Einführung in die Klimatologie Prof. Dr. Otto Klemm 3. Klimaentwicklung PD Dr. Otto Klemm Universität Bayreuth BITÖK Klimatologie, 95440 Bayreuth Tel.: 0921-55-5674; FAX: 0921-55-5799 email: klemm@bitoek.uni-bayreuth.de http://www.bitoek.uni-bayreuth.de/~Otto.Klemm Stand: 08/2000

Entwicklung der Erdatmosphäre aus: Graedel und Crutzen, 1994

aus: Graedel und Crutzen, 1994 Klimazeugen aus: Graedel und Crutzen, 1994

Einfluss der Erdumlaufbahn aus: Graedel und Crutzen, 1994

Einfluss der Erdumlaufbahn aus: Graedel und Crutzen, 1994

Klimazeugen Holozän Würm / Weichsel Günz Riß / Saale Mindel / Elster Donau Riß / Saale Mindel / Elster aus: v. Storch et al., 1999

Klimazeugen Würm Riß aus: v. Storch et al., 1999

Historische Kalt- und Warmzeiten Jahre vor heute Temp Alpen Nordeuropa Nordamerika warm Holozän 12000 kalt Würm Weichsel Wisconsin 75000 Eem Sangamon 125000 Riß Warthe/Saale/Drenthe Illinoian 175000 Holstein Yarmouth 225000 Mindel Elster Kansan 280000 Cromer Aftonian 320000 Günz Menap Nebrascan 390000 Waal 420000 Donau Eburon 470000 Tegelen 510000 aus: v. Storch et al., 1999

Klimaoptima und –pessima in Europa Zeitraum Klimaabschnitt Klimarelevante Ereignisse 1200 – 600 v. Chr. Subatlantikum – Pessimum, ausgeprägt kalte Periode, mitteleuropäische Temperaturen um 1 – 2 K unter heute, besonders kühle Sommer, niederschlagsreich 750 – 550: Kolonisation des Mittelmeerraums durch die Griechen 200 v. Chr. – 380 n. Chr. Optimum der Römerzeit Jahresmittel 1 – 1.5 K über heute, meist niederschlagsreich, erst 300 – 400 n.Chr. trockener 98 – 117 größte Ausdehnung des Römischen Reiches, 218 v.Chr. Alpenüberquerung durch Hannibal 380 - 750 Pessimum der Völkerwanderungszeit, kühl und niederschalgsreich, verbreitet Gletschervosstöße 375 – 568 germanische Völkerwanderung, 410 Einnahme Roms durch die Westgoten 950 - 1250 mittelalterliches Optimum Jahresmittel 1 – 1.5 K über heute, zunächst niederschlagsreich, dann trockener 800 – 1000 Seefahrten der Normannen, Besiedlung Islands und Grönlands, Weinanbau bis nach NW – Europa um 1250 Klimawende mit ausgedehnter Abkühlung, viele Niederschläge, Stürme 1250 - 1850 kleine Eiszeit, Jahresmittel etwa 1 K unter heute, bes. strenge Winter, starke Schwankungen, am Ende trocken 1492 Beginn des Zeitalters der Ent-deckungen und Auswanderungen, 1525 Bauernkriege, 1618/48 Dreißigjähriger Krieg, 1789 franz. Revolution ab ca. 1900 modernes Optimum mit erstem Maximum der globalen Lufttemperatur um 1940, verstärkter Temperaturanstieg seit Beginn der 1970er Jahre, relativ trocken

Sonnenfleckenaktivität http://www.routledge.com

Periodizität von Klimaschwankungen Abweichung von der Kreisbahn Kontinentaldriften Neigung der Erdachse Präzession ?? aus: Graedel und Crutzen, 1994

Klimaentwicklung mittelalterliches kleine Eiszeit Optimum http://www.ipcc.ch

Klimaentwicklung http://www.ipcc.ch

E. Schaller, http://alice.luft.tu-cottbus.de globale Strahlungsbilanz - Treibhauseffekt Die durch-schnittliche Einstrahlung beträgt ca. 342 W m-2 Der natürliche Treibhauseffekt beträgt 33 K 342 W m-2 % + 32 + 19 - 51 E H E. Schaller, http://alice.luft.tu-cottbus.de

Effektivität der Treibhausgase das wichtigste Treibhausgas ist H2O ! GWP MV absoluter Beitrag zum Treibhaus-effekt Beitrag zum natürlichen Treibhaus-effekt Anstieg a-1 pot. Bei-trag zur weiteren Er-wärmung Lebens-dauer in der Atmo-sphäre CO2 1 375 ppm 7 K 1.5 ppm (0.43 %) 4 – 120 a CH4 21 1.75 ppm 10 % 0.8 K 0.013 ppm (0.8 %) 18 % 3.6 – 10 a N2O 310 310 ppb 26 % 1.5 K 0.8 ppb (0.26 %) 16 % 20 – 150 a trop. O3 4000  30 ppb 34 % 2.4 K [ 1 % ? ] ? Tage - Wochen CFC-11 5000 260 ppt 0.4 % - 55 a CFC-12 5700 530 ppt 0.8 % > 100 a PFC 6500-9200  100 ppt ca. 1 % 2600 – 50000 a SF6 23900 3 ppt 0.02 % 0.26 ppt (8.7 %) 3200 a H2O 0.01 – 5 % 3 21 K

Erläuterungen GWP = global warming potential (auf molekularer Basis) CH4 = Methan N2O = Lachgas Flour-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) = Chlorofluorocarbons (CFC) CCl2F2 - CFC-12 C2Cl2F4 CFC-114 CHClF2 CFC-22 CCl3F CFC-11 Die erste Zahl von rechts ist die Anzahl der F-Atome in der Verbindung. Die zweite Zahl von rechts ist die Zahl der H-Atome plus 1. Die dritte Zahl von rechts minus 1 ist die Anzahl der C-Atome. Wenn nur ein C-Atom in der Verbindung ist, fällt diese dritte Zahl von rechts weg Die Zahl der Cl-Atome ergibt sich aus der Zahl der möglichen Bindungsplätze am C-Atom minus der Summe der F- und H-Atome. PFC = Perfluorierte Kohlenstoffe SF6 = Schwefelhexafluorid

Treibhausgase - Kohlendioxid Daten-Quelle: Climate Monitoring & Diagnostics Laboratory, http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/maunaloa.co2 http://www.cmdl.noaa.gov/info/testimony.html Messreihe Mauna Loa (Hawaii) (seit 1958) Mittelwert 2004: 378 ppm

Spurengase Quelle: Häckel. 1999

Treibhausgase - Kohlendioxid http://www.ipcc.ch

Daten-Quelle: Climate Monitoring & Diagnostics Laboratory, http://www

Treibhausgase - Schwefelhexafluorid http://www.env-it.de/umweltdaten

Spurengase http://www.ipcc.ch

Spurengase http://www.ipcc.ch

„Treibhauseffekt“ http://www.ipcc.ch

Klimamodellierung http://www.ipcc.ch

Klimamodellierung http://www.ipcc.ch

Klimavorhersage http://www.ipcc.ch

Klimavorhersage http://www.ipcc.ch

Klimavorhersage http://www.ipcc.ch

Klimavorhersage http://www.ipcc.ch

Klimavorhersage http://www.ipcc.ch

Meeresspiegel total thermal expansion glaciers Greenland Antarctica aus Sterr H (1998)

Klimaentwicklung http://www.ipcc.ch

Klimaentwicklung http://www.ipcc.ch

Rückkopplungsmechanismen positiv Eis – Albedo - Rückkopplung Temperatur steigt Schnee- und Eisbedeckung nimmt ab Temperatur steigt weiter Absorption solarer Strahlung steigt Albedo nimmt ab Wasserdampf - Rückkopplung Temperatur steigt Verdunstung nimmt zu Temperatur steigt weiter Treibhauseffekt verstärkt sich atm. Wasserdampfgehalt nimmt zu

Rückkopplungsmechanismen negativ Eis - Akkumulation - Rückkopplung Temperatur steigt atm. Wasserdampfgehalt steigt Albedo nimmt zu Schnee und Eisbedeckung nimmt zu Meeresspiegel sinkt Niederschlag nimmt zu geringere Absorbtion von Strahlung Temperatur fällt Strahlung - Wolken - Rückkopplung Temperatur steigt atm. Wasserdampfgehalt steigt Wolkenbedeckung nimmt zu globale Albedo nimmt zu geringere Absorbtion von Strahlung Temperatur fällt vorsicht: die Rolle der Wolken ist nicht einheitlich