Klima 19 Etwas realistischer Die wirkliche Welt ist natürlich etwas komplizierter als unser nulldimensionales Modell (Quelle: Kiehl and Trenberth, 1997), aber im Prinzip stimmt es gar nicht schlecht (Für Details haben wir ohnehin zu wenig Zeit).

Strahlungsbilanz – Jahresgang Klima 20 Strahlungsbilanz – Jahresgang Netto-Kurzwellenstrahlung Netto-Strahlung Netto-Langwellenstrahlung Animationen: „Global climate animations“ des department of Geography der University of Oregon. http://geography.uoregon.edu/envchange/clim_animations/ Daten: NCEP (National Centers for Environmental Prediction) Reanalysen für die Periode 1959-1997. Bei der Reanalyse werden Beobachtungsdaten aus der Vergangenheit mit modernen Analyseprogrammen aufbereitet und auf ein Gitter interpoliert. Netto-Kurzwellenstrahlung = KWabwärts – KWaufwärts Netto-Langwellenstrahlung = LWabwärts – LWaufwärts Netto-Strahlung = Netto-KW – Netto-LW

Klima 21 Klimaänderungen In unserem einfachen Modell gibt es immerhin drei Möglichkeiten das Klima, und damit die Oberflächentemperatur der Erde zu ändern, für alle drei gibt es auch Beispiele in der Erdgeschichte. Änderung der Solarkonstante „Kleine Eiszeit“. Anstieg der Temperatur zu Beginn des 20. Jhdts (zumindest teilweise). Änderung der Albedo Abkühlung nach explosiven Vulkanausbrüchen durch Schwefelsäure-Aerosole in der Stratosphäre. „Impaktwinter“ nach Asteroideneinschlag an der Kreide/Tertiär Grenze. Änderung der Treibhausgaskonzentration Anthropogener Treibhauseffekt, Supertreibhaus an der Paläozän/Eozän Grenze. Außerdem können wir, wenigstens qualitativ einige Rückkoppelungen im Klimasystem verstehen. Positive Rückkoppelungen verstärken die ursprüngliche Störung. Negative Rückkoppelungen stabilisieren das Klima.

= Systemkomponente = Positive Koppelung = Negative Koppelung Klima 22 Koppelungen (1) Darstellung nach J. Kasting: = Systemkomponente = Positive Koppelung = Negative Koppelung

Positive Koppelung Koppelungen (2) CO2 in der Atmosphäre Klima 23 Koppelungen (2) Positive Koppelung CO2 in der Atmosphäre Treibhauseffekt Eine Zunahme des CO2–Gehaltes führt zu einer Zunahme des Treibhauseffektes. Eine Abnahme des CO2–Gehaltes führt zu einer Abnahme des Treibhauseffektes.

Oberflächentemperatur Klima 24 Koppelungen (3) Negative Koppelung Albedo der Erde Oberflächentemperatur Eine Zunahme der Albedo führt zu einer Abnahme der Oberflächentemperatur. Eine Abnahme der Albedo führt zu einer Zunahme der Oberflächentemperatur.

(+) Rückkoppelungen (1) Oberflächen- temperatur H2O in der Atmosphäre Klima 25 Rückkoppelungen (1) Hier ist Wasser besonders wichtig, da es auf der Erde als Gas, als Flüssigkeit und in fester Form (mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften) vorkommen kann. Wasserdampf–Rückkoppelung (positiv) Oberflächen- temperatur H2O in der Atmosphäre Treibhaus- effekt (+)

(+) Rückkoppelungen (2) Oberflächen- temperatur Schnee- und Klima 26 Rückkoppelungen (2) Schnee/Eis–Albedo–Rückkoppelung (positiv) Oberflächen- temperatur Schnee- und Eisbedeckung Planetare Albedo (+) z.B. : Temperatur nimmt ab  Schnee/Eisbedeckung nimmt zu  Albedo nimmt zu  Temperatur nimmt weiter ab.

(–) Rückkoppelungen (3) Oberflächen- temperatur H2O in der Atmosphäre Klima 27 Rückkoppelungen (3) Wolken–Rückkoppelung für tiefe Wolken (negativ) Oberflächen- temperatur H2O in der Atmosphäre (–) Planetare Albedo Tiefe Bewölkung z.B.: Temperatur nimmt zu  Wasserdampfgehalt der Atmosphäre nimmt zu  Bewölkung nimmt zu  Albedo nimmt zu  Temperatur nimmt ab.