Klimaforschung: gestern – heute – morgen Wien, 24. März 2014 Geschichte der Klimaforschung – Signifikanz jenseits des Interessanten Hans von Storch Institut für Küstenforschung, Helmholtz Zentrum Geesthacht

Zweifache historische Dimension Evidenz für gesellschaftliche Prozesse Einschätzung unserer kulturellen Konditionierung für die Erklärung des ansonsten “Unerklärlichen” durch menschliche Einflüsse auf das Klima Evidenz für geophysikalische Variabilität Unterscheidung zwischen natürlichen und anthropogenen Klimaschwankungen In diesem Vortrag ist immer der “historische” Zeithorizont von nicht mehr als 1000-2000 Jahren gemeint!

Teil I Die kulturelle Dimension der Erklärung “Anthropogener Klimawandel” - oder die Geschichte (der Wahrnehmung) des menschgemachten Klimawandel

Im späten 19 Jahrhundert eine Debatte über menschgemachten Klimawandel - Im 19 Jahrhundert wurde weitgehend geglaubt, dass das Klima in historischen Zeiten konstant sei. Dann aber stellte sich heraus, dass Niederschlag und Temperaturen deutliche Unterschiede aufwiesen, wenn man über verschiedene Zeiten mittelt (z.B. Brückner, 1890) - Gleichzeitig wurde behauptet, dass die Wasserstände in den Flüssen laufend abnehmen würden. - Daraus ergab sich eine (auch in Parlamenten geführte) Debatte, ob diese Abweichungen von der historischen Konstanz Ausdruck von Variabilität (etwa kosmischen Ursprungs) seien oder auf menschliche Aktivität zurückzuführen seien (insbesondere Entwaldung).

CO2, die erste ... - In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde eine bemerkenswerte Erwärmung in vielen Teilen der Welt festgestellt, die z.B. von Kincer (1933) in seinem Monthly Weather Review Artikel „Is the climate changing?“ beschrieben wurde. - Kurz darauf erklärte Callendar (1938) diese Erwärmung durch die Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre – ein Mechanismus der 1898 von Arrhenius beschrieben worden war. - In den 1940ern fielen die Temperaturen wieder, und die Wahrnehmung einer systematischen Erwärmung wurde ersetzt durch die Wahrnehmung einer systematischen Abkühlung.

Die Abkühlung ... - wurde beschrieben als Folge menschlicher Freisetzung von Staub und industriellen Aerosolen. - Eine derartige Zunahme der Verschmutzung, sollte die Temperaturen am Boden um 3.5C absenken und die Erde in kurzer Zeit in eine neue Eiszeit zu führen (Rasool and Schneider, 1971 - science). - Die Situation wurde so beschrieben „Between 1880 and 1950, Earth’s climate was the warmest it has been in five thousand years. ... It was a time of optimism. ... The optimism has shriveled in the first chill of the cooling. Since the 1940s winters have become subtly longer, rains less dependable, storms more frequent throughout the world.“ (Ponte, 1974).

Umlenkung von Ozeanströmungen etc... - Vorschlag von 1912, um das Klima nicht nur Nordamerikas sondern auch der Arktis und Europas zu”verbessern: „A jetty 200 miles long from Newfoundland to the Grand Banks would keep the Labrador Current and the Gulf Stream apart. Half of the Gulf Stream would throw increased warmth against Northern Europe, and half would thrust into the Arctic. The benefits of this would be enormous . Fog would disappear, all ice in the Arctic would melt. Europe and North America would be freed of chilling storms and icy ocean currents. Without the North Polar ice… centrifugal force would then tip the Earth. … Europe and North America could expect warmer climate.“ - Viele weitere solcher Ideen sind im Laufe der Zeit veröffentlicht und diskutiert worden.

Aerosole, nuklearer Winter - Aerosolen wird eine beträchtliche Wirkung auf das Klima zugeschrieben – sowohl natürlichen wie anthropogenen Aerosolen. - Ein anthropogenes Szenario behandelte die Emission von Rußpartikeln von brennenden Wäldern und Ölquellen. Eine besonders dramatische Variante ist die des “nuklearen Winters” -als Folge der Explosion vieler Nuklearbomben und den damit verbundenen Bränden. Im nuklearen Winter würde die Sonneneinstrahlung praktisch unterbunden werden und die Biosphäre zusammenbrechen. - Die Androhung der Entzündung von Kuwaitischen Ölquellen im 1. Irak-Krieg führte zur Sorge für einen “kleinen” nuklearen Winter mit schlimmen Folgen für den indischen Monsun. Diese Sorge erwies sich als falsch (andere nicht)

Die gegenwärtige Bedrohung - Das gegenwärtig anerkannte Konzept des menschgemachten Klimawandels beschreibt mit hoher Plausibilität Realität. - Die wesentlichen Vorgänge im Klimasystem sind heutzutage in weiteren Teilen (ziemlich) gut verstanden, jedenfalls für die hier relevanten Zeitskalen und das Holozän. Die prozessbasierten dynamischen Klimamodelle haben ihre Tauglichkeit in einer Reihe von Anwendungen unter Beweis gestellt. - Historische Daten belegen, im Rahmen gewisser Unsicherheiten, dass die gegenwärtige Erwärmung durch natürliche Vorgänge allein nicht zu erklären ist (siehe Folgendes). Dies führte zu dem berühmten Statements des IPCC in 1995: "the balance of evidence suggests that there is a discernible human influence on global climate.“

Das ideengeschichtliche Interessante ist, dass die Vorstellung, dass der Mensch “sein” Klima verändere, uralt ist. Zunächst wurden Reaktionen höherer Mächte postuliert; dann geobiophysikalische Mechanismen (Entwaldung, Aerosole, Blitzableiter). Es scheint einen gesellschaft-lichen “Eigenmode” zu geben, der er relativ einfach macht, das Konzept der “Klimakatastrophe” als akute, allumfassende Bedrohung erscheinen zu lassen.

Examples: media-reporting

“Man lives in balance with his climate” Distribution of civilizations in early 20th century (expert map) “Man lives in balance with his climate” Climatically determined „energy“ of people

Das Reden über das Klima, die Betonung der Konsistenz von Klima und Gesellschaft, sind immer auch als Machtinstrument verwendet worden. Auf diese weise werden höhere Mächte berufen, die in Reaktion auf sündhaftes Verhalten “der Menschen” einen Wandel des Klimas, und schlußendlich der Bruch der Konsistenz von Klima und Gesellschaft androhen. Klima und Klimawandel sind politische Themen. Sie werden im Kampf um gesellschaftliche Deutung und Macht eingesetzt.

Teil II Lange Datenreihen: Detektion und Attribution – Temperatur und Atlantisch-Europäische Stürme

Explaining global mean surface air temperature Additional ly man- made factors Only natural factors „observations“ IPCC 2007

Counting storms in weather maps – steady increase of NE Atlantic storms since the 1930s ….

99%iles of annual geostrophic wind speeds for a series of station triangles in the North Sea regions and in the Baltic Sea region. Alexandersson et al., 2002

Um beurteilen zu können, wie stark natürliche Schwankungen im Klimasystem sind, inwieweit einzelne Ereignisse und Entwicklungen spezifischen Ursachen zugeordnet werden können, brauchen wir lange Datenreihen. Stockholm Lund Wir brauchen also historische Reihen, die möglichst weit zurückreichen – also zu Zeiten aufgenommen wurden, als die Meßbedingungen oft wesentlich anders als heute waren. Daher ist die Frage der Homogenität der Datenreihen von überragender Bedeutung. (Was mir die Möglichkeit gibt, auf Reinhard Böhm zu verweisen, den wir schmerzlich vermissen) Jährliche Häufigkeit von täglichen Luftdruckmessungen von 980 hPa und weniger in Lund und Stockholm (Schweden) (Bärring and von Storch, 2005, GRL)

Die Vergangenheit der Klimaforschung hat für uns Bedeutung weil sie uns zeigt, wie Klimawissen eingesetzt wurde, um Deutung (Sinn-machen) und Herrschaft zu ermöglichen, weil sie Evidenz bereithält über vergangene Klimaveränderlichkeit, und somit den Umfang der Stichproben über den stochastischen Prozeß „Klima“ erheblich erweitert. weitere Gründe

Wenn wir über anthropogenen Klimawandel reden, dann sprechen wir über ein ideengeschichtlich nicht neues Thema. Die Erklärung “Der Mensch verändert das Klima” ist in der Vergangenheit oft zur Erklärung herangezogen worden. Die Geschichte des Klimas befriedigt nicht nur intellektuelle Neugier sondern ist auch eine notwendige Voraussetzung für “Detection & Attribution”. Die derzeit ablaufende Erwärmung kann naturwissenschaftlich akzeptabel nur erklärt werden durch menschliche Einflüsse, insbesondere die vermehrte Gegenwart von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Dazu bedarf es historischer Daten. Dies bedeutet nicht, dass auch andere Wettergrössen anthropogen verändert sind – so bewegen sich die derzeitigen Veränderungen “unserer” Stürme im Rahmen des historisch “normalen”. Folgerungen

Fälle vor dem 20. Jahrhundert - Wetterextreme wurden in historischen Zeiten religiös erklärt – menschliches Missverhalten veranlasst eine göttliche Einflussnahme auf das Wettergeschehen (Klima). - Im Mittelalter sah man Hexen als Einflussfaktoren an – entweder direkt oder indirekt (als Zorn Gottes für unzureichende Gegenmaßnahmen). - Eine erste wissenschaftliche Abhandlung (Williamson, 1771) beschrieb positive Klimaveränderungen in den nordamerikanischen Kolonien als Folge menschlicher Kolonisation. - Der ungewöhnliche feuchte Sommer 1816, der nach heutigem Wissen auf die Eruption des Tambora zurückgeführt wird, wurde in der Schweiz den neu eingeführten Blitzableitern zugeschrieben (Neue Züricher Zeitung; 21 Juni und 9 Juli 1816). Bemerkenswerterweise wird berichtet, dass einige Jahre früher in Deutschland Blitzableiter zu einer Dürre geführt haben sollen.

Klima und Militär - Die Behauptung, dass Schlachten zu vermehrtem Niederschlag führen würde, scheint sehr alt zu sein; angeblich auch im 1. Weltkrieg. - Im 18 Jahrhundert schlug Benjamin Franklin vor, den Golf-Strom abzulenken, um so gegen das Britische Empire vorgehen zu können. - Angeblich gab es in der UdSSR den Plan für den Bau eines „jetty 50 miles or more long out from near the eastern tip of Siberia. The jetty would contain several atomic powered pumping stations that would push cold Arctic waters down through the Bering Strait. This would inject icy waters into the ocean current that flows down the west coast of Canada and the United States. The result would be colder, more stormy weather throughout North America and enormous losses to the American economy in agriculture, work days and storm damage.“ - In den 70er Jahren gab es Verhandlungen zwischen den USA und der UdSSR mit dem Ziel, Klimawaffen” zu bannen. - Ideen, das Wetter “des Schlachtfeldes” zu beeinflussen.

Russische Flüsse - Pläne zur Umleitung sibirischer Flüsse werden seit dem beginn des 20ten Jahrunderts diskutiert. Die idee war, die Flüsse zur Bewässerung der semi-ariden Gebiete im Süden zu nutzen und so das regionale Klima dort zu verbessern. - Ein Nebenergebnis dieser Operation sollte ein eis-armer arktischer Ozean sein Dies würde die Winter dort abkürzen; die Verdunstung über dem dann eisfreien Meer würde zu einem maritimen Klima mit milden Temperaturen führen und einen erfolgreichen Hafenbetrieb längs der arktischen Küste erlauben. - Die Idee wurde 1976 offiziell vom 25. Parteitag der KpdSU angenommen. - Wissenschaftler aus dem Westen und auch aus der UdSSR rieten dringend von diesen Plänen ab, weil ein eisfreier arktischer Ozean signifikante Störungen der globale Zirkulation des Ozeans mit sich bringen würde. Diese Kritik erwies sich später als überzogen, aber die Pläne wurden nicht realisiert.

Luft- und Raumfahrt - Die Pläne für Überschalltechnologie für die zivile Luftfahrt in den 1960/70erJahren rief erhebliche Sorge hervor, dass die Abgase diese Flüge die Ozonschicht in der Stratosphäre und das Klima beschädigen würde. Tatsächlich wuden die Pläne in den USA eingestellt und nur in den UdSSR und Europa realisiert. Militärische Flüge dieser Art wurden dabei offenbar nicht mit in das Kalkül gezogen. - In den frühen 1990ern wurde die Luftfahrt wieder Gegenstand von Klimasorgen – diesmal wegen der Abgase und der Kondensstreifen von hochfliegenden konventionellen kommerziellen Flugzeugen. Heute, so heisst es, sei keine akute Gefährdung damit verbunden, aber die erwartetene Zuwächse im Luftverkehr lassen gefährliche Veränderungen erwarten für die Zukunft. - In Teilen der nordamerikanischen Bevölkerung gibt es die Sorge, dass der Start von Raumraketen das Klima verschlechtern würde. Kempton (1995) fand in seinen Interviews, dass 43% der Befragten die Aussage „there may be a link between the changes in the weather and all the rockets they have fired into outer space“ für plausibel hielt.

Time series of frequency of stormy days in Kullaberg (south-western Sweden), number of days per year with wind speed V≥21 m/s, after Blomgren (1999).

10-yearly sum of events with winds stronger than 7 Bft in Hamburg

Mögliche Änderung der Starkwinde (m/s) in 2070-2100 gegenüber heute Die Sturmfrage Szenarien deuten für das Ende des 21. Jahrhunderts auf eine Verstärkung der Starkwinde zumindest im Bereich der Nordsee hin Zuwachs um bis 1.5 m/s – das ist ca. 10% des gegenwärtigen Wertes (jährliche 99%ile). Wenn dieser Zuwachs gleichmässig über 80 Jahre verteilt wäre, so hätten wir pro Jahrzehnt einen mittleren Zuwachs von etwas mehr als 1%. Ein Zuwachs von wenigen Prozent ist nicht vom Rauschen der natürlichen Klimavariabilität zu unterscheiden. Mögliche Änderung der Starkwinde (m/s) in 2070-2100 gegenüber heute

Kommunikationsproblem Die Wissenschaft steht vor einem Kommunikationsproblem, nämlich die Aussage zu vermitteln “Gegenwärtiger Klimawandel ist real und ein ernsthaftes Problem aber nicht Ursache gegenwärtiger Klimaextreme”. Dies Problem liegt daran, dass die Signal-to-noise Analyse ebenso wie die Projektionen der Klimamodelle die für die politische Arena erforderlichen dramatischen Aussagen für die gegenwärtige Situation kaum bieten. Vielmehr geht der anthropogene Klimawandel weitgehend schleichend und damit kaum medial vermittelbar einher. Die Öffentlichkeit ist vorkonditioniert, jedes seltene Ereignis als Beweis der Klimakatastrophe zu deuten, was von interessierter Politik als “erzieherisch” akzeptabel ausgenutzt wird zum Anspornen eines gewünschten Umweltengagements. Problemangemessener Einsatz von postnormaler Wissenschaft ist trivialerweise schwierig.