Klimamodelle auf dem Prüfstand

Klimamodelle wurden vor zwanzig Jahren als der große Durchbruch gefeiert. Endlich konnte man die Realität im Computer nachvollziehen. Immer größer und schneller wurden die Rechner. Man glaubte fest daran, dass man nur noch i-Tüpfelchen justieren müsste und kurz vor dem Ziel war. Als dann aber die Rechenergebnisse mit der Realität verglichen wurden, ergaben sich riesige unerklärliche Diskrepanzen. Parallel dazu erarbeiteten Paläoklimatologen eine immer robustere Rekonstruktion des realen Klimaverlaufs, was die Probleme sogar noch offensichtlicher machte. Im Monatsabstand erscheinen heute Papers, die auf die schwerwiegenden Probleme der Klimamodellier hinweisen. Tests werden bevorzugt in der Mitte der Kleinen Eiszeit um 1800 begonnen, da dann die Erwärmung der letzten 200 Jahre so schön zum CO2-Anstieg passt. Geht man dann aber auf die letzten 1000 Jahre zurück, versagt die Technik.

Fabius Maximus wies im März 2016 auf das Offensichtliche hin: Die Modelle müssen viel schärfer getestet und kalibriert werden, bevor sie für Zukunftsmodellierungen freigegeben werden:

We can end the climate policy wars: demand a test of the models
[...] The policy debate turns on the reliability of the predictions of climate models. These can be tested to give “good enough” answers for policy decision-makers so that they can either proceed or require more research. I proposed one way to do this in Climate scientists can restart the climate change debate & win: test the models!— with includes a long list of cites (with links) to the literature about this topic. This post shows that such a test is in accord with both the norms of science and the work of climate scientists. [...] Models should be tested vs. out of sample observations to prevent “tuning” the model to match known data (even inadvertently), for the same reason that scientists run double-blind experiments). The future is the ideal out of sample data, since model designers cannot tune their models to it. Unfortunately…

“…if we had observations of the future, we obviously would trust them more than models, but unfortunately observations of the future are not available at this time.”
— Thomas R. Knutson and Robert E. Tuleya, note in Journal of Climate, December 2005.

There is a solution. The models from the first four IPCC assessment reports can be run with observations made after their design (from their future, our past) — a special kind of hindcast.

Ein anderer großer Kritikpunkt an den Kimamodellen ist das sogenannte Tuning. Hier werden die Klimamodelle so justiert, das sie möglichst nah an das gewünschte Ergebnis herankommen. Dies geschieht meist hinter verschlossenen Türen im dunklen Kämmerlein und leidet unter fehlender Transparenz. Hourdin et al. 2016 haben das Problem in einem Übersichtspaper ausführlich beschrieben. Judith Curry empfiehlt die Abhandlung wärmstens.

Two years ago, I did a post on Climate model tuning,  excerpts: “Arguably the most poorly documented aspect of climate models is how they are calibrated, or ‘tuned.’ I have raised a number of concerns in my Uncertainty Monster paper and also in previous blog posts.The existence of this paper highlights the failure of climate modeling groups to adequately document their tuning/calibration and to adequately confront the issues of introducing subjective bias into the models through the tuning process.”

Think about it for a minute. Every climate model manages to accurately reproduce the 20th century global warming, in spite of the fact that that the climate sensitivity to CO2 among these models varies by a factor of two. How is this accomplished? Does model tuning have anything to do with this?

Ganzen Beitrag auf Climate Etc. lesen.

Im November 2016 beschrieb Paul Voosen im angesehenen Fachblatt Science die Notwendigkeit, die Geheimniskrämerei zu beenden und die Black Boxes im Sinne der Transparenz für die Öffentlichkeit zu öffnen:

Climate scientists open up their black boxes to scrutiny
Climate models render as much as they can by applying the laws of physics to imaginary boxes tens of kilometers a side. But some processes, like cloud formation, are too fine-grained for that, and so modelers use “parameterizations”: equations meant to approximate their effects. For years, climate scientists have tuned their parameterizations so that the model overall matches climate records. But fearing criticism by climate skeptics, they have largely kept quiet about how they tune their models, and by how much. That is now changing. By writing up tuning strategies and making them publicly available for the first time, groups hope to learn how to make their predictions more reliable—and more transparent.

 

Sonne macht Klima: Spanien und Portugal

Beeinflusst die Sonne das Klima? Im heutigen Beitrag wollen wir neue Studien aus Spanien und Portugal vorstellen, die hier Licht ins Dunkel bringen. Im Februar 2017 erschien in Climate of the Past eine Baumring-Studie einer Gruppe um Ernesto Tejedor, in der eine Temperaturrekonstruktion für die Iberische Halbinsel für die vergangenen 400 Jahre vorgestellt wird. Die Autoren heben hervor, dass die Temperaturschwankungen recht gut mit den Schwankungen der Sonnenaktivität zusammenpassen. Warme Phasen gehen dabei mit Zeiten erhöhter Sonnenaktivität einher. Insgesamt hat sich das Untersuchungsgebiet in diesen 400 Jahren um fast 3°C erwärmt, was den Übergang von der Kleinen Eiszeit zur Modernen Wärmeperiode widerspiegelt (Abb.). Allerdings gab es bereits um 1625 und 1800 Phasen, als die Temperaturen für kurze Zeit das heutige Niveau erreichten.

Abbildung: Temperaturentwicklung im Gebirgszug Nordspanien während der letzten 400 Jahre und Vergleich mit der Sonnenaktivität. Quelle: Tejedor et al. 2017.

 

Hier der Abstract der Studie:

Temperature variability in the Iberian Range since 1602 inferred from tree-ring records
Tree rings are an important proxy to understand the natural drivers of climate variability in the Mediterranean Basin and hence to improve future climate scenarios in a vulnerable region. Here, we compile 316 tree-ring width series from 11 conifer sites in the western Iberian Range. We apply a new standardization method based on the trunk basal area instead of the tree cambial age to develop a regional chronology which preserves high- to low-frequency variability. A new reconstruction for the 1602–2012 period correlates at −0.78 with observational September temperatures with a cumulative mean of the 21 previous months over the 1945–2012 calibration period. The new IR2Tmax reconstruction is spatially representative for the Iberian Peninsula and captures the full range of past Iberian Range temperature variability. Reconstructed long-term temperature variations match reasonably well with solar irradiance changes since warm and cold phases correspond with high and low solar activity, respectively. In addition, some annual temperature downturns coincide with volcanic eruptions with a 3-year lag.

Weiter gehts in Portugal. Anna Morozova und Tatiana Barlyaeva analysierten den Temperaturverlauf der letzten 100 Jahre in Lissabon, Coimbra und Porto. Dabei stießen sie auf ein schwaches aber statistisch gut abgesichertes Signal der 11- und 22-jährigen Sonnenzyklen in den Temperaturdaten. Im Haupttext ihrer Arbeit heißt es dazu:

Weak but statistically significant (bi-)decadal signals in the temperature series that can be associated with the solar and geomagnetic activity variations were found. These signals are stronger during the spring and autumn seasons. The multiple regression models which include the sunspot numbers or the geomagnetic indices among other regressors have higher predictionquality. The wavelet coherence analysis shows that there are time lags between the temperature variations and the solar activity cycles. These lags are about 1–2 years in case of the 11-yr solar cycle as well as in case of the 22-yr solar magnetic cycle (relatively to the solar polar magnetic field observations). These lags are confirmed by the correlation analysis. The results obtained by these methods as well as comparison to results of other studies allow us to conclude that the found (bi-)decadal temperature variability modes can be associated, at least partly, with the effect of the solar forcing.

Bleiben wir in Portugal, gehen aber auf den weiten Atlantischen Ozean hinaus. Die Inselgruppe der Azoren spielt eine wichtige Rolle im westeuropäsichen Westtergeschehen. Im November 2016 ging eine Gruppe um Roy et al. im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics der Frage nach, ob bei der Ausprägung des berühmten Azoren-Hoch vielleicht die Sonnenaktivität eine Rolle spielen könnte. Ein solarer Einfluss auf diese wichtige Wettermaschine wäre bedeutsam. Und in der Tat stellten die Autoren eine signifikante Kopplung des Azorenhochs an die Sonnenaktivität fest. Sichtbar wird der Zusammenhang vor allem, wenn man die verschiedenen solaren Akivitätskennziffern berücksichtigt, nicht nur die meist verwendeten Sonnenflecken. Es wird immer klarer, dass das solare Magnetfeld eine mindestens ebenso wichtige Rolle spielt, was auch im Fall der Azoren den Durchbruch brachte. Zudem müssen zeitliche Verzögerungseffekte von 1-2 Jahren eingerechnet werden. Das Klimasystem ist träge und springt nicht gleich über jedes Stöckchen das man ihm hinhält. Manchmal dauert es ein wenig, bis sich das System an den externen Signalgeber orientiert und anpasst. Hier der Abstract der spannenden Studie:

Comparing the influence of sunspot activity and geomagnetic activity on winter surface climate
We compare here the effect of geomagnetic activity (using the aa index) and sunspot activity on surface climate using sea level pressure dataset from Hadley centre during northern winter. Previous studies using the multiple linear regression method have been limited to using sunspots as a solar activity predictor. Sunspots and total solar irradiance indicate a robust positive influence around the Aleutian Low. This is valid up to a lag of one year. However, geomagnetic activity yields a positive NAM pattern at high to polar latitudes and a positive signal around Azores High pressure region. Interestingly, while there is a positive signal around Azores High for a 2-year lag in sunspots, the strongest signal in this region is found for aa index at 1-year lag. There is also a weak but significant negative signature present around central Pacific for both sunspots and aa index. The combined influence of geomagnetic activity and Quasi Biannual Oscillation (QBO 30 hPa) produces a particularly strong response at mid to polar latitudes, much stronger than the combined influence of sunspots and QBO, which was mostly studied in previous studies so far. This signal is robust and insensitive to the selected time period during the last century. Our results provide a useful way for improving the prediction of winter weather at middle to high latitudes of the northern hemisphere.

 

Sonne macht Klima: Elfjähriger Sonnenzyklus beeinflusst das Wetter in Mitteleuropa

Immer wieder heißt es: Die Sonne kann nichts, sie wäre klimatisch nahezu wirkungslos, ein zahnloser Tiger. Diese Behauptung des IPCC steht im krassen Gegensatz zur Mehrheit der Forscher, die dieses Feld beackern. In hunderten von Publikationen und Fallstudien haben sie die Klimawirkung der Sonne eindrucksvoll belegt und stoßen bei den IPCC-Managern auf taube Ohren. Im heutigen Beitrag wollen wir uns neue Studien aus Europa vornehmen.

Im Januar 2017 erschien in Geology ein Artikel von Ludwig Luthardt und Ronny Rößler. Sie untersuchten Baumringe an einem fossilen Stumpf aus der Perm-Zeit (290 Millionen Jahre vor unserer Zeit) in einem Wald bei Chemnitz und fanden ein bemerkenswertes Muster: Die Dicke der Ringe pulsierte im 11-Jahrestakt. Dieser Rhythmus ist allen Paläoklimatologen bestens bekannt. Es ist der Schwabe-Zyklus, der kürzeste aller Sonnenzyklen. Sonne macht Klima! Hier der Abstract der Arbeit:

Fossil forest reveals sunspot activity in the early Permian
Modern-day periodic climate pattern variations related to solar activity are well known. High-resolution records such as varves, ice cores, and tree-ring sequences are commonly used for reconstructing climatic variations in the younger geological history. For the first time we apply dendrochronological methods to Paleozoic trees in order to recognize annual variations. Large woody tree trunks from the early Permian Fossil Forest of Chemnitz, southeast Germany, show a regular cyclicity in tree-ring formation. The mean ring curve reveals a 10.62 yr cyclicity, the duration of which is almost identical to the modern 11 yr solar cycle. Therefore, we speculate and further discuss that, like today, sunspot activity caused fluctuations of cosmic radiation input to the atmosphere, affecting cloud formation and annual rates of precipitation, which are reflected in the tree-ring archive. This is the earliest record of sunspot cyclicity and simultaneously demonstrates its long-term stable periodicity for at least 300 m.y.

Nun könnte man sagen, naja, das war vor 290 Millionen Jahren. Die klimabeeinflussende Fähigkeit hat die Sonne doch mittlerweile sicher verloren. Eine neue Arbeit von Mikhaël Schwander und Kollegen zeigt, dass diese Annahme grundsätzlich falsch ist. Der 11 jährige Sonnenzyklus hat auch in den letzten 250 Jahren das mitteleuropäische Wettergeschehen nachdrücklich mitgeprägt, wie die Auswertung von historischen Wetteraufzeichnungen zeigt. Während solarer Schwächephasen werden Westwinde über Mitteleuropa typischerweise seltener, und es treten vermehrt Winde aus nördlichen und östlichen Richtungen auf. Gleichzeitig gibt es mehr blockierte Wetterlagen im Bereich von Island und Skandinavien. Insgesamt läßt eine schwache Sonne die spätwinterlichen Temperaturen in Europa absinken. Die Autoren verglichen die von ihnen identifizierten Zusammenhänge mit den Ergebnissen von Klimamodellen und stellten fest, dass die Modell die Realität und empirisch belegten klimatischen Einfluss der Sonnenzyklik nicht nachvollziehen können. Die bemerkenswerte Studie erschien im Januar 2017 in Climate of the Past Discussions. Hier der Abstract:

Influence of solar variability on the occurrence of Central European weather types from 1763 to 2009
The impact of solar variability on weather and climate in Central Europe is still not well understood. In this paper we use a new time series of daily weather types to analyse the influence of the 11-year solar cycle on the tropospheric weather of Central Europe. We employ a novel, daily weather type classification over the period 1763–2009 and investigate the occurrence frequency of weather types under low, moderate and high solar activity level. Results show a tendency towards fewer days with westerly and west south-westerly flow over Central Europe under low solar activity. In parallel, the occurrence of northerly and easterly types increases. Changes are consistent across different sub-periods. For the 1958–2009 period, a more detailed view can be gained from reanalysis data. Mean sea level pressure composites under low solar activity also show a reduced zonal flow, with an increase of the mean blocking frequency between Iceland and Scandinavia. Weather types and reanalysis data show that the 11-year solar cycle influences the late winter atmospheric circulation over Central Europe with colder (warmer) conditions under low (high) solar activity. Model simulations used for a comparison do not reproduce the imprint of the 11-year solar cycle found in the reanalyses data.

Einen Monat zuvor war im Dezember 2016 in Climate of the Pasteine weitere Studie zum Thema erschienen. Ein 32-köpfiges Mammutteam um Chantal Camenisch hat die kalten 1430er Jahre in Nordwest- und Mitteleuropa näher analysiert. Die Kältephase ist gut dokumentiert und fällt interessanterweise in eine solare Schwächephase, nämlich das Spörer Minimum. Ob hier vielleicht ein Zusammenhang bestehen könnte? Die Forscher bestätigten zunächst die Kältephase eindrucksvoll mit einem ganzen Strauß an Rekonstruktionsmethoden. Dann jedoch beschritten sie einen Argumentationspfad, der wenig Sinn macht. Sie gaben ihre Daten in Klimamodelle ein und konnten keinen ursächlichen Zusammenhang zwischen Abkühlung und Sonnenabschwächung feststellen. Kunststück, denn die Klimamodelle sind ja genau so programmiert, dass kein Zusammenhang herauskommt. Der Strahlungsantrieb von solaren Schwankungen ist in den Modellen so niedrig angesetzt, dass hier niemals ein Bezug gefunden werden könnte. Damit handelt es sich um einen Pseudobeweis gegen die Sonne, der keinen Wert hat.

Aber eine Erklärung für die Kälte der 1430er Jahre brauchte die Gruppe trotzdem. Man spielte den Joker und behauptete einfach, es wäre eine Laune der Natur, eine kaum vorhersagbare klimasysteminterne Schwankung. Ein schwaches Resultat, das vermutlich ein Kompromiss des riesengroßen Autorenkollektiv war und nicht unbedingt die Meinung jedes einzelnen Teammitglieds widerspiegelt. Ein schönes Beispiel für politisch korrekte Forschung, bei der das Offensichtliche nicht herauskommen darf, weil die Konsequenzen unerwünscht sind. Das wirkliche Resultat: Bei den Klimamodellen ist etwas faul. Albert Einstein: „Das, wobei unsere Berechnungen versagen, nennen wir Zufall“. Hier der Abstract:

The 1430s: a cold period of extraordinary internal climate variability during the early Spörer Minimum with social and economic impacts in north-western and central Europe

Changes in climate affected human societies throughout the last millennium. While European cold periods in the 17th and 18th century have been assessed in detail, earlier cold periods received much less attention due to sparse information available. New evidence from proxy archives, historical documentary sources and climate model simulations permit us to provide an interdisciplinary, systematic assessment of an exceptionally cold period in the 15th century. Our assessment includes the role of internal, unforced climate variability and external forcing in shaping extreme climatic conditions and the impacts on and responses of the medieval society in north-western and central Europe.

Climate reconstructions from a multitude of natural and anthropogenic archives indicate that the 1430s were the coldest decade in north-western and central Europe in the 15th century. This decade is characterised by cold winters and average to warm summers resulting in a strong seasonal cycle in temperature. Results from comprehensive climate models indicate consistently that these conditions occurred by chance due to the partly chaotic internal variability within the climate system. External forcing like volcanic eruptions tends to reduce simulated temperature seasonality and cannot explain the reconstructions. The strong seasonal cycle in temperature reduced food production and led to increasing food prices, a subsistence crisis and a famine in parts of Europe. Societies were not prepared to cope with failing markets and interrupted trade routes. In response to the crisis, authorities implemented numerous measures of supply policy and adaptation such as the installation of grain storage capacities to be prepared for future food production shortfalls.

 

Winterliche Schneebedeckung der Nordhalbkugel hat sich in den letzten 50 Jahren erhöht

Am 10. Februar 2017 erschien im Traunsteiner Tagblatt (TT) ein erfrischendes Interview, in dem sich Günther Aigner gegen die allseits verbreitete Schnee-Endzeit-Stimmung ausspricht:

»Der Klimawandel bedroht den Wintersport derzeit nicht«
Es gibt vielmehr über die Jahrzehnte gesehen ein ständiges Auf und Ab von kälteren und wärmeren Perioden – ohne erkennbare Tendenz. »Der Klimawandel bedroht den Wintersport derzeit nicht«, sagt Günther Aigner, der in Innsbruck Sport und Wirtschaft studiert hat. Niemand könne allerdings voraussagen, wie es in Zukunft aussehe. Prognosen hält er für unseriös.

TT: Wieso haben Sie sich die Mühe gemacht und über Monate Tausende Daten ausgewertet?

Günther Aigner: Mich hat es fasziniert, dass sich alle einig sind, dass der Skisport wegen des Klimas keine Zukunft hat. Also habe ich begonnen, Wintertemperatur- und Schneedaten aus den Alpen auszuwerten. Diese Arbeit war so spannend, dass ich sie nun hauptberuflich mache.

TT: Ihre Untersuchungen haben ergeben, dass die Winter auf den Bergen der Ostalpen sogar kälter wurden, nicht wärmer. Wie kann das sein? Das Abschmelzen der Gletscher ist schließlich eine Tatsache…

Günther Aigner: Die Winter sind auf den Bergen innerhalb der letzten 30 Jahre kälter geworden, weil wir nicht mehr so häufige milde West- und Südwetterlagen wie noch Anfang der 1990er Jahre haben. Es liegt also an der Häufigkeitsverteilung der Großwetterlagen, und nicht am globalen Temperaturregime. Die Gletscher schmelzen, weil die Sommer in den Alpen in den letzten 30 Jahren viel sonniger und heißer wurden. Die Sommerschneefälle auf den Bergen haben sich drastisch reduziert.

TT: Jedes Jahr wieder gibt es die Diskussion um weiße Weihnachten. Ist es nicht ganz normal, dass im Dezember kein oder nur wenig Schnee liegt?

Günther Aigner: Doch, genau so ist es. Es ist normal, dass der Winter rund um Weihnachten erst beginnt. Eine tief verschneite weihnachtliche Landschaft ist somit die absolute Ausnahme und nicht die Regel. Unsere Gesellschaft bewertet den Winter allerdings daran, ob es zu Weihnachten kalt ist und Schnee hat. Das ist absurd.

Weiterlesen im Traunsteiner Tagblatt

Aigners hochinformative Auswertungen können Sie auf der Webplattform Zukunft Skisport finden. Hier geht es direkt zu den Klimadaten. Bereits im Oktober 2016 hatten sich die Betreiber von Seilbahnen gegen die Schnee-Panikmache gewehrt. Beitrag auf ORF Salzburg:

Klimawandel: Seilbahnmanager weiter optimistisch
Milde Winter seien noch über Jahrzehnte kein Problem für den Skitourismus, sagen Pinzgauer Seilbahnmanager. Sie widersprechen damit jüngsten Untersuchungen, wonach Schneesaisonen in den Alpen künftig bis zu 40 Tage kürzer sein könnten.

Wir nutzen die Gelegenheit und schauen in die offiziellen Schneedaten der Rutgers University. Wie hat sich die Schneebedeckung in den letzten Jahrzehnten wirklich verändert? Wir beginnen mit den Winter-Schneetrends für die Nordhalbkugel für die vergangenen 50 Jahre (Abbildung 1). Eine Riesenüberraschung: Die winterliche Schneebedeckung hat sich im letzten halben Jahrhundert erhöht!

Abbildung 1: Schneeausdehnung im Winter auf der Nordhalbkugel während der letzten 50 Jahre. Quelle: Rutgers University

 

Auf der gleichen Webseite kann man auch andere Jahreszeiten wählen. Der Herbstschnee hat ebenfalls zugenommen. Nur im Frühling ist die Schneebedeckung geschrumpft.

Verkleinern wir nun das Betrachtungsgebiet auf Europa und Asien (“Eurasien”). Zunächst wieder der Winterschneetrend (Abbildung 2). Das gleiche Ergebnis wie zuvor: Auch in Eurasien hat sich die winterliche Schneebedeckung in den letzten 50 Jahren erhöht.

Abbildung 2: Schneeausdehnung im Winter in Europa und Asien während der letzten 50 Jahre. Quelle: Rutgers University.

 

Die eurasischen Schneetrends für Herbst und Frühling entsprechen denjenigen der Nordhalbkugel. Auf der selben Webseite gibt es auch die nordamerikanischen Trends, die wiederum den bereits vorgestellten Entwicklungen entsprechen. Auf einer NOAA-Webseite kann man sich die Schneedaten sogar aufgeschlüsselt nach Monaten plotten lassen. In den Monaten September bis Januar ist der Schnee im letzten halben Jahrhundert auf der Nordhalbkugel häufiger, von Februar bis August ist er seltener geworden. Vielleicht sollten die Skifahrer ihren Skiurlaub einfach ein paar Monate vorziehen, anstatt sich im Frühling über Schneemangel zu beschweren?

Nun sind die nördliche Halbkugel und Eurasien riesige Regionen. Aus individueller Sicht interessiert sich jeder für sein eigenes Skigebiet, und dabei können lokale Trends natürlich von den (halb-) globalen Trends abweichen. Beispiel Bayerische Alpen in Deutschland, für die der Bayerische Rundfunk eine Schneestatistik mit sieben Stationen seit 1961 anbietet. Fünf Stationen (Oberstorf, Garmisch-Partenkirchen, Wendelstein, Reit im Winkel, Bad Reichenhall) zeigen einen statistisch signifikanten Rückgang der Schneetage im Winterhalbjahr (hier ist der halbe Herbst und Frühling enthalten) während der vergangenen 55 Jahre. Nur Mittenwald und Zugspitze sind einigermaßen stabil.

Zu beachten ist, dass der Startpunkt der Statistik in den 1960er Jahren in einer natürlichen Kältedelle in der Temperaturkurve liegt. Zwischen 1935 und 1952 lagen die Deutschlandtemperaturen jedoch deutlich über dem Durchschnitt der 1960er und frühen 70er Jahre (Abbildung 3), was vermutlich zu weniger Schneefall führte. Es wäre daher begrüßenswert, wenn die Schneestatistik weiter in die Vergangenheit ausgebaut werden könnte, um ein kompletteres Bild der Trends unnd ihrer natürlichen Schwankungsbreite zu bekommen.

Abb. 3: Temperaturentwicklung in Deutschland während der vergangenen 135 Jahre. Quelle: Quelle: Kaspar, F., H. Mächel (2017): Beobachtung von Klima und Klimawandel in Mitteleuropa und Deutschland, in: Brasseur, G.P., D. Jacob, S. Schuck-Zöller (Hrsg.; 2017): Klimawandel in Deutschland, Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven, Berlin Heidelberg, 17-26. Via Wiki Bildungsserver Klimawandel.


                    

Temperaturdaten-Stabilitätspakt dringend benötigt: NASA kühlt die 1930er Jahre nachträglich um zwei ganze Zehntelgrad ab

Mehrere Leser baten uns, die bunte Welt der Temperaturdatensätze und ihre Stolperfallen noch einmal vorzustellen. Die Anregung nehmen wir gerne auf, da es zu Jahresbeginn wieder zu Verwirrung gekommen ist: Während einige Datenlieferanten Stagnation meldeten, überboten sch andere mit neuen Rekorden. Was steckt hinter dieser Konfusion?

Es ist ein bisschen wie beim Boxen: Es gibt nicht nur einen Weltverband der Temperaturstatistik, sondern gleich eine ganze handvoll. Zu unterscheiden sind zwei Gruppen: Temperaturmessungen am Erdboden und Messungen per Satellit. Die drei wichtigsten Bodentemperaturdatensätze stammen von der NASA (GISS), vom britischen Hadley Centre (HadCRUT) sowie von der US-amerikanischen NOAA (NCDC). Bei den Satellitendaten gibt es RSS (Remote Sensing Systems) und UAH (University of Huntsville in Alabama). Die Bodendaten gehen mehr als 100 Jahre zurück, während die Satelliten erst Ende der 1970er Jahre den Betrieb aufnahmen. Zwar zeigen alle Datensätze die Erwärmung der letzten Jahrzehnte, aber Unterschiede gibt es.

Wer ein bisschen mit den Temperaturdaten selber experimentieren möchte, dem sei die benutzerfreundliche Webseite Wood for Trees empfohlen, wo man mit ein paar Klicks tolle Kurven generieren kann. Zu beachten ist, dass alle Datensätze unterschiedliche Referenzperioden haben, daher ist der absolute Temperaturvergleich erst nach einer Korrektur (“Offset”) und Angleichung der Baselines möglich.

Generell ist es so, dass die Satellitendaten weniger Erwärmung zeigen, als die Bodendaten. Weshalb ist das so? Die Bodendaten werden aus einer Vielzahl von Stationen generiert, wobei gewisse Anpassungen zur Vergleichbarkeit notwendig sind. Dies wird in der Fachwelt “Korrekturen” genannt. Fiktives Beispiel: Wenn in der Vergangenheit zum Beispiel Temperaturen in einer schwarzen Hütte gemessen wurde und heute in einer weißen, dann müssen die schwarzen Werte auf weiß umgerechnet werden. Das ist soweit in Ordnung. Trotzdem steckt hier auch das Problem, denn es wurden in der Vergangenheit soviele “Korrekturen” durchgeführt, dass einem fast schwindelig werden konnte. Im Jahresrhythmus wurden vor allem die neueren Temperaturen angehoben, während die älteren Temperaturen abgesenkt wurden. Schwupps, war am Computer eine künstliche Erwärmung herbeigezaubert. Der Kreis derjenigen, die diese nichttransparente Datenverbiegung nachvollziehen und bewerten kann, ist äußerst klein. Für subjektive Entscheidungen stehen Tür und Tor offen, ohne dass es aus dem kleinen Zirkel nach außen dringt.

Schauen wir uns das Beispiel GISS an. Seit vielen Jahren stehen diesem New Yorker NASA-Institut bekennende Klimaaktivisten vor, erst James Hansen, jetzt Gavin Schmidt. Keine gute Ausgangslage für die Betreuung einer als neutral gedachten Temperaturdatenbank. Es wundert daher kaum, dass GISS zu den Datensätze mit der stärksten Erwärmung zählt. Das Wort ‘Betrug’ ist hier sicher falsch, aber man kann sich leicht vorstellen, dass es bei den vielen Entscheidungsmöglichkeiten im Workflow stets zugunsten einer verstärkten Erwärmung geht.

Immer wieder haben Kritiker Aufklärung gefordert und eine Untersuchung der nicht endenwollenden Korrekturwelle des GISS angemahnt. Im März 2015 berichtete der Focus über eine solche Initiative, mit dem offensichtlichen Ziel, die Aktion als Tat von wirren Verschwörungstheoretikern abzutun:

Neuer Klimaskandal: Nasa soll bei Erderwärmung Daten gefälscht haben
[...] Das Nasa Goddard Institute for Space Studies (GISS) habe widersprüchliche Daten veröffentlicht, heißt es dort. Und tatsächlich: Die Daten, die die Nasa veröffentlichte, unterscheiden sich deutlich von den ursprünglich gemessenen Temperaturen. Bedeutet das jetzt, dass der Klimawandel eine Lüge ist? Nein. Der Klimawandel ist echt. Das Wetter wird extremer, die Erde heizt sich auf. Zu dem eindeutigen Ergebnis kommen Experten im Gespräch mit der „Bild“-Zeitung. Diese Experten erklären auch, warum es Abweichungen in den Daten der Nasa gibt. Demnach sei es eine ganz normale wissenschaftliche Methode, die Daten nachträglich anzupassen. Das sei aufgrund einiger Faktoren nötig, die die Messungen ungenau machen. So gibt es zum Beispiel Lücken bei den Messdaten, etwa wegen eines Ausfalls von Beobachtern. Auch kam es zu Stationsverlegungen und zu Zeitunterschieden bei den Messungen (das heißt, einmal wird mittags, dann wieder morgens gemessen), heißt es im Bericht der “Bild”-Zeitung weiter. Beides führt zu Abweichungen bei den Daten. Auch das Ersetzen veralteter durch moderne Technik führte zu veränderten Klimadaten. Dass den Klimaforschern heute oft nur „unsaubere“ Daten vorliegen liege auch daran, dass die Leute früher nicht davon ausgingen, dass ihre Ergebnisse für Langzeit-Analysen zum Klimawandel benutzt werden sollten. Mit verschiedenen Methoden werden die Daten deshalb nachträglich kalibriert. Die Experten sind sich einig, wie die “Bild”-Zeitung berichtet: Der Klimawandel existiert. Kein Grund für Verschwörungstheorien also.

Experten beruhigen: Alles gut. Hier gibt es nichts zu sehen. Gehen Sie bitte zügig weiter. Das würden wir gerne glauben, wollen aber doch nicht ganz auf Belege verzichten. Wir vergleichen eine ältere Version der GISS-Temperaturen (Mai 2015, rote Kurve) mit einem neueren Update von 2016/17 (blaue Kurve):

Abbildung: Vergleich einer älteren Version der GISS-Temperaturen (Mai 2015, rote Kurve) mit einem neueren Update von 2016/17 (blaue Kurve). Daten GISS, Graphik: Climate4You.

 

Sehen Sie es auch? In diesem letzten Update, wurden die Temperaturen für die letzten 35 Jahre in aller Stille um ein halbes Zehntelgrad angehoben. Prinzip Salamitaktik: Immer ein bisschen mehr. Wie Sie wissen, geht es bei der Klimaerwärmung insgesamt “lediglich” um acht Zehntelgrad, da macht ein halbes Zehntel schon etwas aus, insbesondere wenn es vorher schon weitere Korrekturen gegeben hat.

Vielleicht auf Druck von außen bietet die NASA nun einen Online-Vergleich der verschiedenen GISS-Versionen an. Machen wir also die Probe aufs Exempel. Wie sieht der Vergleich mit der vorletzten Korrektur aus? Die schwarze Kurve zeigt die aktuelle Version von 2016 an. Die hellgrüne Kurve ist die Version von 2013 (entspricht vermutlich der roten 2015er Kurve der vorherigen Abbildung). Und die violette Kurve ist die Version von 2012. Ganz genau: Salamitaktik, wieder ein halbes Zehntel. Immer schön unter dem Radar fliegen.

 

Abbildung: Vergleich der GISS-Temperaturversionen von 2012, 2013 und 2016. Oben: Temperaturkurven. Unten: Ausmaß der Korrektur, bezogen auf die heutige Version (Auschlag nach oben: die Daten wurden wärmer gemacht; Ausschlag nach unten: die Daten wurden kühler gemacht). Quelle: GISS

 

Weiterhin sieht man, wie die Temperaturen zwischen 1920 und 1970 künstlich abgekühlt wurden. Das sieht man noch besser, wenn man die Datenversionen von 1987 und 2016 vergleicht:

Abbildung: Vergleich der GISS-Temperaturversionen von 1987 und 2016. Oben: Temperaturkurven. Unten: Ausmaß der Korrektur, bezogen auf die heutige Version (Auschlag nach oben: die Daten wurden wärmer gemacht; Ausschlag nach unten: die Daten wurden kühler gemacht). Quelle: GISS

 

Ziemlich unglaublich: Die globalen Temperaturdaten wurden in den 1930er Jahren um zwei ganze Zehntelgrad künstlich heruntergekühlt. Oder anders ausgedrückt: Die Originalmeswerte der Messstationen waren um genau diese zwei Zehntelgrad (immerhin ein Viertel der globalen Gesamterwärmung in den letzten 150 Jahren) wärmer als von GISS heute dargestellt. Um Gründe für die Korrekturen sind die Datenhüter natürlich nicht verlegen. Aber sind sie glaubhaft?

Auch hier: Spielen Sie doch einmal selber mit dem GISS-Versions-Vergleichstool. Es gibt viel zu entdecken!

 

Nicht neu: Es blubbert Methan aus dem Meeresboden

Gashydrate in der Arktis haben der Fachwelt lange Sorge bereitet. Im Zuge der Erderwärmung glaubte man, dass hier riesige Mengen des Treibhausgases Methan in die Atmosphäre gelangen könnten und die Erwärmung weiter anheizen. Die Wissenschaftler machten sich an die Arbeit und fanden glücklicherweise, dass es wohl doch nicht so schlimm kommen wird, wie befürchtet. Wir haben bereits in der Vergangenheit an dieser Stelle berichtet:

Im Folgenden wollen wir weitere neue Literatur zum Thema vorstellen. Das National Oceanography Centre (NOC) in Southampton gab am 19. Oktober 2015 bekannt, dass aus dem Meeresboden vor Spitzbergen Methan austritt, dieses jedoch nur in geringen Mengen an die Meeresoberfläche gelangt, da es schnell von Bakterien zersetzt bzw. von Strömungen forttransportiert wird. Dieser “Deckel” verhindert letztendlich das Austreten des Methans in die Atmosphäre über Spitzbergen. Hier die Pressemitteilung (via Science Daily):

Methane bubbling off Svalbard is not a source of atmospheric greenhouse gas

Methane seeps from seafloor deposits near Svalbard release less ‘greenhouse gas’ into the atmosphere than other Arctic sites because ocean currents there form an effective barrier. This research, by scientists at the National Oceanography Centre (NOC) and the University of Southampton, was published this week in the Journal of Geophysical Research: Oceans.

Dr Carolyn Graves, the lead author of the study from the NOC, said “Strong ocean bottom currents carry the dissolved methane northwards, while bacteria consume it to produce carbon dioxide. This slows and reduces the volume of methane rising up through the ocean towards the atmosphere.”

The Arctic contains large volumes of methane stored in forms that turn into gas if temperatures rise or the pressure they are subject to decreases. These forms include methane trapped in marine sediment beneath permafrost as hydrate- a form of methane ice. If methane gas escapes from these deposits, as well as from seafloor reservoirs, it could add to atmospheric warming, causing a positive climate forcing feedback.

More than 250 plumes of methane gas were discovered rising from the seafloor near Svalbard in 2008. This gas is likely released from methane hydrate destabilized in seafloor sediments beneath about 400 metres water depth. Very high dissolved methane concentrations were observed near the seafloor, while much less methane was present in the surface waters that are in contact with the atmosphere. Researchers used these observations to set up a simple model of physical and biochemical processes. This model shows that strong ocean bottom currents prevent the direct release of the greenhouse gas into the atmosphere.

Dr Doug Connelly from the NOC, and a co-author of this paper, said “While this research shows that methane coming from the seafloor is not reaching the atmosphere in this particular location near Svalbard, there are areas that have more methane hydrate deposits. These may still pose a high risk of increasing global environmental change if released.”

This research involved scientists from seven institutes in the UK, Germany, and Switzerland and forms part of the NOC’s ongoing investigation into the relationship between processes happening at the sea floor, the ocean and the atmosphere. This study received funding from: The Natural Environment Research Council (NERC), the Graduate School of Ocean and Earth Science (University of Southampton, UK), and a Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Postgraduate Scholarship.

Carolyn A. Graves, Lea Steinle, Gregor Rehder, Helge Niemann, Douglas P. Connelly, David Lowry, Rebecca E. Fisher, Andrew W. Stott, Heiko Sahling, Rachael H. James. Fluxes and fate of dissolved methane released at the seafloor at the landward limit of the gas hydrate stability zone offshore western Svalbard. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2015; DOI: 10.1002/2015JC011084

Das norwegische Centre for Arctic Gas Hydrate, Environment and Climate (CAGE) erinnerte im Februar 2015 daran, dass der Austritt von Methan aus dem arktische Meeresboden kein neues Phänomen ist, sondern seit vielen Millionen Jahren fester Bestandteil des Kohlenstoffzyklus in Arktis darstellt:

Methane seepage from Arctic seabed occurring for millions of years

Natural seepage of methane offshore the Arctic archipelago Svalbard has been occurring periodically for at least 2,7 million years. Major events of methane emissions happened at least twice during this period, according to a new study. We worry about greenhouse gas methane. Its lifetime in the atmosphere is much shorter than CO2´s, but the impact of methane on climate change is over 20 times greater than CO2 over a 100-year period.  60 percent of the methane in the atmosphere comes from emissions from human activities. But methane is a natural gas, gigatonnes of it trapped under the ocean floor in the Arctic.

And it is leaking. And it has been leaking for longer time than the humans have roamed the Earth

” Our planet is leaking methane gas all the time. If you go snorkeling in the Caribbean you can see bubbles raising from the ocean floor at 25 meters depth. We studied this type of release, only in a much deeper, colder and darker environment. And found out that it has been going on, periodically, for as far back as 2,7 million years.” says Andreia Plaza Faverola, researcher at CAGE and the primary author behind a new paper in Geophysical Research Letters. She is talking about Vestnesa Ridge in Fram Strait,  a thousand meters under the Arctic Ocean surface offshore West-Svalbard. Here, enormous – 800 meters high – gas flares rise from the seabed today. That’s the size of the tallest manmade structure in the world – Burj Khalifa in Dubai. “Half of Vestnesa Ridge is showing very active seepage of methane. The other half is not. But there are obvious pockmarks on the inactive half, cavities and dents in the ocean floor, that we recognized as old seepage features. So we were wondering what activates, or deactivates, the seepage in this area.,” says Plaza Faverola.

Why 2,7 million years?

She, and a team of marine geophysicists from CAGE, used the P-Cable technology , to figure it out. It is a seismic instrument that is towed behind a research vessel. It recorded the sediments beneath these pockmarks. P-Cable renders images that look like layers of a cake. It also enables scientists to visualize deep sediments in 3D. ” We know from other studies in the region that the sediments we are looking at in our seismic data are at least 2.7 million years old. This is the period of increase of glaciations in the Northern Hemisphere, which influences the sediment..  The P-Cable enabled us to see features in this sediment, associated with gas release in the past.“ “These features can be buried pinnacles or cavities that form what we call gas chimneys in the seismic data. Gas chimneys appear like vertical disturbances in the layers of our sedimentary cake.  This enables us to reconstruct the evolution of gas expulsion from this area for at least 2,7 million years.” says Andreia Plaza Faverola. The seismic signal penetrated into 400 to 500 meters of sediment to map this timescale.

How is the methane released?

By using this method, scientists were able to identify two major events of gas emission throughout this time period: One 1,8 million years ago, the other 200 000 years ago. This means that there is something that activated and deactivated the emissions several times. Plaza Faverola´s paper gives a plausible explanation: It is the movement of the tectonic plates that influences the gas release. Vestnesa is not like California though, riddled with earthquakes because of the moving plates. The ridge is on a so-called passive margin. But as it turns out, it doesn´t take a huge tectonic shift to release the methane stored under the ocean floor. “Even though Vestnesa Ridge is on a passive margin, it is between two oceanic ridges that are slowly spreading. These spreading ridges resulted in separation of Svalbard from Greenland and opening of the Fram Strait. The spreading influences the passive margin of West-Svalbard, and even small mechanical collapse in the sediment can trigger seepage.” says Faverola.

Where does the methane come from?

The methane is stored as gas hydrates, chunks of frozen gas and water, up to hundreds of meters under the ocean floor. Vestnesa hosts a large gas hydrate system. There is some concern that global warming of the oceans may melt this icy gas and release it into the atmosphere. That is not very likely in this area, according to Andreia Plaza Faverola. ” This is a deep water gas hydrate system, which means that it is in permanently cold waters and under a lot of pressure. This pressure keeps the hydrates stable and the whole system is not vulnerable to global temperature changes. But under the stable hydrates there is gas that is not frozen. The amount of this gas may increase if hydrates melt at the base of this stability zone, or if gas from deeper in the sediments arrives into the system.  This could increase the pressure in this part of the system, and the free gas may escape the seafloor through chimneys. Hydrates would still remain stable in this scenario .”

 Historical methane peaks coincide with increase in temperature

Throughout Earth´s history there have been several short periods of significant increase in temperature. And these periods often coincide with peaks of methane in the atmosphere , as recorded by ice cores. Scientists such as Plaza Faverola are still debating about the cause of this methane release in the past. ” One hypotheses is that massive gas release from geological sources, such as volcanos or ocean sediments may have influenced global climate..  What we know is that there is a lot of methane released at present time from the ocean floor. What we need to find out is if it reaches the atmosphere, or if it ever did.” Historical events of methane release, such as the ones in the Vestnesa Ridge, provide crucial information that can be used in future climate modeling. Knowing if these events repeat, and identifying what makes them happen, may help us to better predict the potential influence of methane from the oceans on future climate.

Reference: Role of tectonic stress in seepage evolution along the gas hydrate-charged Vestnesa Ridge, Fram Strait. A.Plaza Faverola, S.Bünz, J.E.Johnson, S. Chand, J. Knies, J. Mienert and P. Franek. Geophysical Research Letters. 2015.

Vier Monate später, im Juni 2015, berichte CAGE über neueste Expeditionsergebnisse zur Methanforschung in der Arktis.

Mithilfe von Tauchrobotern hat man heute eine recht gutes Bild, wie es um die Methanaustrittsstellen herum am Meeresboden aussieht. Fasziniert zeigten sich Forscher der University of Oregon, als sie hier komplexe Lebensgemeinschaften fanden, die das Methan als Antrieb nutzten und damit zum Teil entschärften. Pressemitteilung der Uni vom 31. Mai 2016:

Hydrothermal vents, methane seeps play enormous role in marine life, global climate

The hydrothermal vents and methane seeps on the ocean floor that were once thought to be geologic and biological oddities are now emerging as a major force in ocean ecosystems, marine life and global climate. However, even as researchers learn more about their role in sustaining a healthy Earth, these habitats are being threatened by a wide range of human activities, including deep-sea mining, bottom trawling and energy harvesting, scientists say in a report published in Frontiers in Marine Science.

Researchers from Oregon State University first discovered these strange, isolated worlds on the ocean bottom 40 years ago. These habitats surprised the scientific world with reports of hot oozing gases, sulfide chimneys, bizarre tube worms and giant crabs and mussels – life forms that were later found to eat methane and toxic sulfide. “It was immediately apparent that these hydrothermal vents were incredibly cool,” said Andrew Thurber, an assistant professor in the OSU College of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences, and co-author on the new report. “Since then we’ve learned that these vents and seeps are much more than just some weird fauna, unique biology and strange little ecosystems. Rather than being an anomaly, they are prevalent around the world, both in the deep ocean and shallower areas. They provide an estimated 13 percent of the energy entering the deep sea, make a wide range of marine life possible, and are major players in global climate.”

As fountains of marine life, the vents pour out gases and minerals, including sulfide, methane, hydrogen and iron – one of the limiting nutrients in the growth of plankton in large areas of the ocean. In an even more important role, the life forms in these vents and seeps consume 90 percent of the released methane and keep it from entering the atmosphere, where as a greenhouse gas it’s 25 times more potent than carbon dioxide. “We had no idea at first how important this ecological process was to global climate,” Thurber said. “Through methane consumption, these life forms are literally saving the planet. There is more methane on the ocean floor than there are other forms of fossil fuels left in the oceans, and if it were all released it would be a doomsday climatic event.”

In reviewing the status of these marine geological structures and the life that lives around them, a group of researchers from 14 international universities and organizations have outlined what’s been learned in the past four decades and what forces threaten these ecosystems today. The synthesis was supported by the J.M. Kaplan fund. These vents and seeps, and the marine life that lives there, create rocks and habitat, which in some settings can last tens of thousands of years. They release heat and energy, and form biological hot spots of diversity. They host extensive mussel and clam beds, mounds of shrimp and crab, create some prime fishing habitat and literally fertilize the ocean as zooplankton biomass and abundance increases. While the fluid flows from only a small section of the seafloor, the impact on the ocean is global.

Some of the microorganisms found at these sites are being explored for their potential to help degrade oil spills, or act as a biocatalytic agent for industrial scrubbing of carbon dioxide. These systems, however, have already been damaged by human exploitation, and others are being targeted, the scientists said. Efforts are beginning to mine them for copper, zinc, lead, gold and silver. Bottom trawling is a special concern, causing physical disturbance that could interfere with seeps, affect habitat and damage other biologic linkages. Oil, gas or hydrate exploitation may damage seeps. Whaling and logging may interfere with organic matter falling to the ocean floor, which serves as habitat or stepping stones for species reliant on chemosynthetic energy sources. Waste disposal of munitions, sewage and debris may affect seeps.

The range of ecosystem services these vents and seeps provide is just barely beginning to be understood, researchers said in their report. As many of these habitats fall outside of territorial waters, vent and seep conservation will require international collaboration and cooperation if they are going to continue to provide ecosystem benefits. Contributors to this report included researchers from the Scripps Institution of Oceanography, Florida State University, the National Institute of Water and Atmospheric Research in New Zealand, University of the Azores, Temple University, Universidade de Aveiro, the U.S. Geological Survey, University of the West Indies, Dalhousie University, University of Victoria, Duke University, Ghent University and the University of Hawaii at Manoa.

Siehe hierzu auch Artikel in Spiegel Online aus dem Oktober 2016:

Küste der USA: Es blubbert aus dem Meeresboden
Vor den USA strömen gewaltige Mengen Gas aus dem Meeresgrund. Ein Tauchroboter spürte 500 Quellen auf – daneben erstaunliche Lebewesen.

“Es scheint, dass die gesamte Küste vor Washington, Oregon und Kalifornien eine gigantische Methanquelle ist”, sagt der Meeresforscher Robert Ballard. Er und seine Kollegen haben vor der US-Westküste 500 sprudelnde Methanquellen im Meeresboden entdeckt. Das Team um Ballard, der durch die Entdeckung des “Titanic”-Wracks bekannt wurde, hatte den Fund im Sommer vom Forschungsschiff “Nautilus” aus mithilfe zweier ferngesteuerter Unterwasser-Rover gemacht.

Weiterlesen auf Spiegel Online

 

Vor 6000 Jahren lag der größte Süßwasser-See der Erde in der Sahara

Vor 6000 Jahren lag der größte Süßwasser-See der Erde in der Sahara. Lake Mega-Chad erstreckte sich im zentralen Südteil der heutigen Wüste über 360.000 Quadratkilometer und erreichte eine Tiefe von über 170 m. Lake Mega-Chad bildete sich vor etwa 15.000 Jahren und existierte bis vor etwa 5000 Jahren, als er abrupt schrumpfte. Damals verlagerte sich der westafrikanische Monsun-Regen nach Süden und konnte die Sahara nicht mehr erreichen. Vor etwa 3000 Jahren kam der Regen wieder zurück, und der Seespiegel stieg wieder an. Die lebenspendende Phase hielt jedoch nur wenige Jahrhunderte an, und die Gegend wurde schnell wieder zur Wüste. Nachzulesen in einer ausgezeichneten Publikation von Simon Armitage und Kollegen. Hier die dazugehörige Pressemitteilung der University of Royal Holloway London vom 29. Juni 2015 (via Science Daily):

Largest freshwater lake on Earth was reduced to desert dunes in just a few hundred years

Researchers from Royal Holloway, Birkbeck and Kings College, University of London used satellite images to map abandoned shore lines around Palaeolake Mega-Chad, and analysed sediments to calculate the age of these shore lines, producing a lake level history spanning the last 15,000 years. At its peak around 6,000 years ago, Palaeolake Mega-Chad was the largest freshwater lake on Earth, with an area of 360,000 km2. Now today’s Lake Chad is reduced to a fraction of that size, at only 355 km2. The drying of Lake Mega-Chad reveals a story of dramatic climate change in the southern Sahara, with a rapid change from a giant lake to desert dunes and dust, due to changes in rainfall from the West African Monsoon. The research, published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences confirms earlier suggestions that the climate change was abrupt, with the southern Sahara drying in just a few hundred years.

Part of the Palaeolake Mega-Chad basin that has dried completely is the Bodélé depression, which lies in remote northern Chad. The Bodélé depression is the World’s single greatest source of atmospheric dust, with dust being blown across the Atlantic to South America, where it is believed to be helping to maintain the fertility of tropical rainforests. However, the University of London team’s research shows that a small lake persisted in the Bodélé depression until about 1,000 years ago. This lake covered the parts of the Bodélé depression which currently produce most dust, limiting the dust potential until recent times.

“The Amazon tropical forest is like a giant hanging basket,” explains Dr Simon Armitage from the Department of Geography at Royal Holloway. “In a hanging basket, daily watering quickly washes soluble nutrients out of the soil, and these need to be replaced using fertiliser if the plants are to survive. Similarly, heavy washout of soluble minerals from the Amazon basin means that an external source of nutrients must be maintaining soil fertility. As the World’s most vigorous dust source, the Bodélé depression has often been cited as a likely source of these nutrients, but our findings indicate that this can only be true for the last 1,000 years,” he added.

Publikation: Simon J. Armitage, Charlie S. Bristow, and Nick A. Drake. West African Monsoon dynamics inferred from abrupt fluctuations of Lake Mega-Chad. PNAS, June 2015 DOI: 10.1073/pnas.1417655112

 

 

Die Grüne Sahara

Ein Forscherteam der University of Arizona um Jessica Tierney hat die letzte klimatische Feuchtphase in der Sahara anhand von Sedimentkernen vor der Küste Marokkos untersucht und die Regenmengen anhand der Wachszusammensetzung von Pfllanzenresten rekonstruiert. 11.000 bis 5000 Jahre vor unserer Zeit regnete es laut den neuen Ergebnissen 10 mal mehr als heute. Dies erlaubte eine Besiedelung der Sahara, die damals zur Savanne und bewaldeten Graslandschaft wurde. Die Einwohner hielten ihr Leben in eindrucksvollen Felsbildern fest. Vor 8000 Jahren gab es jedoch eine Zeit von einigen Jahrhunderten, in denen der Regen ausblieb, wie Tierney und Kollegen dokumentierten. Die Autoren weisen zudem darauf hin, dass Klimamodelle die rekonstruierte Realität noch immer nicht zufriedenstellend nachbilden können, da offenbar wichtige Verstärkermechanismen im Zusammenhang mit der Vegetation und Staub zu wenig berücksichtigt wurden. Hier die Pressemitteilung der University of Arizona vom 18. Januar 2017:

Green Sahara’s Ancient Rainfall Regime Revealed by Scientists

A UA-led team has identified the climate pattern that generated a “Green Sahara” from 5,000 to 11,000 years ago. The region had 10 times the rainfall it does today.

Rainfall patterns in the Sahara during the 6,000-year “Green Sahara” period have been pinpointed by analyzing marine sediments, according to new research. What is now the Sahara Desert was the home to hunter-gatherers who made their living off the animals and plants that lived in the region’s savannahs and wooded grasslands 5,000 to 11,000 years ago. “It was 10 times as wet as today,” said lead author Jessica Tierney of the University of Arizona. Annual rainfall in the Sahara now ranges from about 4 inches to less than 1 inch (100 to 35 mm).

Although other research had already identified the existence of the Green Sahara period, Tierney and her colleagues are the first to compile a continuous record of the region’s rainfall going 25,000 years into the past. The team’s paper “Rainfall regimes of the Green Sahara,” is scheduled for publication in the journal Science Advances on Jan. 18 [2017]. Archaeological evidence shows humans occupied much of the Sahara during the wet period, but left for about a thousand years around 8,000 years ago — the middle of the Green Sahara period. Other investigators have suggested the Sahara became drier at the time people left, but the evidence was not conclusive, said Tierney, a UA associate professor of geosciences. Her team’s continuous rainfall record shows a thousand-year period about 8,000 years ago when the Sahara became drier. That drier period coincides with when people left, she said. “It looks like this thousand-year dry period caused people to leave,” Tierney said. “What’s interesting is the people who came back after the dry period were different — most raised cattle. That dry period separates two different cultures. Our record provides a climate context for this change in occupation and lifestyle in the western Sahara.”

Tierney and her colleagues also used their rainfall record to suggest ways current climate models can better replicate the Sahara’s ancient climate and therefore improve projections of future climate. Tierney’s co-authors are Francesco Pausata of Stockholm University in Sweden and Peter deMenocal of Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory in Palisades, New York. The David and Lucile Packard Foundation, the National Science Foundation and the Swedish Research Council funded the research. Researchers had long known the Sahara was much greener in the past, but how much of the Sahara was wetter and how much wetter was not well understood, Tierney said. Although scientists can learn about past climate by examining ancient lake sediments, in the Sahara the lakes dried up long ago and their sediments have blown away.

Instead of lake sediments, Tierney and her colleagues used cores of marine sediments taken off the coast of West Africa at four different sites. Because the cores were taken over a north-south distance of about 800 miles (1,300 km) — from offshore Cape Ghir, Morocco, to the northwest corner of Mauritania — the cores revealed both the ancient rainfall patterns and the areal extent of the Green Sahara. In terrestrial plants, the chemical composition of a leaf’s wax changes depending on how dry or wet the climate was when the plant was growing. Leaf wax also washes into the ocean and can be preserved in the marine sediments that are laid down year after year. “The waxes record the climate conditions on land,” Tierney said. By analyzing the leaf wax from ancient marine sediments, the team determined the region’s past rainfall patterns and also gathered clues about what types of plants were growing.

The team also wanted to know whether the conditions on land interacted with the atmosphere to affect climate, because most of the current climate models don’t simulate the Green Sahara period well, she said. The amount of solar radiation Earth receives during the Northern Hemisphere summer depends on where Earth’s “wobble,” known as precession, is in its 23,000-year cycle. At the beginning of the Green Sahara, the Northern Hemisphere was closer to the sun during summer. Warmer summers strengthened the West African monsoon and delivered more rain. Toward the end of the Green Sahara, the Northern Hemisphere was farther from the sun and the West African monsoon was weaker. There’s a feedback between vegetation, dust and rainfall, Tierney said. Right now the Sahara Desert is the planet’s biggest source of dust — but a vegetated Sahara would produce much less dust.

Und hier der Abstract der Arbeit in Science Advances:

Rainfall regimes of the Green Sahara
During the “Green Sahara” period (11,000 to 5000 years before the present), the Sahara desert received high amounts of rainfall, supporting diverse vegetation, permanent lakes, and human populations. Our knowledge of rainfall rates and the spatiotemporal extent of wet conditions has suffered from a lack of continuous sedimentary records. We present a quantitative reconstruction of western Saharan precipitation derived from leaf wax isotopes in marine sediments. Our data indicate that the Green Sahara extended to 31°N and likely ended abruptly. We find evidence for a prolonged “pause” in Green Sahara conditions 8000 years ago, coincident with a temporary abandonment of occupational sites by Neolithic humans. The rainfall rates inferred from our data are best explained by strong vegetation and dust feedbacks; without these mechanisms, climate models systematically fail to reproduce the Green Sahara. This study suggests that accurate simulations of future climate change in the Sahara and Sahel will require improvements in our ability to simulate vegetation and dust feedbacks.

Die Felsenbilder sind übrigens auch in einem Schulungsfilm zur geologischen Entwicklung der Sahara enthalten, den Sebastian Lüning im Rahmen mehrerer Expeditionen in Südlibyen drehte:

 

 

Die Sonne im Februar 2017 und das antarktische Meereis

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt

Der Stern im Mittelpunkt unseres Planetensystems war auch im Vormonat nur sehr gering aktiv. Die festgestellte SSN (SunSpotNumber) von 26,1 reiht sich ein in die Datenreihe, die auf eine nur etwa 50- prozentige Fleckenaktivität des Normalen  über den gesamten Zyklus weist.

Abb. 1: Die mittlere Sonnenaktivität ( blau) im Vergleich zur Aktivität im laufenden Zyklus 24 (rot) und dem in Teilen sehr ähnlichen Zyklus 5 (schwarz).

 

Der Vergleich der Zyklen untereinander:

Abb.2: Die Aktivität der Zyklen 1…24 als Abweichung vom Mittelwert. Der aktuelle Zyklus begann im  Dezember 2008 und ist der drittruhigste seit Beginn der systematischen Beobachtungen im Jahre 1755.

 

Die solaren polaren Felder sind wohl inzwischen „eingeschwungen“, wir hatten Sie ja in den letzten Monaten informiert. Sowohl die Felder des Sonnennordpols als auch die des Südpols weisen auf eine Aktivität des folgenden Zyklus von ca. 2/3 im Vergleich zum aktuellen Zyklus hin. Eine frühe Prognose von uns also hier: Der Zyklus 25 ab ca. 2021 könnte etwa so schwach werden wie der Zyklus 6. Wir würden nach dem jetzigen Stand ein solares Minimum recht ähnlich zum Dalton- Minimum ( Zyklus 5,6,7) 1790…1830 erleben. Die weiter sehr stark entkoppelten polaren Felder – die des Südpols sind schon jahrelang am Stück deutlich stärker als die des Nordpols- tragen jedoch noch Unschärfen ein. Ein solches Phänomen wurde seit Beginn der systematischen Beobachtungen in den 70er Jahren noch nicht verzeichnet. In dieser Zeit waren wir jedoch auch in einem anderen  „Sonnenzeitalter“, die Sonne war damals so aktiv wie noch nie vorher beobachtet.

 

Antarktis: So wenig Eis wie noch nie!

Solche Schlagzeilen gab es im letzten Monat zu Hauf, die ARD relativ sachlich, andere schon reißerischer und durch tätige Mithilfe von Fotoshop mit suggestivem  Klimaalarm. Zunächst einmal die Fakten: Der diesjährige Eisextent (die Ausdehnung) ist tatsächlich auf Rekord-niedrigem Stand, dies referiert der NSIDC in seinem Bericht. Hier die zugehörige Graphik:

 

Abb.3:  die Ausdehnung der Eisfläche rund um Antarktika im Februar (nahe am sommerlichen Minimum dort) im Vergleich zu 1979 (in %). Quelle.

 

Man sieht den steigenden Trend als gestrichelte Linie. Der langjährige Trend ist am Ende das Entscheidende wenn es um das Klima geht, die kürzeren Schwankungen deuten auf Wetter hin. Eine Betrachtung der Temperaturen der gesamten Antarktis zeigt, dass sogar ins Gerede gekommene  GISS- Reihe dort keinen relevanten Trend sieht.

 

Abb.4: Die antarktische Temperaturanomalie am Boden nach GISS

 

Das Schmelzgeschehen auf dem Ozean rund um die Antarktis herum wird damit jedoch kaum erfasst, hier sind die Oberflächentemperaturen der Meere (SST) entscheidend. Und da sehen wir, woher der Eisverlust kommt:

 

 

Abb.5: Die Temperaturanomalie des Ozeans rund um Antarktika

 

Sie erkennen den fallenden Trend seit Mitte der 90er und am Ende den warmen Spike, der sich auf das Meereis auswirkte. Es ist also mit Sicherheit einiges an Wetter dabei am Ende des Jahres 2016, genauer gesagt ab September.  Über die genauen Ursachen herrscht auch in der Literatur keine Gewissheit. Eine naheliegende Vermutung könnte als (Teil)Ursache den sehr kräftigen ElNino 2015/16 sehen. Wie Sie jedoch bemerken hatte der letzte starke ElNino (1997/98) nicht diese Folgen. Hier muss man beachten, dass jeder ElNino im Detail anders ist als seine Vorgänger. Damit beschäftigte sich diese Studie näher. In 2015/16 hatten wir gleichzeitig zwei wirksame Ereignisse: einen zentralpazifischen ( auch ElNino Modoki genannt) plus einen ostpazifischen Wärmeschub mit dem ElNino. Der tropische Pazifik erwärmte sich stark vom südamerikanischen Festland bis hin fast zur Datumsgrenze.  Dies war in der genau beobachteten Zeit eine Premiere und es gibt kaum Vergleichswerte. Es könnte sich eine Wirkungskette entfaltet haben: Die Wärme des ElNino (viel mehr als 1998 über die Fläche verteilt) wird polwärts transportiert durch die Ozeane und die Troposphäre und wird dort zum großen Teil in den Weltraum abgestrahlt. Auf diesem Wege werden die Wässer um Antarktika mit erwärmt. Das nächste Jahr muss zeigen, ob es eine vorübergehende starke Erwärmung (ein Puls entgegen dem Langzeittrend) war oder ob sich der Trend umzukehren beginnt.

Dann werden Sie in den Medien wahrscheinlich lesen, dass die Klimaerwärmung nun auch in der Antarktis das Meereis katastrophal reduziert. Das ist jedoch wilde Spekulation. In einer aktuellen Studie zur AMOC (dies ist der globale ozeanische  Wärmefluss von Süd nach Nord) wird festgestellt, dass ein starker Wärmetransport Richtung Nordpol in der Antarktis ein spezielles Muster entstehen lässt: Es wird an der Oberfläche (SST) kühler und in der Tiefe wärmer. Die tieferen Wässer bis 700m am Rande des Kontinents zeigen einen Warmtrend, die Oberfläche ( vergleiche Abb. 5) einen Kühltrend. Hier ein Blick auf die „untere Etage“ dort:

 

Abb. 6: Die Temperaturanomalien des Ozeans bis in 700m Tiefe rund um Antarktika

 

Die Divergenz zwischen tieferen Schichten des Ozeans und seiner Oberfläche ist klar zu sehen. In  Abb. 5 sehen Sie den plötzlichen positiven Ausschlag der SST, dem kann der Ozean bis 700m Tiefe natürlich nicht folgen durch seine sehr hohe Wärmeträgheit. Im nördlichen Atlantik sehen wir jedoch den Rückgang des Wärmetransports bereits seit etwa 2012:

 

Abb. 7: Die Oberflächentemperaturanomalien  im subpolaren  Nordatlantik seit 1980.

 

Es könnte also sehr gut sein, dass zu dem Pulsverhalten durch den ElNino diese „Schaukelwirkung“ hinzu kommt: Eine starker nordwärts gerichteter Wärmetransport (starke AMOC) kühlt das Wasser an der Oberfläche des Ozeans (das Meereis wächst an) um die Antarktis herum während es in der Tiefe wärmer wird. Eine schwächere AMOC (Abb. 7  spricht für ein Nachlassen im Vergleich zu den Jahren nach 1998) dreht die Verhältnisse im Süden um: es wird an der Oberfläche wärmer (Meereisschwund) und in der Tiefe kälter.

Man wird also gespannt auf die Messungen aus den tieferen Meeresschichten um die Antarktis herum warten um zu erkennen, ob dies so ist. Dies alles sind völlig natürliche Vorgänge  und ob und wenn ja wie viel menschgemachte Erwärmung  da hineinspielt ist völlig unklar. Also bitte nicht auf vorschnelle Erklärungen (à la „Der Mensch schmilzt jetzt auch die Antartkis!!!“)  in den Medien oder von bestimmten Instituten hereinfallen wenn es zukünftig weniger Eis um die Antarktis herum geben sollte. Propaganda und „science at work“ sind Antagonismen. Die interne Variabilität des aktuell abkühlenden Nordatlantiks ist „Nature at work“.

 

Amerikanischer Geologischer Dienst gibt Entwarnung: Methanhydrat im arktischen Polarmeer stellt keine große Klimagefahr dar

Im Jahr 2010 warnte Michael Odenwald im Focus vor einer klimatischen Methanzeitbombe in der Arktis:

Methanhydrat: Kommt die rapide Erderwärmung?
Das Treibhausgas Methan strömt aus dem Schelf des arktischen Polarmeers in viel größeren Mengen in die Atmosphäre als gedacht. Dies ergab eine Studie einer Arbeitsgruppe von russischen, schwedischen und US-Wissenschaftlern, die in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals „Science“ veröffentlicht wird. Die Forscher hatten in den Jahren 2003 bis 2008 bei Fahrten auf russischen Eisbrechern im Gebiet des ostsibirischen Schelfs Wasserproben genommen, hinzu kamen per Helikopter Probennahmen aus der Luft. Am Ende waren 5100 Messungen zusammengekommen. Sie ergaben ein erschreckendes Bild: Rund 80 Prozent des Tiefenwassers und 50 Prozent des oberflächennahen Seewassers erwiesen sich als mit Methan übersättigt. Offenbar tritt das Gas aus dem Permafrostboden am Meeresgrund aus. Dabei gelangt aus dem relativ kleinen Meeresgebiet ebenso viel davon in die Luft wie aus allen übrigen Ozeanen der Welt zusammen. „Die Freisetzung nur eines kleinen Teils des im Sediment des ostsibirischen Schelfs gebundenen Methans kann eine abrupte globale Erwärmung auslösen“, warnt das Team um die russische Biogeochemikerin Natalia Schachowa, die an der Universität von Alaska in Fairbanks forscht.

Sieben Jahre Forschung später haben sich die Befürchtungen zum Glück nicht bestätigt, wie der US amerikanische Geologische Dienst und die University of Rochester am 9. Februar 2017 in einer Pressemitteilung bekanntgaben:

Gas Hydrate Breakdown Unlikely to Cause Massive Greenhouse Gas Release

A recent interpretive review of scientific literature performed by the U.S. Geological Survey and the University of Rochester sheds light on the interactions of gas hydrates and climate.

The breakdown of methane hydrates due to warming climate is unlikely to lead to massive amounts of methane being released to the atmosphere, according to a recent interpretive review of scientific literature performed by the U.S. Geological Survey and the University of Rochester. Methane hydrate, which is also referred to as gas hydrate, is a naturally-occurring, ice-like form of methane and water that is stable within a narrow range of pressure and temperature conditions.  These conditions are mostly found in undersea sediments at water depths greater than 1000 to 1650 ft and in and beneath permafrost (permanently frozen ground) at high latitudes. Methane hydrates are distinct from conventional natural gas, shale gas, and coalbed methane reservoirs and are not currently exploited for energy production, either in the United States or the rest of the world. On a global scale, gas hydrate deposits store enormous amounts of methane at relatively shallow depths, making them particularly susceptible to the changes in temperature that accompany climate change.  Methane itself is also a potent greenhouse gas, and some researchers have suggested that methane released by the breakdown of gas hydrate during past climate events may have exacerbated global warming.

The new review concludes that current warming of ocean waters is likely causing gas hydrate deposits to break down at some locations. However, not only are the annual emissions of methane to the ocean from degrading gas hydrates far smaller than greenhouse gas emissions to the atmosphere from human activities, but most of the methane released by gas hydrates never reaches the atmosphere. Instead, the methane often remains in the undersea sediments, dissolves in the ocean, or is converted to carbon dioxide by microbes in the sediments or water column. The review pays particular attention to gas hydrates beneath the Arctic Ocean, where some studies have observed elevated rates of methane transfer between the ocean and the atmosphere.  As noted by the authors, the methane being emitted to the atmosphere in the Arctic Ocean has not been directly traced to the breakdown of gas hydrate in response to recent climate change, nor as a consequence of longer-term warming since the end of the last Ice Age. “Our review is the culmination of nearly a decade of original research by the USGS, my coauthor Professor John Kessler at the University of Rochester, and many other groups in the community,” said USGS geophysicist Carolyn Ruppel, who is the paper’s lead author and oversees the USGS Gas Hydrates Project. “After so many years spent determining where gas hydrates are breaking down and measuring methane flux at the sea-air interface, we suggest that conclusive evidence for release of hydrate-related methane to the atmosphere is lacking.” 

Professor Kessler explains that, “Even where we do see slightly elevated emissions of methane at the sea-air interface, our research shows that this methane is rarely attributable to gas hydrate degradation.” The review summarizes how much gas hydrate exists and where it occurs; identifies the technical challenges associated with determining whether atmospheric methane originates with gas hydrate breakdown; and examines the assumptions of the Intergovernmental Panels on Climate Change, which have typically attributed a small amount of annual atmospheric methane emissions to gas hydrate sources. The review also systematically evaluates different environments to assess the susceptibility of gas hydrates at each location to warming climate and addresses the potential environmental impact of an accidental gas release associated with a hypothetical well producing methane from gas hydrate deposits.

Virginia Burkett, USGS Associate Director for Climate and Land Use Change, noted, “This review paper provides a truly comprehensive synthesis of the knowledge on the interaction of gas hydrates and climate during the contemporary period.  The authors’ sober, data-driven analyses and conclusions challenge the popular perception that warming climate will lead to a catastrophic release of methane to the atmosphere as a result of gas hydrate breakdown.”  The paper, “The Interaction of Climate Change and Methane Hydrates,” by C. Ruppel and J. Kessler, is published in Reviews of Geophysics and is available here.   The USGS and University of Rochester research that contributed to the review was largely supported by the U.S. Department of Energy and the National Science Foundation.  More information about the University of Rochester’s Dept. of Earth and Environmental Sciences is available here.

The USGS Gas Hydrates Project has been advancing understanding of U.S. and international gas hydrates science for over two decades. The Project focuses on natural gas hydrates and their potential as an energy resource, interaction with the climate system, and possible association with geohazards such as submarine landslides.  In the last decade, the group has participated in energy resource studies on the Alaskan North Slope and in the Gulf of Mexico, Indian Ocean, and other locations.  Studies of climate-hydrate interactions have been carried out in the Beaufort Sea, on the U.S. Atlantic margin, and at international sites.