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Wetterthema

06.10.2021

Wie empfindlich ist das Klima?

Wie reagiert das Klima auf die Zunahme von Treibhausgasen?

Bereits in den 1960er Jahren entwickelte der japanische Meteorologe und Syukuro Manabe erste Klimamodelle am Computer. Unter anderem erforschte er damit, wie empfindlich das Klimasystem auf Veränderungen von Treibhausgaskonzentrationen reagiert. Zusammen mit Klaus Hasselmann und Gorgio Parisi wurde ihm 2021 der Physik-Nobelpreis zuerkannt.

Die Schätzungen der globalen Erwärmung infolge des vom Menschen verursachten, also anthropogenen Treibhauseffektes liegen zwischen 1,4 und 6,8 Grad bis zum Jahr 2100. Woher rührt diese große Unsicherheit? Zum einen ist die Menge künftig ausgestoßener Treibhausgase unsicher, und zum anderen ist noch nicht hinreichend bekannt, wie empfindlich das Klimasystem darauf reagieren wird.

Wie stark der Ausstoß von Treibhausgasen in den kommenden Jahrzehnten ausfallen wird, hängt u.a. von der Entwicklung der Weltwirtschaft, der Weltbevölkerung und von der Energiepolitik der einzelnen Staaten ab. Die Unsicherheiten sind hier groß, wie der erneute Kurswechsel in der US-Klimapolitik unter Präsident Biden deutlich macht. Um die Zukunft besser abzuschätzen hat das IPCC (Zwischenstaatliches Expertengremium zu Fragen des Klimawandels) sogenannte Emissionsszenarien entwickelt, welche unterschiedlichen Entwicklungen Treibhausgasemissionen zuordnen.

Die Konzentration von Kohlendioxid (CO2), dem wichtigsten anthropogenen Treibhausgas wird in ppm (parts per million) angegeben, das sind Teilchen CO2 pro 1 Millionen Teilchen Luft. Diese ist von 280 ppm vor 1850 auf aktuell etwa 413 ppm angestiegen (Stand: Oktober 2021). Die Bandbreite der CO2-Konzentration im Jahr 2100 reicht von optimistischen 545 bis hin zu etwa 970 ppm, falls fossile Energieträger in einer energiehungrigen Welt ungebremst weiter verfeuert werden, was auch als „business as usual“ bezeichnet wird.

Füttert man nun ein einzelnes Klimamodell mit diesen unterschiedlichen Emissionsszenarien, so errechnet es verständlicherweise unterschiedliche Temperaturanstiege. Jedoch produzieren unterschiedliche Klimamodelle, denen ein und dasselbe Emissionsszenario zugrunde liegt ebenfalls unterschiedliche künftige Erwärmungen. Das liegt an einer weiteren Unbekannten, der sogenannten Klimasensitivität, die in den diversen Klimamodellen unterschiedlich eingestellt ist.

Man gibt die Klimasensitivität in Grad Celsius Erwärmung an, die sich bei einer Verdopplung der CO2-Konzentration von vorindustriellen 280 ppm auf 560 ppm ergeben würde, nachdem das Klimasystem einen neuen Gleichgewichtszustand erreicht hat. Abschätzungen dieser Klimasensitivität reichen von 0,1 Grad bis 9,6 Grad. Mit 95-prozentiger Wahrscheinlichkeit liegt sie jedoch zwischen 2 und 4,5 Grad mit einer besten Schätzung von etwa 3 Grad. Bei moderaten Emissionsszenarien werden diese 560 ppm zwischen 2050 und 2070 erreicht.

Die großen Unsicherheiten bei dieser Abschätzung sind der hohen Komplexität des Klimasystems geschuldet, welches durch eine Vielzahl von zum Teil noch unverstandenen Rückkopplungen charakterisiert ist. So kann eine erhöhte Wasserdampfkonzentration in einer wärmeren Atmosphäre den Treibhauseffekt noch verstärken, da Wasserdampf das mit Abstand bedeutendste Treibhausgas ist. Es kann sich aber auch die Wolkenbedeckung verändern, wodurch einerseits die solare Einstrahlung abgeschattet werden kann (hohe Wolken), andererseits aber auch die Abstrahlung von der Erdoberfläche in den Weltraum behindert werden kann (tiefe Wolken). Hier gibt es noch beträchtliche Unsicherheiten, die eine Eingrenzung der Klimasensitivität erschweren.

Bereits im Jahr 1896 hat Svante Arrhenius übrigens mit 5,5 Grad eine erste Schätzung der Klimasensitivität angegeben, die gar nicht so weit von dem heute vermuteten Wertebereich abweicht, welcher mit aufwändigsten Computerberechnungen eingegrenzt wurde.

Mittwoch, 6. Oktober 2021

Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion

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