Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz CO 2...

Klimawandel

WS 05/06

Joachim CurtiusInstitut für Physik der Atmosphäre

Universität Mainz

CO

2

(pp

m)

Inhalt

1. Überblick

2. Grundlagen

3. Klimawandel heute: Beobachtungen

4. CO2

5. Andere Treibhausgase

6. Aerosole und Wolken

7. Solare Variabilität

8. Erwarteter zukünftiger Klimawandel

9. Klimageschichte

10. Klimaschutz

Strahlungshaushalt

kurzwellig

langwellig

[IPCC,2001]

4 4

4 4

4

2 0

0,7 04

0,7 04

A B

KA B

KA

T T

IT T

IT

einfaches Glashausmodell:

Fläche A:

Fläche B:

Bilanz:

Ergebnis:TA= -18°C, TB= 30°C

TA entspricht Teff,Erde

Modell: Atmosphäre = eine Fläche Erdoberfläche habe Albedo von 30% keine anderen Energietransporte natürlicher Treibhauseffekt qualitativ

[Kraus, 2004]

4 42 0A A A BT T

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 Kund A=0,79

Modell: Atmosphäre = eine Fläche Erdoberfläche habe Albedo ag keine anderen Energietransporte langwelliges "Fenster" mit Hilfe von A Wirkung von zusätzlichen Treibhausgasen

4 4 1 04K

A A B g

IT T a

[Kraus, 2004]

[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: Abkühlungpositiver Strahlungsantrieb: Erwärmung

semi-empirische Verknüpfung mit Temperatur der Erdoberfläche:

F T

dc F T

dt

Im langfristigen Gleichgewicht:

ZeitverzögerungKlimaantwort Strahlungs-

antrieb Parameter:Sensitivität (Rückkopplungen etc.)

Änderung derOberflächentemperatur

Inhalt

1. Überblick

2. Grundlagen

3. Klimawandel heute: Beobachtungen

4. CO2

5. Andere Treibhausgase

6. Aerosole und Wolken

7. Solare Variabilität

8. Erwarteter zukünftiger Klimawandel

9. Klimageschichte

10. Klimaschutz

anthropogener Klimawandel:

zwei Teile:

A) Detektion

B) Ursachen zuordnen

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]

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

[IPCC, 2001]

Rekonstruktion für NH nach Mann et al.,1999, aus Multi-Proxy-Analyse vonBaumjahresringen, 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 Schwankungennicht richtig wieder?

Temperaturrekonstruktion aus Bohrkernen 1500-2000

a) Prinzipb) 862 Rekonstruktionen

weltweit c) gemittelte Rekonstruktion

und Vergleich mit Messung

a)

c)

b)

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 Wärmegehaltsder Ozeane (obere 3000 m).

Rechts: Temperaturzunahme der Ozeane, modelliert, (Barnett et al., Science, 2001) 1.5e22 J entspricht 1 W yr m-2

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!

Wärmegehalt der OzeaneHansen et al., Science 2005

Trend der Änderung der Tag-Nacht-Temperaturschwankungen:

Tages-Minimumtemperaturen allgemein stärker gestiegen als Tages-Maximumtemperaturen

[IPCC,2001]

Maximale Temperaturabweichungen Stadtzentrum - Umland

Mittlere Temperaturabweichung: 0.5-1.5°C

[Schönwiese, 2003]

Temperatur-entwicklung Stratosphäre:

Ursachen:

Ozonrückgang

Wasserdampf-zunahme

[Schönwiese, 2003]

Temperaturentwicklung obere Stratosphäre: 50 km

Trend: minus 3-6°C in 20 Jahren

[Shindell]

Zunahme von Wasserdampf am Erdboden

[IPCC, 2001]

Zunahme von Wasserdampf in der Stratosphäre

Ursachen:vielfältig, MethanH2O-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

Abnahme der Eisflächen um mind. 10% auf der Nordhalbkugel

[IPCC, 2001]

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]