Klimawandel CO2 (ppm) WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz CO2 (ppm)

Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimageschichte Klimaschutz

Strahlungshaushalt [IPCC,2001] kurzwellig langwellig

einfaches Glashausmodell: Fläche A: Fläche B: Bilanz: [Kraus, 2004] Modell: Atmosphäre = eine Fläche Erdoberfläche habe Albedo von 30% keine anderen Energietransporte  natürlicher Treibhauseffekt qualitativ Ergebnis: TA= -18°C, TB= 30°C TA entspricht Teff,Erde

Erweiterung des einfachen Glashausmodells: Fläche A: Fläche B: Ergebnis: für TB= 288 K, folgt TA= 242 K und A=0,78 für TB= 289 K, folgt TA= 243 K und A=0,79 [Kraus, 2004] Modell: Atmosphäre = eine Fläche Erdoberfläche habe Albedo ag keine anderen Energietransporte langwelliges "Fenster" mit Hilfe von A  Wirkung von zusätzlichen Treibhausgasen

[IPCC,2001]

Strahlungsantrieb F: "Änderung der Strahlungsbilanz an der Tropopause durch Störung der Energieflüsse im Subsystem Erdoberfläche- Atmosphäre" (nach Schönwiese, IPCC-Def. komplizierter). negativer Strahlungsantrieb: Abkühlung positiver Strahlungsantrieb: Erwärmung semi-empirische Verknüpfung mit Temperatur der Erdoberfläche: Probleme: e.g. Sulfataerosol Regional wirksam... Zeitverzögerung Klimaantwort Änderung der Oberflächentemperatur Strahlungs- antrieb Parameter: Sensitivität (Rückkopplungen etc.) Im langfristigen Gleichgewicht:

Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimageschichte Klimaschutz

anthropogener Klimawandel: zwei Teile: Detektion Ursachen zuordnen Medizin: Befund/Ursache/Prognose/Behandlung Jura: Beweis erheben/rechtliche Einordnung/Urteil

Fragestellungen: Um wieviel hat sich die Erde erwärmt? Ist diese Erwärmung ungewöhnlich? Haben Wasserdampf und Niederschlag zugenommen? Haben die Klimaextreme zugenommen? Sind die Beobachtungen von Klimaänderungen untereinanderkonsistent?

3. Klimawandel heute: Beobachtungen Temperaturentwicklung Erdoberfläche: "Hockeystick" Temperaturentwicklung Ozeane, Stratosphäre etc. Entwicklung von Eisflächen und Gletschern Entwicklung Niederschlag Regionale Entwicklungen, Stadtklima Entwicklung der Extremereignisse: Tropische Wirbelstürme Hitzewellen Überschwemmungen

Messnetz für bodennahe atmosphärische Daten [Schönwiese, 2003]

1991-2000 wahrscheinlich wärmstes Jahrzehnt im letzten Jahrtausend Erwärmung im 20. Jahrhundert ist wahrscheinlich die größte im letzten Jts. [IPCC,2001]

[IPCC, 2001] Rekonstruktion für NH nach Mann et al.,1999, aus Multi-Proxy-Analyse von Baumjahresringen, Korallen, Eisbohrkerne, Bohrlöchern, Aufzeichnungen, etc.

Weitere Rekonstruktionen [IPCC, 2001]

Vergleich: Simulationen von Storch et al., Science, 2004, mit Rekonstruktionen Mann, Bradley, Hughs, Nature, 1998 (MBH) MBH-Rekonstruktionen geben langfristige Schwankungen nicht richtig wieder?

Temperaturrekonstruktion aus Bohrkernen 1500-2000 c) a) Prinzip b) 862 Rekonstruktionen weltweit c) gemittelte Rekonstruktion und Vergleich mit Messung

Temperaturtrends 1901-2000 nach Zeitphasen [IPCC,2001]

Temperaturtrends 1976-2000 nach Jahreszeiten [IPCC,2001]

Wärmegehalt und Temperaturen der Ozeane Links: Beobachtete (strichpunktiert, Levitus et al., Science, 2000) und modellierte (durchgezogene Linie, Barnett et al., Science, 2001) Zunahme des Wärmegehalts der Ozeane (obere 3000 m). Rechts: Temperaturzunahme der Ozeane, modelliert, (Barnett et al., Science, 2001) 1.5e22 J entspricht 1 W yr m-2

Wärmegehalt der Ozeane Hansen et al., Science 2005 Derzeit: Nichtgleichgewicht der Energiebilanz Erde nimmt ~0.85 W/m2 mehr auf als sie abgibt Temperatur der Erdoberfläche wird weiter steigen (+0.6°C), selbst wenn ab sofort keine weiteren Änderungen der atmosphärischen Konzentrationen!

Trend der Änderung der Tag-Nacht-Temperaturschwankungen: Tages-Minimumtemperaturen allgemein stärker gestiegen als Tages-Maximumtemperaturen [IPCC,2001]

Maximale Temperaturabweichungen Stadtzentrum - Umland [Schönwiese, 2003] Mittlere Temperaturabweichung: 0.5-1.5°C

Temperatur- entwicklung Stratosphäre: Ursachen: Ozonrückgang Wasserdampf- zunahme [Schönwiese, 2003]

Temperaturentwicklung obere Stratosphäre: 50 km [Shindell] Trend: minus 3-6°C in 20 Jahren

Zunahme von Wasserdampf am Erdboden [IPCC, 2001]

Zunahme von Wasserdampf in der Stratosphäre Ursachen: vielfältig, Methan H2O-Transport

Änderung des Niederschlags nach Regionen Zunahme des Niederschlags um 0.5 - 1%/Dekade über Land in mittleren Breiten der NH [IPCC, 2001]

Rhone- gletscher

Pasterze- gletscher

Gletscherrückgang [IPCC, 2001]

IPCC, 2001: Arktis Zunahme der Frühjahrstemperaturen in geringerem Maße Zunahme der Sommertemperaturen arktisches Meereis hat seit den 1950er Jahren im Frühling und Sommer um 10 bis 15% abgenommen Satellitenbeobachtungen zwischen 1978 und 1996 zeigen eine Abnahmen um 2,8% pro Dekade Ausdehnung der sommerlichen Schmelzperiode: von 57 Tagen im Jahre 1979 auf 81 Tage im Jahre 1998 durchschnittliche Eisdicke seit ca. 1960 von 3,1 auf 1,8 m oder um 42% verringert

wissenschaftliche Hintergründe: Strahlungshaushalt [IPCC, 2001] Abnahme der Eisflächen um mind. 10% auf der Nordhalbkugel

Zusammenfassung: Zunahme der globalen mittleren Temperatur am Boden von 1901 bis 2000: +0.6°C mit 95%-Vertrauensintervall: 0.2°C drei Perioden: 1910-1945, 1946-1975, 1976-2000 Zunahme des Wärmegehalts der Ozeane; T-Zunahme um 0.037°C/Dekade in obersten 300 m Ungleichgewicht der Erd-Energiebilanz: 0.85 W/m2, weitere 0.6°C auch bei null Emissionen Rückgang von Gletschern und Landeis Arktisches Packeis in Ausdehnung und Dicke stark zurückgegangen bisher kein deutlicher Rückgang in antarktischen Temperaturen und Packeisausdehnung positive Temperaturtrends in der freien Troposphäre, aber kleiner als am Boden negative Temperaturtrends in der Stratosphäre Das letzte Jahrzehnt des 20. Jht. war das wärmste Jahrzehnt des letzten Jahrtausend. (P>90%) "Kleine Eiszeit" und "Mittelalterliche Warmzeit" nur in Europa und Nordost-Atlantik Zunahme der Bewölkung um ~2% über Land in mittleren Breiten der NH Zunahme des Niederschlags um 0.5 - 1%/Dekade über Land in mittleren Breiten der NH Zunahme des Niederschlags in den Tropen Extreme...

[IPCC, 2001]

Änderung der Wetterextreme [IPCC, 2001]