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
Klimazeugen
aus: v. Storch et al., 1999
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Klimazeugen
aus: v. Storch et al., 1999
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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
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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
E H
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
C
O2 M
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ppm
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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Klimamodellierung
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Klimavorhersage
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Klimavorhersage
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Klimavorhersage
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Klimavorhersage
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Meeresspiegel
total
thermal expansion
glaciers
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