bis hoch in den Norden lenkt. Über den Regionen der nordamerikanischen Westküste liegt dann ein Hochkeil, der für warmes und trockenes Wetter sorgt. Im Osten Nordamerikas liegt dann wieder ein Trog mit Tiefs, die Schlechtwetter bringen.

Negative Phase: In der negativen Phase sind die Verhältnisse genau umgekehrt: Der zentrale Nordpazifik ist warm, der östliche Südpazifik und die nordamerikanische Westküste eher kühl. Über dem warmen Oberflächenwasser des zentralen Nordpazifik bildet der Jetstream nun häufig einen Hochkeil. Das Aleutentief bleibt daher schwach oder fehlt ganz. So gelangt kaum Warmluft in den Norden. Über der Westküste Nordamerikas liegt ein Trog mit Tiefs, die für mildes und feuchtes, aber auch wechselhaftes Wetter sorgen. Über dem östlichen Nordamerika folgt dann meistens wieder ein Hochkeil mit schönem Wetter. Quelle: http://jisao.washington.edu/

D. Das ENSO – Phänomen scheint mit der PDO zusammenzuhängen, ist aber deutlich kurzfristiger. Die El Nino – Phase führt über eine Erwärmung des Oberflächenwassers im tropischen Pazifik zu einem vorübergehenden globalen Temperaturanstieg. In der La Nina – Phase läuft alles genau umgekehrt. El Nino ähnelt einer positiven, La Nina einer negativen PDO.

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La Nina: Sehr starke Passatwinde treiben das warme pazifische Oberflächenwasser westwärts, wodurch an den Westküsten Nord- und Südamerikas kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser hervorquillt und der Pazifik in weiten Bereichen kühler wird.

El Nino: Sinkt aufgrund  veränderter Meeresströmungen der Druckgradient zwischen Subtropenhochs und dem äquatorialen Wärmetief der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) im Westpazifik, so werden die Passate schwächer. Dann  strömt das im Westpazifik aufgestaute warme Oberflächenwasser nach Osten zurück, wodurch die Wasseroberfläche des Pazifik grossflächig wärmer wird.

Es scheint so, als ob während einer positiven PDO die El Ninos, während einer negativen PDO hingegen die La Ninas häufiger vorkommen und auch deutlich ausgeprägter verlaufen.

All diese natürlichen Klimaschwankungen überlagern jedoch lediglich einen stetigen Aufwärtstrend bei den globalen Temperaturen. Auch bei der derzeitigen Abkühlung liegen die globalen Jahresdurchschnittstemperaturen noch immer deutlich über dem langjährigen Mittel (1961-1990)! Das Ende der globalen Erwärmung auszurufen, wie es viele Klimaskeptiker es derzeit tun, erscheint also reichlig voreilig!

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Tonumfang eines Klaviers: Die kleine Oktave enthält die tiefsten, die dreigestrichene Oktave die höchsten Töne. Quelle: http://www.hhc-ditzingen.de/

Es verhält sich mit den globalen Durchschnittstemperaturen so ähnlich wie bei einer Melodie, die mit ihren hohen und tiefen Tönen auf dem Klavier  gespielt und dann in immer höheren Oktaven (Tonlagen) wiederholt wird.

Bleibt noch nachzutragen, dass wahrscheinlich auch industrielle Sulfataerosole bei der zwischenzeitlichen Abkühlung in der Mitte des 20.Jahrhunderts mitwirkten und vielleicht auch heute wieder. In den fünfziger und sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts erlebten Europa, die USA und Japan spektakuläre Wirtschaftaufschwünge, die mit einer starken Luftverschmutzung einhergingen. Dadurch stieg die Konzentration der Sulfataerosole in der Atmosphäre. Sulfataerosole reflektieren direkt das Sonnenlicht und unterstützen als Kondensationskeime die Bildung von Wolken, welche ebenfalls das Sonnenlicht reflektieren. Eine erhöhte Anzahl an Kondensationskeimen lässt zudem bei der Kondensation mehr kleine Wassertröpfchen entstehen, wodurch die Wolken heller erscheinen und das Sonnenlicht noch mehr reflektieren. Die Sulfataerosole wirken dadurch stark abkühlend. In den siebziger Jahren brachten Umweltschutzmaßnahmen in den betreffenden Staaten einen deutlichen Rückgang der Luftverschmutzung und damit auch der Sulfataerosole. Der menschengemachte zusätzliche Treibhauseffekt konnte sich nun weitgehend durchsetzen, und die globaleDurchschnittstemperatur kletterte wieder. In den Achtzigern, vor allem aber in den neunziger Jahren begann in den asiatischen Tigerstaaten (China, Taiwan, Südkorea, Malaysia, Singapur, Vietnam und Indien) ein  gewaltiger Wirtschaftsaufschwung mit einer beispiellos schnellen, nachholenden Industrialisierung, die bis heute anhält, aber leider fast ohnef begleitende Umweltschutzmaßnahmen. Dadurch gelangten wieder mehr abkühlend wirkende Sulfataerosole in die Atmosphäre. Diese könnten durchaus bei der derzeitigen leichten Abkühlung eine Rolle spielen.

Immer mehr der hier genannten Faktoren sind natürlich auch den Klimaforschern des IPCC bekannt und werden gerade in den neueren Klimamodellen, soweit irgend möglich, miteinbezogen. Die Klimamodelle nähern sich dadurch immer mehr der komplizierten Wirklichkeit. So ist es immerhin schon möglich, viele Einzelheiten aus der Klimageschichte der Erde verblüffend genau zu simulieren. Eiszeiten und Warmzeiten werden in neuen Klimamodellen nahezu exakt so abgebildet, wie sie aus den Eisbohrkernuntersuchungen rekonstruiert wurden. Grund genug, denke ich, Klimamodellen ein gewisses, wenn auch nicht grenzenloses Vertrauen entgegenzubringen. Es erscheint kein hoffnungsloses Unterfangen mehr zu sein, glaubwürdige Zukunftsszenarien eines Klimawandels zu entwerfen.   

6. Die Sonne steuert über eine Änderung der Wolkenbedeckung das Klima. 

Die veränderliche Sonnenaktivität ist für das Klima natürlich entscheidend,  die direkten Auswirkungen sind aber trotzdem gering. Erst über die verstärkende Wirkung interner Rückkopplungsmechanismen des Klimasystems, darunter auch die Wirkungen der Treibhausgase, kommt ein erkennbarer Einfluss auf das globale Klima zustande, der aber immer nur vorübergehend ist. Deshalb gilt auch bei der Sonne das zu den anderen natürlichen Einflüssen auf das Klima schon Gesagte.

Nach Ansicht vieler, wenn nicht der meisten Klimaskeptiker, steuert die veränderliche Sonne aber doch (fast) ganz allein das Klima. Eine erhöhte Sonnenaktivität führt zur Erwärmung und umgekehrt. Ausschlaggebend soll ein indirekter Effekt sein: Die mit zunehmender Sonnenaktivität verstärkte, aus elektromagnetischen Wellen und geladenen Partikeln bestehende Sonnenstrahlung, verändert das Magnetfeld der Erde. Dadurch wird die kosmische Partikelstrahlung besser abgeschirmt, welche in beachtlichem Umfang Kondensationskeime für Wolken erzeugt. Daher gibt es weniger Wolken, die das Sonnenlicht reflektieren. Die Wolken, die sich bilden sind zudem dunkler, wodurch ihr Reflektionsvermögen noch weiter zurückgeht (s.o.). Das bewirkt eine Erwärmung des Bodens und letztlich dann der darüber befindlichen Luftschichten der Troposphäre (Svensmark, H.; Friis-Christensen,E.: Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage, a missing link in solar-terrestrial Physics; J.Atm.Sol.Terr.Phys., 59 (11), 1997, S.1225-1232). Die Treibhausgase spielen nach Ansicht der Klimaskeptiker allerhöchsten eine Nebenrolle. Diese indirekte Wirkung der Sonne auf die Wolkenbedeckung  der Erde erscheint plausibel. Allerdings gelang es bisher nicht, einen direkten Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbedeckung überzeugend nachzuweisen.

Satellitenmessungen der Wolkenbedeckung (ISCCP, International Satellite Cloud Climatology Project) zeigten nur von 1983-1993 einen Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbedeckung, danach dann aber nicht mehr. Quelle: http://www.pik-potsdam.de/~stefan/

Auch das Muster der heutzutage stattfindenden globalen Erwärmung spricht eindeutig dagegen, denn nach derzeitigem Erkenntnisstand sind die Nachttemperaturen deutlich stärker angestiegen als die Tagestemperaturen (http://www.env.gov.bc.ca/air/climate/indicat/maxmin_id1.html und  http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=454199).

Wäre eine geringere Wolkenbedeckung für die globale Erwärmung verantwortlich, so müssten die Temperaturen am Tage stärker ansteigen als in der Nacht, denn am Tage scheint ja die Sonne, die dann weniger abgeschirmt  würde. In der Nacht hingegen kühlt es bei einer geringeren Wolkenbedeckung schneller ab, denn Wolken absorbieren die Infrarotabstrahlung des Bodens und schicken sie teilweise als Gegenstrahlung wieder zurück. 

Sind die Treibhausgase jedoch für die verstärkte Erwärmung verantwortlich, so bilden auch mehr tiefe Wolken, die das Sonnenlicht abschirmen und weniger hohe Wolken, die erwärmend wirken (Iris-Effekt, vgl. Die Argumente der Klimaskeptiker I), . Das mindert die zusätzliche Erwärmung durch mehr Treibhausgase deutlich ab. In der Nacht scheint keine Sonne, aber die Treibhausgase wirken nach wie vor und bekommen nun sogar noch Schützenhilfe auch durch die tiefen Wolken.

Eine globale Erwärmung vorwiegend durch Treibhausgase sollte sich also in erster Linie bei den Nachtemperaturen bemerkbar machen und genau so wurde es ja auch gefunden!

Anhang: Globale Zirkulation

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Infrarotbild der Erde (Meteosat):

Infrarotaufnahmen bilden die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer vorhanden. Quellwolken, die sich bis in große Höhen auftürmen sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken. Niedrige Wolken sind dagegen schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel.  Quelle:  http://www.metoffice.gov.uk/

Auf der Nord- und der Südhalbkugel treffen tropische Warmluft und polare Kaltluft  jeweils in den mittleren Breiten aufeinander. Da warme Luft sich (vertikal) mehr ausdehnt als kalte Luft, erzeugt der Temperaturgradient zwischen beiden Luftmassen auch einem Druckgradienten, der mit wachsender Höhe immer mehr zunimmt. Daraus resultieren über beiden Erdhalbkugeln polwärts gerichtete Winde, die unter dem Einfluss der Erdrotation  zu Westwinden abgelenkt werden. In grösserer Höhe (obere Troposphäre) bilden sich wegen des hohen Druckgradienten Starkwindbänder, die  Jetstreams. Aus mit wachsenden Windgeschwindigkeiten immer häufiger auftretenden Turbulenzen entwickeln sich (unter der Einwirkung der Erdrotation) aufwärtsgerichtete dynamische Tiefdruckwirbel (Cyclonen) und abwärtsgerichtete dynamische Hochdruckwirbel (Anticyclonen). Innerhalb der Cyclonen wird die Luft gehoben und kühlt dabei ab, so dass sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden können (Schlechtwetter). Bei den Anticyclonen verhält es sich genau umgekehrt (Schönwetter). Beide Druckgebilde verwirbeln tropische Warmluft und polare Kaltluft miteinander. Die Cyclonen bewegen sich mit der Höhenströmung in Richtung Osten und sorgen unter ihren Zugbahnen (zusammen mit Zwischenhochs) für ein mildes, aber wechselhaftes Wetter. Cyclonen beziehen ihre Energie nicht nur aus den Jetstreams, sondern auch aus der latenten Wärme, die bei der Wolkenbildung  frei wird. Die Cyclonen ihrerseits treiben damit wiederum die Jetstreams an.

Über den Polen der Erde bilden sich in der Stratosphäre abwärtsgerichtete, kalte Tiefdruckwirbel, welche bis in die mittlere Troposphäre hinabreichen, die Polarwirbel.

Die Stratosphäre ist die nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, in der sich die meisten Wettervorgänge abspielen. Die Stratosphäre enthält grössere Mengen Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne eintreffenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Dadurch ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre.

Ein Polarwirbel kann sich nur bilden, wenn die Stratosphäre über den Polen ausreichend kalt ist. Während der Polarnacht nehmen die jeweils betroffenen Polarwirbel an Stärke zu. Dann ist der stratosphärische Temperaturgradient auf der Nordhalbkugel besonders hoch. Dieser treibt den Stratosphärenjetstream am äusseren Rand des Polarwirbels an, welcher wiederum ein Antriebsmotor des troposphärischen Jetstreams ist.

Cyclonen und Anticyclonen erzeugen Schwingungen innerhalb der Jetstreams. Bei Überschreiten einer kritischen Windgeschwindigkeit beginnen die Jetstreams zu mäandern und bilden Rossby-Wellen aus. In den cyclonalen Wellentälern (Höhentrögen) wird polare Kaltluft äquatorwärts, in den anticyclonalen Wellenbergen (Hochkeilen, Rücken) tropische Warmluft polwärts transportiert (meridionaler Transport). Bei einem stark mäandernden Jetstream bricht die Höhenströmung teilweise zusammen, so cyclonale und anticyclonale Wirbel abspalten können. Anschliessend erneuert sich die Höhenströmung polwärts wieder. 

Die cyclonalen Wirbel (Kaltlufttropfen, kalte Höhentiefs) bewegen sich (langsam) mit den jeweils vorherrschenden Winden und bringen schlechtes Wetter. Die anticyclonalen Wirbel bleiben oft stationär und zwingen als blockierende Hochdruckgebiete die von Westen herannahenden dynamischen Tiefdruckgebiete zu oft grossen Umwegen. In ihrem Einflussbereich herrscht sonniges Wetter bei zumeist wolkenfreiem Himmel. Nachts kann es  wegen der fehlenden Wolken allerdings auch empfindlich kalt werden. Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit bilden sich dann bodennahe Nebel.

Auf beiden Erdhalbkugeln bildet eine Reihe dynamischer Hochdruckwirbel (Anticyclonen) jeweils einen subtropischen Hochdruckgürtel, welche wegen der zumeist fehlenden Wolken auf Satellitenbildern gut auszumachen sind  (Wüstenklima der Subtropen). Im Bereich der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) strömen die warmen Luftmassen aus den Subtropenhochs von Nord- und Südhalbkugel zusammen (Konvergenz) und werden gehoben. Wegen der hohen Luftfeuchtigkeit in den Tropen bilden sich hier auffällig viele Wolken (tropisch feuchtes Klima mit häufigen und heftigen Gewittern). Die über der ITCZ gehobenen Luftmassen erreichen die Subtropenhochs, um dort wieder abzusinken. ITCZ und Subtropenhochs sind somit (auf beiden Erdhalbkugeln) über eine Reihe von Konvektionszellen miteinander verbunden, die Hadley-Zellen.

7. Es gibt keine eindeutigen Anzeichen einen tiefgreifenden Klimawandel und erst recht nicht für eine drohende Klimakatastrophe.

Von fehlenden Anzeichen für einen Klimawandel kann nun wirklich keine Rede sein. Ganz im Gegenteil, die Hinweise mehren sich und stimmen auch recht gut mit den Vorhersagen der Klimamodelle überein. Ein paar Beispiele:

A. Abschmelzen des Arktischen Meereises: Beim Abschmelzen des Meereises der Arktis kommt die darunter liegende, wesentlich dunklere Wasseroberfläche mit einem deutlich geringeren Reflektionsvermögen (Albedo) zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird nun in wesentlich grösserem Umfang absorbiert. Wasser und daüberliegende Luftschichten erwärmen sich deutlich mehr als zuvor. Es liegt eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung vor. Je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw..Diese von einem bestimmten Punkt an nicht mehr aufzuhaltende Eis-Albedo-Rückkopplung sorgte in den letzten Jahrzehnten für überproportional zunehmende Temperaturen in der Arktis, zieht man den Vergleich mit den anderen Regionen auf der Nordhalbkugel.

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Rückgang des Meereises am Nordpol Quelle: http://nsidc.org/

B.Eisschmelze in Grönland: Auch das grönländische Festlandeis geht zurück, wenn auch vorerst noch relativ langsam. In Höhenlagen von unter 1500m geht das Eis zwar deutlich zurück, in noch höher gelegenen Regionen jedoch, nimmt die Dicke des Eisschildes zu.Dafür gibt es eine einfache Erklärung: Durch ansteigenden Wassertemperaturen verdunstet über den Ozeanen mehr Wasser. Das Landesinnere von Grönland wirkt als Kältefalle, denn in den dort vorherrschenden Höhenlagen von über 1500 m bleiben die Temperaturen stets unter Null. Der erhöhte Wasserdampfgehalt der Luft führt dann im Landesinneren von Grönlanf zu vermehrtem Schneefall. Dadurch nimmt das Inlandeis zu. Ganz anders in den Randzonen von Grönland, in Höhenlagen von unter 1500 m: Hier schmelzen die Gletscher mit wachsendem Tempo. Das Schmelzwasser auf den Gletschern sickert durch die Eisschicht hindurch und ruft dabei tiefe spiralförmige Löcher hervor, durch die weiteres Wasser, aber auch Gesteinstrümmer leicht eindringen können. Die Gesteinstrümmer geraten dabei in eine kreisförmige Bewegung und sorgen so für eine deutliche Erweiterung der Löcher, wobei sie selbst rund geschliffen werden. Da die Steine ähnlich wie das Mahlwerk einer Mühle das Gletschereis zermahlen, spricht man auch von Gletschermühlen. Durch die stark erweiterten Löcher können nun noch viel größere Mengen an Schmelzwasser vordringen und bis an die Unterseite der Gletscher gelangen, wo sie wie ein Schmiermittel wirken. Die Fließssgeschwindigkeit der Gletscher nimmt dadurch drastisch zu. Immer mehr Festlandsgletscher rutschen so immer schneller ins Meer (Rahmstorf).

Schmelzwasser gelangt durch Gletschermühlen (moulins), aber auch durch sich erweiterndeGletscherspalten (crevasses) unter den Gletscher und wirkt auf dem felsigen Untergrund wie einSchmiermittel. Quelle: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0705414105v1

Die Eismassen Grönlands werden so nach und nach instabil und geraten ins Rutschen. Dadurch gelangt Eis aus größeren in geringere Höhenlagen und beginnt ebenfalls zu schmelzen. Bei einem vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes würde der Meeresspiegel um über 7m ansteigen. Aber auch wenn nur Teile des Eisschildes, etwa in Südgrönland, betroffen wären, kämen noch immer noch einige Meter dabei heraus!

D. Heissere und trockenere Sommer, aber auch mehr Starkregen

Durch die globale Erwärmung sind auf der Nordhalbkugel in West- und Mitteleuropa heissere Sommer mit länger anhaltenden Trockenzeiten häufiger geworden. Das könnte zum einen mit einer Verlagerung des Polarfrontjetstreams in Richtung Nordpol zusammen, wodurch Mitteleuropa häufiger unter Hochdruckeinfluss gerät. Ursache für diese Verlagerung ist ein „Vordringen“ der tropischen Warmluft und ein „Rückzug“ der polaren Kaltluft.

Ausserdem ist der Jetstream auch schwächer geworden, denn der ihn antreibende Temperaturgradient auf der Nordhalbkugel hat sich infolge der überproportionalen Erwärmung der Arktis deutlich verringert. Dadurch sinkt auf der Nordhalbkugel der Temperaturgradient, der den Jetstream antreibt. Der schwacher Jetstream ist instabil und mäandert sehr. Das begünstigt einerseits blockierende Hochdruckgebiete mit der Abschnürung von Kaltlufttropfen (Cut Off – Tiefs), anderseits aber auch die Herausbildung grosser Tröge.

Auch auf der Südhalbkugel hat sich der Polarfrontjetstream zwar ebenfalls polwärts verlagert, ist aber nicht schwächer geworden. Im Gegensatz zur Arktis hat sich die Antarktis insgesamt gesehen nicht erwärmt, so dass der Temperaturgradient auf der Südhalbkugel nicht abgenommen hat.

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Bildung von Höhentrögen und eines Kaltlufttropfen (Cold Outbreak) im mäandernden Jetstream L= Low Pressure Systeme (Tief), H=High Pressure Systeme (Hoch) Quelle: http://www.britannica.com/

Innerhalb der Hochdruckgebiete ist das Wetter heiss und trocken, während Tröge und Kaltlufttropfen Niederschläge bringen. Diese fallen in Form von Starkregen, denn eine erhöhte Wasserverdunstung infolge ansteigender Temperaturen erhöht direkt die Wassermenge, die abregnen kann. Eine erhöhte Wasserverdunstung stellt aber auch mehr latente Wärme zur Verfügung, welche wiederum die Wolkenbildung antreibt. Auch das bringt heftigere Niederschläge.

E. Verlängerung der Vegetationsperioden: Die durchschnittliche Vegetationsperiode der Pflanzen in den gemäßigten Breiten ist in den letzten Jahrzehnten um ca. 14 Tage länger geworden. Ein Beispiel aus Deutschland:

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Links: Laubentfaltung der Hängebirke (Betula pendula) zwischen 1951 und 2000:

Rote Quadrate: Stationen mit Verspätungen (positiver Trend), Kreise: Stationen mit Verfrühungen, wobei gelb = schwach negativer, blau = stark negativer Trend , große Symbole: Stationen mit signifikanten Trends.

Rechts: Laubverfärbung zwischen 1951 und 2000:

Blaue Quadrate: Stationen mit Verspätungen (positiver Trend); Rote Kreise: Stationen mit Verfrühungen, große Symbole: Stationen mit signifikanten Trends.

Das eindeutige Überwiegen der blauen (und der gelben) Kreise und Quadrate zeigt die Verlängerung der Vegetationsperiode innerhalb von 30 Jahren.

Quelle: http://www.waldwissen.net/

F.Veränderungen in der Tierwelt:

Viele Vogelarten in Europa und Nordamerika brüten im Mittel 6 bis 14 Tage früher als noch vor 30 Jahren. Bei den Zugvögeln in den mittleren Breiten wird in den letzten Jahrzehnten ein zunehmend späterer Wegzug, ein früherer Heimzug, eine Verkürzung der Zugstrecken oder häufigeres Überwintern im Brutgebiet beobachtet. So kommen Zugvögel nun um 1,3 bis 4,4 Tage pro Jahrzehnt früher an (http://www.waldwissen.net/).

Tiere die früher nur in tropischen oder subtropischen Regionen zuhause waren, wandern zunehmend in höhere Breiten ein. Kälteliebende Arten ziehen sich immer mehr in die engere Umgebung der Pole zurück. Das gilt für Land- und Meeresbewohner gleichermaßen (Tim Flannery, Wir Wettermacher http://www.wir-wettermacher.de/home).

G. Gletscherschmelze: Weltweit schrumpfen die Gletscher. Es gibt nur ganz wenige Ausnahmen (ganze 1% aller Gletscher), wie beispielsweise die Gebirgsgletscher in Norwegen. Diese liegen noch innerhalb des Bereichs, den die Zugbahnen der Tiefdruckgebiete der Westwindzone erreichen. Die Tiefs bringen Niederschläge, die in den Höhenlagen der norwegischen Gebirge häufig als Schnee fallen und dadurch wiederum die örtlichen Gletscher wachsen lassen. Die wachsenden Gletscher in Norwegen widersprechen also keinesfalls dem Befund einer globalen Erwärmung, sondern sind als eindrucksvolle Bestätigung aufzufassen!

H. Meersspiegelanstieg

Seit dem Beginn der Industrialisierung bis heute hat sich der Anstieg des Meeresspiegels deutlich beschleunigt. Im gesamten 18. Jahrhundert erhöhte er sich nur um 2 cm, im 19. Jahrhundert bereits um 6 cm, und im 20. Jahrhundert bereits um 19 cm.

Der durchschnittlich gemessene Anstieg des Meeresspiegels betrug im 20. Jahrhundert 1,7 ± 0,5 mm pro Jahr, zwischen 1961 und 2003 jährlich 1,8 ± 0,5 mm. Die Anstiegsraten beschleunigten sich also zuletzt. Zwischen 1993 und 2003 stellten Satelliten dem gegenüber einen durchschnittlichen jährlichen Anstieg um 3,1 ± 0,7 mm fest. Gegenüber den Jahrzehnten zuvor ist dies ein beinahe doppelt so hoher Wert (IPCC). 

Der Anstieg des Meeresspiegels Quelle: Wikipedia, IPCC

Eine Destabilisierung des grönländischen Eisschildes (s.o.) könnte diesen Anstieg zudem dramatisch beschleunigen.

I. Mehr Stürme

Bis Anfang der neunziger Jahre des 20.Jahrhunderts gab es auf der Nordhalbkugel, wie von den meisten Klimamodellen voraussgesagt, mehr und auch stärkere Stürme. Danach kehrte sich der Trend allerdings um.

Um diese zunächst widersprüchlich erscheinende Entwicklung  zu erklären, müssen wir noch einmal auf die Nordatlantischen Oszillation (NAO) zurückkommen, eine Druckschaukel zwischen Azorenhoch und Islandtief,  denn sie vor allem bestimmt Stärke und Anzahl der Stürme in den mittleren Breiten. Daneben ist auch noch die durch Wasserverdunstung zugeführte latente Wärme wichtig.

Ein positiver NAO – Index steht für einen hohen Druckgradienten zwischen Azorenhoch und Islandtief mit starker Sturmaktivität, ein negativer NAO – Index für einen niedrigen Druckgradienten mit schwacher Sturmaktivität.

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Positiver NAO-Index: Ein hoher Temperaturgradient mit ausgeprägtem Islandtief und Azorenhoch und ein starker Polarwirbel treiben den Jetstream an, der stabil bleibt und nur wenig mäandert. Zahlreiche starke Sturmtiefs bringen milde und feuchte Luft nach West- Mittel- und sogar Nordeuropa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein mildes, aber wechselhaftes Wetter mit häufigen Niederschlägen. Im Mittelmeerraum, den nur wenige Sturmtiefs erreichen, ist es überwiegend trocken.Starke Passatwinde lassen kaltes Tiefenwasser an der westafrikanischen Küste hervorquellen. Wegen des dadurch kühleren Oberflächenwassers im Nordatlantik gibt es weniger tropische Wirbelstürme.

Negativer NAO – Index: Ein niedriger Temperaturgradient auf der Norhalkugel und ein nur schwach ausgeprägter Polarwirbel gehen mit einem instabilen, stark mäandernden Jetstream einher. Immer wieder gibt es Kaltluftausbrüche und blockierende Hochdrucklagen. Bei schwachen, immer wieder stockenden Westwinden erreichen nur wenige Sturmtiefs West-, Mittel- oder gar Nordeuropa, wo es dadurch deutlich trockener wird. Stattdessen werden die Sturmtiefs in den Mittelmeerraum umgelenkt. Dort gibt es nun bei wechselhafterem Wetter deutlich mehr Regen. Schwächere Passatwinde begünstigen tropische Wirbelstürme, weil die Wasseroberfläche des Nordatlantik nicht mehr durch aufquellendes, kaltes Tiefenwasser gekühlt wird. Quelle: http://www.washington.edu/

Die Zunahme von Treibhausgasen wirkt zwar durch den Treibhauseffekt in der Troposphäre erwärmend, in der Stratosphäre jedoch abkühlend. Der Grund für diese Abkühlung: Die Infrarotabstrahlung vom Erdboden erreicht kaum noch die Treibhausgase in der Stratosphäre, da die Treibhausgase in der Troposphäre schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre werden aber durch Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen anderer Atmosphärengase angeregt. Da die Luft in dieser grossen Höhe aber schon sehr dünn ist, strahlen sie einen erheblichen Teil der so gewonnnenen Energie in den Weltraum ab, bevor sie durch erneute Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen wieder zurückgegeben werden kann. Diese Energoe geht der Stratosphäre somit unwiderruflich verloren. Und genau aus diesem Grunde wirkt eine Zunahme von Treibhausgasenin in der Stratosphäre abkühlend. Das macht sich ganz besonders in der Polarnacht bemerkbar, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Der Polarwirbel wird dann durch den höheren Temperaturgradienten in der Stratosphäre stärker. Der Polarwirbel treibt aber wiederum den Jetstream an, und die Sturmaktivität nimmt zu (positiver NAO-Index). Die Klimamodelle bewerteten den Einfluss des Polarwirbels auf die Sturmaktivität sehr hoch. Eine Zunahme der Treibhausgase in der Stratosphäre sollte also zu mehr und auch stärkeren Stürmen führen. Man unterschätzte dabei allerdings die Auswirkungen eines durch die überproportionale Erwärmung der Arktis verringerten Temperaturgradienten in der Troposphäre. Durch die überproportionale Erwärmung in der Arktis wurde der troposphärische Temperaturgradient immer geringer bis er den Einfluss des Polarwirbels  allmälich überkompensierte und die Stürme wieder nachliessen.

NAO Index  2009

NAO – Index: Nach einer deutlichen Tendenz zu positiven Werten, ging es zuletzt wieder etwas abwärts. Quelle: http://www.cru.uea.ac.uk/

Diese teilweise Fehleinschätzung, was die Stürme in den mittleren Breiten  betrifft, spricht nun aber keinesfalls grundsätzlich gegen Klimamodelle, denn diese werden natürlich mit jedem erkannten Fehler  ein Stück besser.

Und die tropischen Wirbelstürme? Auch hier ergibt sich ein differenziertes Bild:

Tropische Wirbelstürme entstehen normalerweise nur über offenem und mindestens 26°C warmem Wasser, wenn die Luft darüber kalt genug ist. Je wärmer das Meerwasser ist, umso stärker die Wasserverdunstung und umso mehr Energie in Form von latenter Wärme steht dem Wirbelsturm zur Verfügung: Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft wird gehoben und kühlt dabei ab, wobei eine Divergenz innerhalb der Höhenströmung das auslösende Moment ist. Die sich dabei abkühlende Luft kann immer weniger Feuchtigkeit aufnehmen, so dass Wolkenbildung einsetzt. Dabei wird fortlaufend die für die Verdunstung des Wassers zuvor verbrauchte Energie als Kondensationswärme (latente Wärme) wieder frei. Das wiederum verstärkt den Auftrieb der Luft, die solange weiter aufsteigt,wie sie noch wärmer als die Umgebungsluft ist. Der vertikale Temperaturgradient ist also der Antrieb für den sich selbst verstärkenden Prozess der Wolkenbildung und damit letztendlich auch für den tropischen Wirbelsturm. Wichtig ist, dass immer genug latente Wärme durch Wasserverdunstung nachgeliefert wird. Der tropische Wirbelsturm bildet gewaltige Wolkentürme, die bis in die obere Troposphäre reichen, ja sogar in die Stratosphäre durchbrechen können. Die aufsteigende Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation abgelenkt, wodurch die Wirbelstruktur entsteht, welche ein sich verstärkendes Tiefdruckgebiet bildet, das immer mehr feuchtwarme Luft von allen Seiten ansaugt (bodennahe Konvergenz). Die Drehbewegung beschleunigt sich bei Zufuhr von immer mehr latenter Wärme. Tropische Wirbelstürme funktionieren wie gigantische Kühlmaschinen, die Wärme von der Wasseroberfläche in grosse Höhen transportieren, wo sie dann im Infraroten in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Drehbewegung des tropischen Wirbelsturms nimmt in Richtung Zentrum zu. Die Zentrifugalkräfte werden dort so gross, dass sich ein beinahe windstilles, wolkenarmes Auge bildet, in dessen Aussenrand (Eyewall), der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders stark ist. Das Auge entsteht, weil aus der Höhe Luft angesaugt wird, die sich auf ihrem Weg nach unten immer mehr erwärmt, so dass sich die Wolken auflösen. Tropische Wirbelstürme bewegen sich immer mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung.

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Hurrikan Rita Quelle: NOAA 

Mit zunehmender globaler Erwärmung steigen auch die Wassertemperaturen und damit auch die Zufuhr latenter Wärme, so dass die tropischen Wirbelstürme an Kraft gewinnen. Darüber hinaus können auch mehr tropische Wirbelstürme entstehen, wenn immer mehr Wasserflächen der Ozeane die ktitische Temperatur von 26°C erreichen oder sogar überschreiten.

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Nach einer neueren Studie von Greg Holland (NCAR) nimmt im Nordatlantik die Anzahl tropischer Wirbelstürme (Hurrikans) infolge ansteigender Wassertemperaturen allmälich zu. Quelle: http://www.ucar.edu/

So bildete sich im März 2004 erstmals seit Beginn der Aufzeichnungen ein tropischer Wirbelsturm (Hurrikan) auf dem Südatlantik vor der Küste von Brasilien. Auch der Hurrikan Delta liess aufhorchen,. Er enstand ungewöhnlich weit östlich im Nordatlantik und erreichte die Kanarischen Inseln. Ja sogar im Mittelmeer tauchen mit den zunehmenden Wassertemperaturen immer öfter wirbelsturmähnliche Druckgebilde auf.

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Wirbelsturmartige Struktur über dem westlichen Mittelmeer. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

In allen diesen Fällen bildete sich der tropische Wirbelsturm aus einem verirrten aussertropischen Tiefdruckgebiet (Kaltlufttropfen). 

Allerdings hat auch die Sonne einen erheblichen Einfluss auf die Häufigkeit tropischer Wirbelstürme. Das ergaben umfangreiche statistische Untersuchungen von Hurrikan-Daten der letzten 100 Jahre und des Sonnenfleckenzyklus durch den Klimaforscher James Brian Elsner an der Florida State University (http://mailer.fsu.edu/~jelsner/www/). Im West- und Ostatlantik zeigte die Studie auf den ersten Blick vollkommen widersprüchliche Ergebnisse: 

Im Westatlantik führen mehr Sonnenflecken zu weniger (und schwächeren) tropischen Wirbelstürmen, im Ostatlantik nimmt ihre Anzahl (und Stärke) dagegen zu. Elsner hat jedoch eine einleuchtende Erklärung:

 

Mehr Sonnenflecken zeigen eine erhöhte Sonnenaktivität an und damit gelangt auch mehr ultraviolette Strahlung (UV) zur Erde. In Abhängigkeit von den natürlichen Schwankungen der Sonnenaktivität kann sich die Stärke der UV-Strahlung um bis zu 10% ändern. Die UV-Strahlung erwärmt wiederum die Stratosphäre, denn diese enthält reichlich Ozon, das die für das irdische Leben gefährlichen Anteile dieser Strahlung absorbiert. Auch die direkt unter der Stratosphäre liegende obere Troposphäre wird mit erwärmt. Dadurch sinkt aber der für die Entwicklung tropischer Wirbelstürme entscheidende vertikale Temperaturgradient. 

 

Im Ostatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers im Allgemeinen niedriger als im Westatlantik, weil die Passatwinde vor der afrikanischen Westküste kaltes Tiefenwasser emporquellen lassen. Die Wassertemperaturen sind daher oft zu niedrig für die Entstehung eines tropischen Wirbelsturmes. Die Temperatur des Oberflächenwassers ist im Ostatlantik also ein limitierender (begrenzender) Faktor für tropische Wirbelstürme. Eine leichte Erhöhung der Sonneneinstrahlung genügt dann oft schon, und das Oberflächenwasser erfährt den entscheidenden Temperaturanstieg für mehr Wirbelstürme. Derselbe Effekt kann natürlich auch allein durch einen erhöhten Treibhauseffekt  in der Atmosphäre erreicht werden (s.o.).

 

Im Westatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers hingegen (fast) immer schon hoch genug. Der vertikale Temperaturgradient wird hier somit zum allein limitierenden Faktor für tropischen Wirbelstürme.

 

Die Untersuchung von Elsner wirft  ein neues Licht auf die Debatte darüber, ob die globale Erwärmung durch Treibhausgase zu mehr tropischen Wirbelstürmen führt oder nicht.

In Regionen, wo die Wassertemperaturen für die Entstehung tropischer Wirbelstürme bereits optimal sind, kann die globale Erwärmung kaum noch etwas ausrichten. Hier steuert vor allem die Sonne die Anzahl der tropischen Wirbelstürme.

 

Sind die Wassertemperaturen allerdings suboptimal, so begünstigen ansteigende Wassertemperaturen (egal ob durch mehr Treibhausgase, die Sonne oder beides) eindeutig die Entstehung von mehr tropischen Wirbelstürmen.

 

8.  Die vom IPCC verwendeten Daten zum Nachweis eines Anstiegs der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur der Erde sind sehr unsicher. Die Probleme entstehen bei der Bewertung der städtischen Wärme-Insel-Effekte, durch die ungleichmässige, geographische Verteilung der Mess-Stationen, die Veränderungen bei der Anzahl und der Orte der Stationen usw.  Die Methode für die Messung der Temperatur der Meeresoberfläche hat sich verändert; früher überwiegend von Schiffen aus,  heute überwiegend mit Bojen. Damit hat sich auch die Wassertiefe für die Temperaturmessungen geändert, was die Ergebnisse verfälscht.

 

Bei den Temperaturmessungen gibt es tatsächlich die hier angesprochenen Probleme. Durch Korrekturfaktoren und die hohe Anzahl von Messstationen werden die Fehler teilweise herausgemittelt. Trotzdem bleibt eine gewisse Unsicherheit bei den Messungen bestehen. Benutzt man allerdings die Natur als Thermometer (Veränderungen in der Tier- und Pflanzenwelt, s.o.), so bestätigt sie eindrucksvoll den globalen  Temperaturanstieg. wie ihn auch die angeblich so unsicheren direkten Temperaturmessungen zeigen.  

9. Eine zunehmende CO Konzentration hat auch eindeutig positive Auswirkungen, denn mehr CO2 verbessert die Produktivität  und Trockenresistenz in der Landwirtschaft und in den Wäldern. Letzteres senkt  wiederum den Wasserverbrauch. Ein wärmeres Klima ist günstig für Mensch und Wirtschaft. Die Geschichte zeigt: Elend und Hungersnöte gab es vor allem, wenn es zu kalt war.

Mehr CO2 in der Luft lässt tatsächlich viele Pflanzen besser wachsen. Allerdings wird es im Zuge der globalen Erwärmung auchmehr Hitzewellen mit extremer Trockenheit geben, auf der anderen Seite aber auch mehr  Starkregenereignisse. Extreme Trockenheit und sintflutartige Regenfälle treten oft sogar gleichzeitig auf (zweigeteilte Wetterlage mit blockierendem Hochs und umgelenkten Tiefs, s.o.). Das setzt Pflanzen und Tiere erheblichenm Stress aus, der ihr Gedeihen sehr beeinträchtigen kann. Den Hitzewellen fallen meistens auch viele Menschen zum Opfer. So starben in Europa während des Rekordsommers 2003 (http://www.imk.uni-karlsruhe.de/1145.php) mindestens 35.000 Menschen, neueste Schätzungen gehen sogar von bis zu 70.000 Toten aus (http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,473614,00.html)!

Durch Unwetter mit Starkregen gibt es oft Überschwemmungen, die grosse Schäden anrichten und auch immer wieder Menschenleben kosten.

10. Klimaschutz gefährdet die Freiheit

Nicht nur Klimaskeptiker befürchten, dass sich der Staat bei der Durchführung von Massnahmen zum Klimaschutz immer mehr in die persönlichen Angelegenheit der Bürger einmischt und so die Freiheit in Gefahr gerät. Ja mehr noch, es erscheint sogar denkbar, dass eine herrschende Klasse unter dem Vorwand des Klimaschutzes zu ihrem eigenen (vermeintlichen) Vorteil breite Bevölkerungskreise von der Teilhabe an den Errungenschaften des Fortschritts ausschliesst. Diee dazu unbedingt notwendige Einschränkung (oder gar Abschaffung) der Demokratie liesse sich mit dem Argument begründen, zur Rettung des Planeten Erde (und damit auch der Menschheit) müsse eine uneinsichtige Bevölkerung  notfalls  zu Klimaschutzmassnahmen gezwungen werden.

Das derartige Befürchtungen nicht völlig aus der Luft gegriffen sind, zeigt beispielsweise der Blick in das Programmheft eines internationalen Kongresses, der sich vor allem mit den gesellschaftlichen Auswirkungen des Klimawandels auseinandersetzen soll und vom Kulturwissenschaftlichen Institut Essen (KWI), der Mercator Stiftung, dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und dem Wuppertaler Institut für Klima, Umwelt, Energie veranstaltet wird. Dort kann man unter dem Programmpunkt interSESSION IV: HOW CAN DEMOCRACY COPE WITH THIS CLIMATE STRESS? (frei übersetzt: Wie kann die Demokratie den negativen Auswirkungen des Klimawandel begegnen?) die folgenden Erläuterungen finden: „Technological innovation and political regulation can only be effective if „the people“ participate in their various roles as polluters, producers and consumers of goods, citizens and voters. Democratic regimes are not well prepared for the level of participation that is required: Can free democratic societies cope with the effects of grave changes in the global climate, or might authoritarian regimes possibly be better placed to enforce the necessary measures?“ (Quelle: http://www.greattransformation.eu/index.php/program). Nach Meinung der Veranstalter sind also Diktaturen (authoritarian regimes) womöglich besser in der Lage dem menschengemachten Klimawandel entgegenzuwirken bzw. mit den heute schon unvermeidlichen Folgen desselben fertig zu werden. Liebäugelt hier eine selbsternannte Elite der Diktatur? Haben derartige Gedankengänge vielleicht sogar einen gewissen Rückhalt in der politischen und wirtschaftlichen Führungsschicht? Immerhin ist diese ja der hauptsächliche „Brötchengeber“ der veranstaltenden Organisationen.

Selbstverständlich müssen wir alle den Gefahren eines möglicherweise äusserst gefährlichen menschengemachten Klimawandels rechtzeitig  begegnen. Doch das geht auch ohne die Aufgabe vpn Freiheit und Demokratie! Es spricht sogar eine Menge dafür, dass eine demokratische Entscheidungsfindung dafür besser geeignet ist, als wenn eine Runde aus Experten und Politikern das alleine übernimmt. Neuere Untersuchungen zeigen, für so manchen sicher überraschend, dass eine beliebig zusammengewürfelte grössere Gruppe von Menschen im Vergleich zu einzelnen Experten oft die klügeren oder zumindest genauso gute  Entscheidungen trifft. Voraussetzung ist allerdings eine möglichst grosse Meinungsvielfalt in der Gruppe und eine unabhängige Entscheidung des einzelnen Gruppenmitglieds. Günstig sind auch dezentrale Entscheidungsstrukturen (James Surowiecki: „Die Weisheit der Vielen“, Rezension des Buches im SPIEGEL). Immerhin wurden die wirkungsvollsten Umweltschutzmassnahmen ja nicht in autoritär regierten Staaten, sonden (fast) ausschliesslich in westlichen Demokratien getroffen, wo sie zumeist durch Bürgerinitiativen von unten erzwungen wurden.

Ein vorläufiges Fazit

Die Debatte um den Klimawandel wird weitergehen, auch wenn der aktuelle  Wissenstand in den Klimawissenschaften eindeutig für einen hautptsächlich menschengemachten Klimawandel spricht. Das ist auch gut so, denn auch  wissenschaftlichen Forschungsansätze, die sich deutlich vom „Mainstream“  unterscheiden haben schon oft zu wichtigen neuen Erkenntnissen geführt. Das gilt beispielsweise für die Iris-Hypothese des Klimaskeptikers Richard Lindzen, die wetvolle Einsichten in die Funktionsweise des Klimasystems brachte. Ohne eine freie und unbehinderte Diskussion in der Wissenschaft (und anderswo) erstarrt das Denken und endet der Fortschritt, denn die Weisheit der Vielen bleibt ungenutzt.

Angesichts der möglicherweise katastrophalen Folgen einer fortgesetzten,  globalen Erwärmung durch Treibhausgase stellt sich natürlich die Frage nach dem politischen Handeln. Meines Erachtens sollte hier das Vorsorgeprinzip zur Anwendung kommen. Eine Redukion von Treibhausgasemissionen, insbesondere CO2, erscheint mir auch allein schon deshalb notwendig, weil fossile Brennstoffe endliche Ressourcen sind und eigentlich viel zu wertvoll, um sie durch den Schornstein oder Auspuff zu jagen!

Eine Entwicklung alternativer Energien (Sonne, Wind, Geothermik, Kernfusion (!) usw.) ist daher unbedingt (mit staatlicher Unterstützung)voranzutreiben. Auch die Kernspaltungsenergie, allerdings nur in Form der Hochtemperatur/Thorium Technologie, die besonders sicher zu sein scheint, könnte zumindest für eine Übergangszeit genutzt werden.

Auf eine solche Energiewende zu verzichten hiesse wahrscheinlich, den Weg in ein neues finsteres Mittelalter zu ebnen, weil ansonsten bei schwindenden Ressourcen ein immer grösserer Teil der Menschheit von der Teilhabe an Fortschritt und Wohlstand ausgeschlossen bliebe. Das wäre nicht nur in den Industrieländern so, hier vor allem durch immer weiter ansteigende Energiepreise, sondern erst recht in der sogenannten Dritten Welt, wo alle Hoffnungen auf eine bessere Zukunft, von dem Aufbau eigener Industrien, dem freien Handel und als Voraussetzung dafür auch von einer verbesserten Energieversorgung abhängen.

Um für alle Menschen die Freiheit von existenzieller Not zu erreichen, wären Schritte in Richtung einer Gesellschaft hilfreich, welche unter Wahrung der persönlichen Freiheit(!) allzu krasse Unterschiede in der Verteilung der Reichtümer vermeidet! Der zur Erreichung menschenwürdiger Verhältnisse notwendige Warenproduktion wird dadurch erheblich verringert.

Interessante Links:

1. Intergovernal Panel on Climate Change (IPCC)  http://www.ipcc.ch/ 2. Das Institut der Klimaskeptiker in Deutschland http://www.eike-klima-energie.eu/ 3. Potsdam Institut für Klimafolgenforschung http://www.pik-potsdam.de/ 4. Real Climate http://www.realclimate.org/ 5.WBGU http://www.wbgu.de/ 6. SEPP (amerikanische Klimaskeptiker) http://www.sepp.org/

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

Mai 30, 2009 at 10:30 am

Veröffentlicht in Klimadebatte, Klimawandel

Sonnenflecken und Hurrikane

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Die Anzahl der Sonnenflecken hat einen deutlich nachweisbaren Einfluss auf die Häufigkeit und Intensität von tropischen Wirbelstürmen (Hurrikanen) im Atlantik. Das ergaben umfangreiche statistische Untersuchungen von Hurrikan-Daten der letzten 100 Jahre und des Sonnenfleckenzyklus durch den Klimaforscher James Brian Elsner an der Florida State University (http://mailer.fsu.edu/~jelsner/www/).

 

 

 

Anzahl der Sonnenflecken in den letzten 400 Jahren. Das Maunder-Minimum brachte die  „Kleine Eiszeit“, die für Europa sehr gut dokumentiert ist. Quelle: Robert A. Rohde

 

Dabei zeigten sich im West- und Ostatlantik vollkommen gegensätzliche Zusammenhänge:

 

Im Westatlantik führen mehr Sonnenflecken zu weniger (und schwächeren) tropischen Wirbelstürmen, im Ostatlantik nimmt ihre Anzahl (und Stärke) hingegen zu.

 

Für diese scheinbar widersprüchlichen Befunde, bietet Elsner eine einleuchtende Erklärung an:

 

Mehr Sonnenflecken zeigen eine erhöhte Sonnenaktivität an und damit gelangt auch mehr ultraviolette Strahlung (UV) zur Erde. In Abhängigkeit von den natürlichen Schwankungen der Sonnenaktivität kann sich die Stärke der UV-Strahlung um bis zu 10% ändern. Die UV-Strahlung erwärmt wiederum die Stratosphäre, denn diese enthält reichlich Ozon, das die für das irdische Leben gefährlichen Anteile dieser Strahlung absorbiert. Auch die direkt unter der Stratosphäre liegende obere Troposphäre wird mit erwärmt. Dadurch sinkt aber der für die Entwicklung tropischer Wirbelstürme entscheidende vertikale Temperaturgradient (Temperaturgefälle).

 

Tropische Wirbelstürme entstehen normalerweise nur über offenem  und mindestens 26°C warmem  Wasser, wenn die Luft darüber kalt genug ist. Je wärmer das Meerwasser ist, je mehr Wasser also verdunstet, umso mehr Energie steht dem Wirbelsturm zur Verfügung: Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft wird gehoben und kühlt dabei ab. Auslösendes Moment ist dabei eine Divergenz („Luftloch“) innerhalb der Höhenwinde. Die abkühlende Luft kann immer weniger Feuchtigkeit aufnehmen, so daß Wolkenbildung einsetzt. Dabei wird fortlaufend die für die Verdunstung des Wassers zuvor verbrauchte Energie als Kondensationswärme (latente Wärme) wieder frei. Das wiederum verstärkt den Auftrieb der Luft, die solange weiter aufsteigt,wie sie  eine noch höhere Temperatur als die Umgebungsluft hat. Ein hoher vertikaler Temperaturgradient (Temperaturgefälle) ist als Antrieb für den sich selbst verstärkenden Prozeß  der Wolkenbildung und damit letztendlich auch für die Entstehung des tropischen Wirbelsturms entscheidend! Wichtig ist, daß immer genug latente Wärme durch Wasserverdunstung nachgeliefert wird. Es bilden sich gewaltige Wolkentürme die bis in die obere Troposphäre reichen, ja sogar in die Stratosphäre durchbrechen können. Die aufsteigende Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation abgelenkt, und es entsteht ein Wirbel, der ein sich verstärkendes Tiefdruckgebiet bildet, das immer mehr feuchtwarme Luft von allen Seiten ansaugt (bodennahe Konvergenz). Die Drehbewegung wird immer schneller, angetrieben durch die latente Wärme. Ein tropischer Wirbelsturm funktioniert dabei wie eine gigantische Kühlmaschine, die Wärme von der Wasseroberfläche in große Höhen transportiert, wo sie als Infrarotstrahlung in den Weltraum abgegeben wird. Die Drehbewegung wird innerhalb des tropischen Wirbelsturms zum Zentrum hin immer schneller. Die Zentrifugalkräfte werden oft so groß, daß sich im Zentrum ein  beinahe windstilles, wolkenarmes Auge bildet, in dessen Außenrand (Eyewall), der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders groß ist. Vom Auge wird aus der Höhe Luft angesaugt, die sich auf ihrem Weg nach unten immer mehr erwärmt. Wolken lösen sich dabei auf. Das Zentrum eines tropischen Wirbelsturms ist also immer warm und oft auch wolkenfrei! Tropische Wirbelstürme bewegen sich mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung. Quelle: NOAA

 

Im Ostatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers im Durchschnitt niedriger als im Westatlantik, weil die Nordostpassate vor der afrikanischen Westküste kaltes Tiefenwasser emporquellen lassen. Sie reichen daher oft nicht aus, um die Entstehung eines tropischen Wirbelsturms zu ermöglichen. Die Temperatur des Oberflächenwassers ist hier also ein limitierender (begrenzender) Faktor für tropische Wirbelstürme. Eine leichte Erhöhung der Sonneneinstrahlung genügt dann oft schon, und das Oberflächenwasser erfährt den entscheidenden Temperaturanstieg für mehr Wirbelstürme.

 

Im Westatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers hingegen (fast) immer ausreichend hoch. Der vertikale Temperaturgradient wird somit zum allein limitierenden Faktor für tropischen Wirbelstürme.

Die Untersuchung von Elsner wirft ein völlig neues Licht auf die Debatte darüber, ob eine globale Erwärmung durch Treibhausgasen zu mehr tropischen Wirbelstürmen und Hurrikans führt oder nicht. Die Rolle der Sonne wurde bisher dabei wohl etwas unterschätzt!

Noch ein paar weitergehende spekulative Überlegungen zum Schluß: Wenn der von Elsner postulierte Mechanismus einer Erwärmung der Stratosphäre und oberen Troposphäre durch mehr UV-Strahlung tatsächlich funktioniert (wofür es auch schon konkrete Hinweise gibt), dann liegt es für mich nahe, auch einmal dem möglichen Einfluß der Sonnenaktivität auf die Nordatlantische Oszillation (NAO-Index) nachzugehen, also dem Einfluß der Sonne auf die Häufigkeit und Stärke außertropischer Sturmtiefs.

Eine erhöhte Sonneneinstrahlung würde sich wegen des steileren Einfallwinkels vor allem in niedrigen Breiten (Tropen, Subtropen) bemerkbar machen. Der Temperaturgradient (Temperaturgegensatz) zwischen Warmluft und polarer Kaltluft an der Polarfront würde in der Stratosphäre und oberen Troposphäre  zunehmen. Weil dieser Temperaturgradient wiederum den Jetstream antreibt, könnte das die Westdrift verstärken, so daß auch mehr Sturmtiefs entstehen, welche dann West- und Mitteleuropa erreichem und mildes, feuchtes uns abwechslungsreiches Wetter bringen. Die Mittelmeerregion bliebe dagegen trocken. Gleichzeitig würde der starke Jetstream die polare Kaltluft gut einschliessen und Kaltluftausbrüche in Richtung Süden verhindern. Die Winter würden dann insgesamt gesehen milder. Der Index der Nordatlantischen Oszillation wäre also positiv (NAO +).

 

Bei verringerter Sonnenaktivität würde sich das aber total ändern. Durch den dann verminderten Temperaturgradienten an der Polarfront würde der Jetstream schwächer und darum auch stärker mäandern. Immer wieder käme es dann zu massiven Kaltluftausbrüchen in Richtung Süden. Die Westdrift wäre zudem geschwächt und deshalb würden weniger Sturmtiefs West- und Mitteleuropa erreichen, um dort für mildes Wetter zu sorgen. Blockierende Hochs würden desöfteren Sturmtiefs in den Mittelmeerraum umlenken, wo es dann endlich mehr Regen gäbe. Der Index der Nordatlantischen Oszillation wäre also negativ (NAO -).

 

 

 

NAO + (links): Der Polarwirbel ist aufgrund eines hohen Temperaturgradienten zwischen Warmluft und polarer Kaltluft in der Stratosphäre (bzw. wegen einer besonders kalten Stratosphäre über dem Nordpol) sehr stark und treibt den Jetstream an. In einer entsprechend starken Westdrift gelangen dann zahlreiche Sturmtiefs (welche sich aufgrund von Divergenzen, also „Luftlöchern“ in der turbulenten Höhenströmung des Jetstreams bilden) nach Nord-, West- und Mitteleuropa, um unter ihren Zugbahnen für feuchtes, mildes, aber auch wechselhaftes Wetter zu sorgen. Im Mittelmeerraum kommen aber nur wenige Sturmtiefs an; daher bleibt es trocken. Sehr oft entwickeln sich ein Islandtief, und ein Azorenhoch zwischen denen ein hoher Druckgradient (Druckgefälle) besteht. Die beiden Druckgebilde verstärken dann ihrerseits wieder den Jetstream, indem sie vermehrt Warmluft und polare Kaltluft an der Polarfront einspeisen und so den Temperaturgradienten, der ja den Jetstream antreibt noch weiter erhöhen. Kaltluftausbrüche in Richtung Süden sind eher selten, weil der starke, nur wenig mäandernde Jetstream die polare Kaltluft gut einschliesst. Starke Passatwinde lassen kaltes Tiefenwasser an der westafrikanischen Küste emporquellen. Wegen des dadurch kühleren Oberflächenwassers entstehen weniger tropische Wirbelstürme im Ostatlantik.

NAO – (rechts): Der relativ schwache, stark mäandernde Jetstream lässt immer wieder Kaltlufteinbrüche in den Süden zu. Bei schwachen Islandtief und Azorenhoch und einer ebenfalls schwachen Westdrift erreichen nur wenige Sturmtiefs West-, Mittel- und Nordeuropa.  Dafür werden einige von ihnen aufgrund der (wegen des stark mäandernden Jetstreams) häufiger vorkommenden blockierenden Hochdrucklagen in den Mittelmeerraum umgelenkt, wo es dadurch häufiger regnet. Schwächere Passatwinde begünstigen tropische Wirbelstürme, aufgrund der dann höherer Oberflächenwassertemperaturen im Atlantik. Quelle: http://www.washington.edu/

Sollte sich ein Einfluß der Sonnenaktivität auf die Nordatlantische Oszillation nachweisen lassen, so müsste die Rolle der Sonne bei der globalen Erwärmung der letzten Jahrzehnte – die besonders auf der Nordhalbkugel stattfand – im Vergleich zu den Treibhausgasen vollkommen neu bewertet werden. Zu denken gibt auch die sich andeutende leichte globale Abkühlung in den letzten Jahren: Zunächst wurde es nur auf der Südhalbkugel kühler, während auf der Nordhalbkugel die Temperaturen weiter deutlich anstiegen. Seit einem Jahr hat jedoch der leichte Abkühlungstrend auch die Nordhalbkugel erreicht.

 

 

 

 

Die globale Abkühlung wird sich anscheinend im Jahre 2008  gegenüber dem Vorjahr deutlich beschleunigen. Die globalen Temperaturen sind aber immer noch (verglichen mit der Referenzperiode 1961-1990)  überdurchschnittlich hoch. Quelle: http://hadobs.metoffice.com/hadcrut3/

 

Im Winter 2007/2008 gab es extreme Kaltlufteinbrüche in Nordamerika, Südosteuropa und in Asien. Der Sommer 2008 kam, verglichen mit den Jahren davor, eher kühl daher, und auch die Anzahl der tropischen Wirbelstürme (Hurrikane) im Westatlantik erscheint in dieser Saison tendenziell rekordverdächtig. All das könnte schon mit der in letzter Zeit sehr geringen Sonnenaktivität zusammenhängen:

 

 

 

Die Anzahl der Sonnenflecken ist seit 2003 deutlich zurückgegangen. Quelle: NOAA

Jens Christian Heuer

 

Quelle: http://mailer.fsu.edu/~jelsner/PDF/Research/ElsnerJagger2008.pdf

Written by jenschristianheuer

Oktober 10, 2008 at 8:00 pm

Veröffentlicht in Klimadebatte, Klimaforschung

Eisschmelze am Nordpol gestoppt?

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Am 19. September 2008 erschien eine Veröffentlichtung unter dem Titel 

„AWI: Sommer 2008 am Nordpol mit 10% mehr Eis als 2007“

auf der Homepage des „klimaskeptischen“ Europäischen Instituts für Klimaund Energie, Jena (EIKE, http://www.eike-klima-energie.eu/):

AWI: Sommer 2008 am Nordpol mit 10% mehr Eis als 2007

AWI: “… Am 12. September 2008 betrug die Eisbedeckung in der Arktis 4,5 Millionen Quadratkilometer. Dies ist etwas mehr als die niedrigste jemals beobachtete Bedeckung von 4,1 Millionen Quadratkilometern aus dem Jahr 2007…“ (Anm.: 4.5/4.1 = 110% ; also plus 10% in 2008 !!) Obwohl ein deutliches Plus bei der Eisbedeckung gegenüber 2007 zu beobachten ist, gibt sich das AWI klimaschutzbesorgt konform:

19.09.2008 PRESSEMITTEILUNG

Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft; Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Postfach 12 01 61, 27515 Bremerhaven Tel. 0471 4831-2007, Fax 0471 4831-1389 E-Mail: medien@awi.de

Geringe Eisbedeckung in der Arktis im Sommer 2008, Vorhersage von Klimawissenschaftlern bestätigt

Bremerhaven, den 19. September 2008: In der Arktis geht der Sommer zu Ende und das Minimum der Meereisausdehnung ist erreicht. Am 12. September 2008 betrug die Eisbedeckung in der Arktis 4,5 Millionen Quadratkilometer. Dies ist etwas mehr als die niedrigste jemals beobachtete Bedeckung von 4,1 Millionen Quadratkilometern aus dem Jahr 2007. (Anm.: 4.5/4.1 = 110% ; also plus 10% in 2008 !!)

Wissenschaftler sorgen sich um die Meereisentwicklung, denn das langjährige Mittel liegt 2,2 Millionen Quadratkilometer höher. Völlig unerwartet kam die Entwicklung jedoch nicht. Eine Modellrechnung im Frühsommer aus dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft zeigte, dass das Eisminimum 2008 mit fast in der hundertprozentiger Sicherheit unter dem von 2005 liegen würde. Lediglich mit achtprozentiger Wahrscheinlichkeit würde ein neues Minimum unter dem von 2007 erreicht. “Betrachtet man die Meereisbedeckung seit Beginn der Satellitenaufnahmen im Jahr 1979, ist der Messwert von 2008 eine kleine Überraschung, weil auf Sommer mit geringer Eisbedeckung wie 2007 häufig Winter mit starker Eisproduktion folgen³, sagt Prof. Rüdiger Gerdes, physikalischer Ozeanograph am Alfred-Wegener-Institut. Von 1979 bis 2004 waren im Sommer immer zwischen sechs und 7,5 Millionen Quadratkilometer der Arktis von Eis bedeckt. Nun liegt die Eisbedeckung schon im zweiten Jahr in Folge dramatisch unter dem langjährigen Mittel. Allerdings müssen die nächsten Sommer erst noch zeigen, ob dieser Trend anhält.

“Eine bisher unbeantwortete Frage ist, ob die Abfolge von zwei extremen Jahren einen Übergang in ein neues Regime des arktischen Meereises anzeigt, welches eine Rückkehr der Eisbedeckung zu früheren Werten erschwert³, so Gerdes. Solche Übergänge kommen in gekoppelten Klimamodellen vor. Sie werden allerdings erst in den Szenarien für das spätere 21. Jahrhundert prognostiziert. Die Schlüsselgröße in den Modellsimulationen für das arktische Meereis ist die Dicke des Eises. Hat die mittlere Dicke einen gewissen Grenzwert unterschritten, dann schmilzt jeweils ein Großteil des Meereises, so dass in jedem Sommer große eisfreie Gebiete entstehen. Im Vergleich zur Eisfläche, die relativ gut von Satelliten vermessen werden kann, ist die Eisdickenverteilung im Nordpolarmeer wesentlich schlechter bekannt. Das Alfred-Wegener-Institut leistet mit Hubschrauber geschleppten Messgeräten einen Beitrag zur Abschätzung des arktischen Eisvolumens und seiner Variabilität. So stehen inzwischen Daten von mehr als 15 Jahren zur Verfügung und belegen eine Abnahme der Eisdicke in der Zentralarktis. Allerdings erfassen die Messungen längst nicht alle relevanten Teile des Nordpolarmeers. Dafür sind die Reichweiten der Hubschrauber zu gering. “Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Meereis lediglich mechanisch umverteilt worden ist³, sagt Gerdes. Er erläutert weiter: “Unsere Modellrechnungen zeigen, dass windbedingter Eistransport von der östlichen in die westliche Arktis ein wichtiger Faktor für die großen eisfreien Flächen nördlich der sibirischen Schelfmeere im Jahr 2007 war.³ Genutzt wird die geringe Meereisbedeckung im Nordpolarmeer derzeit vom Forschungsschiff Polarstern. Die Wissenschaftler an Bord können in Regionen den Meeresboden vermessen und Sedimentproben nehmen, in die sie noch vor wenigen Jahren nicht hätten vordringen können. Zwar fährt Polarstern mit nördlichem Kurs Richtung 80. Breitengrad mittlerweile durch dichtes Packeis. Da es sich aber überwiegend um dünnes einjähriges Meereis handelt, kann es gut gebrochen werden. Bisher konnten die Expeditionsteilnehmer alle geplanten Arbeiten weitgehend ungehindert durchführen.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der fünfzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

 

Was ist davon zu halten? Kann in Sachen Klimawandel und Eisschmelze am Nordpol nun tatsächlich Entwarnung gegeben werden, wie der Beitrag suggeriert? Immerhin eine nicht ganz unwichtige Frage, denn es geht dabei indirekt auch um das Grönlandeis, welches von großer Bedeutung für den Meeresspiegel ist!

Erinnern wir uns an das letzte Jahr. Da schrumpfte der arktische Meereisschild auf ein Rekordminimum:

Der Minusrekord des arktischen Meereises im Jahre 2007 Quelle: NASA

Dieser Rückgang, der weit dramatischer ausfiel als in allen Klimamodellen angenommen, wurde seinerzeit zu einem erheblichen Teil außergewöhnlichen Windverhältnissen in der Nordpolregion zugeschrieben. Dadurch wurde besonders viel Warmluft in die Arktis transportiert und außerdem viel Eis direkt durch wärmeres Oberflächenwasser geschmolzen. Eine sogenannte positive Sea Level Pressure Anomaly war dafür verantwortlich (siehe unten).

Rückgang des Meereises am Nordpol. Der Trend ist auch im Jahre 2008 trotz einer Zunahme über die Sommermonate ungebrochen. Quelle: http://nsidc.org/

Umso bemerkenswerter, daß auch in diesem Jahr 2008 die Eisschmelze im Trend(!) weiterhin ungebrochen weitergeht, trotz einer um 10% größeren Eisfläche am Ende der Eisschmelze in diesem Sommer im Vergleich zum Vorjahr. Das 10% Plus führt nicht wirklich aus dem Rekordminus heraus, denn es bewegt sich im Rahmen der in den letzten beiden Jahrzehnten üblichen Erholung zu der es immer im Folgejahr nach einem besonders deutlichen Rückgang des Meereises kam. Zudem hat sich in 2008 die Meereisdecke nicht überall erholt. Vielerorts ist sie sogar noch einmal zurückgegangen:

In den roten Gebieten ist das arktische Meereis in 2008 gegenüber dem Rekordminus des letzten Jahres noch einmal zurückgegangen. In den grünen Gebieten nahm die Meereisbedeckung dagegen wieder zu (Stichtag 20. September). Insgesamt kommt aber ein Plus von 10% dabei heraus. Quelle: http://ifm.zmaw.de/

Die Eisschmelze am Nordpol tendiert womöglich schon dazu, eine Eigendynamik zu entwickeln! Der Temperaturanstieg in der Arktis war in den letzten beiden Jahrzehnten immer deutlich ausgeprägter als im globalen Durchschnitt. Dafür ist eine sogenannte Eis-Albedo-Rückkopplung verantwortlich: Wenn das Meereis der Arktis schmilzt kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als das zuvor der Fall war, so daß sich die Erwärmung verstärkt, denn die dunkle Wasseroberfläche absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als eine helle Eisoberfläche, erwärmt sich dementsprechend mehr und damit auch die Luftschichten darüber. Es handelt sich also um eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. – die von einem bestimmten Punkt an wahrscheinlich nicht mehr aufzuhalten ist. Hinzu kommt, daß in der Arktis nach den letzten Jahren der Eisschmelze fast nur noch einjähriges Meereis übrig geblieben ist, welches das Sonnenlicht eindeutig schlechter reflektiert als das hellere mehrjährige Eis. Einjähriges Meereis wird immer wieder durch kleine offene Wasserflächen unterbrochen (Wasser hat eine deutlich niedrigere Albedo als Eis oder Schnee!).

Die Eis-Albedo-Rückkopplung übertrifft in ihren Auswirkungen sogar die in den letzten Jahren zu beobachtende leichte globale Abkühlung, welche sich zunächst vor allem auf der Südhalbkugel, seit kurzer Zeit aber auch auf der Nordhalbkugel bemerkbar macht. Die für die für das Meereis am Nordpol entscheidende Abkühlung auf der Nordhalbkugel beruht wahrscheinlich auf einem (natürlichen) kurzfristigen Klimawandel durch veränderte Meeresströmungen: Die Atlantische Multidekaden Oszillation(AMO) tendiert ins Minus (der Golfstrom wird schwächer (!) und damit auch das Islandtief, denn das kühlere Oberflächenwasser liefert weniger latente Wärme; bei einer positiven AMO ist es genau umgekehrt); parallel dazu wechselt aber auch die Pazifische Dekaden Oszillation (PDO)in den negativen Modus (das im Gegensatz zum positiven Modus warme Oberflächenwasser im zentralen Nordpazifik verhindert dort meistens eine Trogbildung des Jetstreams, so daß sich nur selten ein Aleutentief  entwickeln kann; gleichzeitig kaltes Oberflächenwasser an der nordamerikanischen Westküste; bei einer positiven AMO ist  genau umgekehrt). Wenn AMO und PDO negativ sind (negative Sea Level Pressure Anomaly), findet (durch das meist fehlende Aleutentief) nur noch ein vergleichsweise geringer Transport tropischer Warmluft in Richtung Nordpol statt. In  den Jahrzehnten der sich immer weiter beschleunigenden arktischen Eisschmelze  befanden sich AMO und PDO überwiegend im positiven Modus (positive Sea Level Pressure Anomaly)!!

Bei der augenblicklichen globalen Abkühlung spielt womöglich auch die Sonne eine wichtige Rolle. Seit Monaten sind praktisch keine Sonnenflecken mehr aufgetaucht. Das könnte auf ein Nachlassen der Sonnenaktivität hindeuten, ähnlich dem Maunder-Minimum von 1645-1715, das für die sogenannte „Kleine Eiszei“ verantwortlich war.

Es bleibt abzuwarten welcher Effekt am Ende das Rennen macht: Entweder schaffen es eine negative AMO und PDO gemeinsam noch einmal das Meereis am Nordpol vorübergehend zu retten, oder aber die Eigendynamik der Eis-Albedo-Rückkopplung ist schon nicht mehr zu stoppen und das arktische Meereis ist verloren. Das hätte zwar für den Meeresspiegel keine unmittelbaren Folgen, aber indirekt schon. Das Festlandeis in Grönland könnte im Zuge einer nach dem Verlust des Meereises sich immer weiter beschleunigenden Erwärmung (verschärfte Eis-Albedo-Rückkopplung!) zunehmend instabil werden. Ein völliger Verlust des grönländischen Eisschildes (worst case Szenario) würde aber einen globalen Meeresspiegelanstieg von 7m bedeuten! Bei einem neuen Minimum der Sonnenaktivität allerdings, stünden die Chancen für das arktische Meereis und das grönländische Festlandeis um einiges besser! Die letzte „Kleine Eiszeit“ während des Maunderminimums war aber recht „ungemütlich“!

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

September 23, 2008 at 1:05 pm

Veröffentlicht in Klimadebatte