Einführung in die

KlimatologieProf. Dr. Otto Klemm

3. Klimaentwicklung

Entwicklung der Erdatmosphäre

aus: Graedel und Crutzen, 1994

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Einfluss der Erdumlaufbahn

aus: Graedel und Crutzen, 1994

Einfluss der Erdumlaufbahn

aus: Graedel und Crutzen, 1994

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aus: v. Storch et al., 1999

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Klimazeugen

aus: v. Storch et al., 1999

Würm

Riß

Historische Kalt- und Warmzeiten

Jahre vor heute Temp Alpen Nordeuropa Nordamerika

warm Holozän Holozän12000

kalt Würm Weichsel Wisconsin75000

warm Eem Sangamon125000

kalt Riß Warthe/Saale/Drenthe

Illinoian

175000warm Holstein Yarmouth

225000kalt Mindel Elster Kansan

280000warm Cromer Aftonian

320000kalt Günz Menap Nebrascan

390000warm Waal

420000kalt Donau Eburon

470000Tegelen

510000

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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

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Periodizität von Klimaschwankungen

aus: Graedel und Crutzen, 1994

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Klimaentwicklung

http://www.ipcc.ch

mittelalterliches Optimum

kleine Eiszeit

Klimaentwicklung

http://www.ipcc.ch

E. Schaller, http://alice.luft.tu-cottbus.de

Die durch-

schnittliche

Einstrahlung

beträgt ca.

342 W m-2

Der natürliche

Treibhauseffekt

beträgt 33 K

globale Strahlungsbilanz - Treibhauseffekt

+ 19 - 51 + 32

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342 W m-2

%

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 1 7 K 1.5 ppm (0.43 %) 1 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. O34000 30 ppb 34 % 2.4 K [ 1 % ? ] ? Tage -

Wochen

CFC-11 5000 260 ppt 0.4 % - 0 0 55 a

CFC-12 5700 530 ppt 0.8 % - 0 0 > 100 a

PFC 6500-9200

100 ppt

- ca. 1 % 2600 – 50000 a

SF6 23900 3 ppt 0.02 % - 0.26 ppt (8.7 %) 0.4 % 3200 a

H2O 0.01 – 5 %

3 21 K 0 0

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

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

310

320

330

340

350

360

370

380

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Jahr

Treibhausgase - Kohlendioxid

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Messreihe Mauna Loa (Hawaii) (seit 1958)Mittelwert 2004: 378 ppm

Spurengase

Quelle: Häckel. 1999

http://www.ipcc.ch

Treibhausgase - Kohlendioxid

Daten-Quelle: Climate Monitoring & Diagnostics Laboratory, http://www.cmdl.noaa.gov/info/testimony.html

Treibhausgase - Schwefelhexafluorid

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

Spurengase

http://www.ipcc.ch

Spurengase

http://www.ipcc.ch

„Treibhauseffekt“

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Klimamodellierung

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Klimavorhersage

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Klimavorhersage

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Klimavorhersage

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Meeresspiegel

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Greenland

Antarctica

aus Sterr H (1998)

Klimaentwicklung

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Klimaentwicklung

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Rückkopplungsmechanismen positiv

Wasserdampf - Rückkopplung

Temperatur steigt

Verdunstung nimmt zu

Temperatur steigt weiter

Treibhauseffekt verstärkt sich

atm. Wasserdampfgehalt nimmt zu

Eis – Albedo - Rückkopplung

Temperatur steigt

Schnee- und Eisbedeckung nimmt ab

Temperatur steigt weiter

Absorption solarer Strahlung steigt

Albedo nimmt ab

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

globale Albedo nimmt zu

Wolkenbedeckung nimmt zu

geringere Absorbtion von Strahlung

Temperatur fällt

vorsicht: die Rolle der Wolken ist nicht einheitlich