Die Sonne im Dezember 2019 und Fortschritte der Klimawissenschaft

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt

Unsere Sonne ist weiterhin im Tiefschlaf des Minimums zwischen dem zu Ende gehenden Zyklus 24 und dem vor der Tür stehenden Zyklus 25. Die festgestellte SSN (für SunSpotNumber) betrug 1,6. Sie lag damit ein wenig höher als in den letzten 6 Monaten, jedoch noch immer sehr niedrig mit nur 10% des Mittels im Zyklusmonat 133. An nur 3 Tagen von 31 war überhaupt etwas zu beobachten auf der sichtbaren Sonnenhälfte, alle anderen Tage waren „Spotless“. Da das Jahr 2019 nun vollständig ist, lohnt sich ein Resümee: Die mittlere SSN in 2019 betrug 3,65. Wir müssen weit zurückschauen um einen geringeren 12- monatigen Mittelwert in einem Zyklus zu finden: SC5 (null) und SC6 (2,45), beide Zyklen des Dalton- Minimums.

Abb.1: Der SC (für Solar Cycle) 24 ( rot) im Vergleich zu einem mittleren Zyklus ( blau), gebildet aus dem Mittelwert aller 23 vorher bisher systematisch beobachteten Zyklen, und dem Zyklus 5 (schwarz), der seit Jahren recht ähnlich verlief.

Sehr gut ist in Abb.1 zu sehen, wie lange der Zyklus schon nur minimale Aktivität (monatliche mittlere SSN unter 20) produziert: es sind 27 Monate bisher. Wir sind im Zyklusmonat 133, nur 15 bisherige Zyklen „erlebten“ diese Länge, allesamt recht schwache.

Abb. 2: Die Aktivität der einzelnen Zyklen, wenn man die monatlichen Abweichungen zum Mittelwert ( blau in Abb.1) bis zum aktuellen Zyklusmonat 133 aufaddiert. Die Zahl repräsentiert so das Integral der Aktivität über die Zeit. Sie ist damit deutlich aussagekräftiger als die Maximal-Aktivität in einem einzelnen Monat.

Die einzig „spannende“ Frage ist, wie lange die Sonne noch die Flecken-Pause halten wird, also wann der Zyklus 25 beginnt. Im Mittel (vgl. Abb.1) geht es dann zügig voran mit der Fleckenbildung, schon 2-3 Jahre später ist das Maximum in Schlagdistanz. Das Kriterium für den Start des neuen Zyklus ist, dass eine Mehrheit von Flecken die umgekehrte magnetische Polarität im Vergleich zum auslaufenden hat. Ende Dezember „erwachten“ zunächst die Ereignisse des SC25, später im Januar 2020 dann wieder ein Rückfall. Ob der Dezember 2019 zum letzten Monat des SC24 erklärt wird? Es wird sich in den nächsten Monaten herausstellen.    

Fortschritte der Klimawissenschaft

Während wir medial zu den Buschfeuern in Australien bombardiert wurden a la: Australien brennt! und „natürlich“ der Klimawandel die Hauptschuld trägt (wir berichteten schon davon), stellten renommierte Wissenschaftler  aus Großbritannien und Australien fest,  dass ein mögliches anthropogenes Begünstigen von Waldbränden erst nach 2040 unter ungünstigsten Umständen in Australien zu erwarten wäre.  Also nicht 2019! Australien gehört ausgerechnet explizit zu den Gebieten, in denen sich solche Zusammenhänge bisher nicht zeigen lassen. Während in den Medien bisher immer die „Lautsprecher“ tönen, muss man nach fundierten Untersuchungen meist tiefer graben.  Die vorschnellen „Attributierungen“ von Ereignissen zum Klimawandel erweisen sich dann sehr oft als pure Propaganda. Aber was bleibt: es haben sich Wissenschaftler daran gemacht, genau zu prüfen und sie erheben die Stimme. Es haben wohl weltweit viele ernsthafte Klimatologen, besorgt um den Ruf ihrer Wissenschaft,  die mediale Präsenz einiger weniger besonders aktivistischer Protagonisten satt. Sie melden sich, nicht so laut freilich, aber vernehmlich.

Zu einem der „Königsthemen“ der Klimaforschung, der Klimasensitivität gegenüber dem anthropogenen Antrieb,  gab es schon vor Monaten eine zunächst kaum beachtete Arbeit von  Steven DeWitte und Kollegen vom Belgischen Meteorologischen Institut. Darin untersuchten sie Ergebnisse der Satellitenmission „CERES“, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, die Energiebilanz unserer Erde zu beobachten.   Das ist eine bedeutende Größe: Überschreitet die ausgehende Strahlung die eingehende, so kühlt das System ab, im anderen Fall erwärmt es sich. In Zeiten von Erwärmung der Erde sollte man also eine steigende positive Bilanz erwarten: Es kommt immer mehr Leistung pro m² an, als die Erde abstrahlt. Umso verblüffter ist man, wenn man das Ergebnis von Dewitte et al anschaut:

Abb.3: Die leicht fallende Earth Energy Imbalance (EEI) zwischen 2000 und 2018, Quelle: DeWitte et al 2019, Fig.14.

Das bringen die Autoren auch mit diesem Satz zum Ausdruck:

„At first sight it seems surprising that the EEI is decreasing during a period of continued greenhouse gas emission”

Die Autoren stellen einen sinkenden Wärmeüberschuss in den letzten 19 Jahren fest. Das hat natürlich auch Auswirkungen auf die  Einschätzung der Klimawirksamkeit von CO2, der sogenannten Klimasensitivität.  Der Co-Autor dieses Artikels machte sich dazu einige Gedanken und sie wurden veröffentlicht auf Judith Currys Blog „Climate etc.“.

Kurz zusammengefasst: Angenommen die Ergebnisse von DeWitte et al (2019) sind valide, woran es wenig Zweifel gibt, und die EEI ist etwa gleich geblieben oder sogar (nicht statistisch signifikant auf dem 95% Konfidenz- Niveau) leicht gesunken: dann bildete die beobachtete Temperaturerhöhung durch die Klimaantriebe in den entsprechenden Jahren den Gleichgewichtszustand ab, es würde  die ECS, also die „Equilibrium Climate Sensitivity“ sichtbar werden. Mit einer geeigneten Technik hierfür (es stehen nur die  Jahre 1999-2018 zur Verfügung, sehr kurz für den Zweck) ergab sich der Wert von ECS=1,7 °C. Das bedeutet, bei einer Verdopplung des CO2- Gehaltes erwärmt sich das Klimasystem nur um 1,7°C bis zum Gleichgewicht. Den fast genau gleichen Wert (1,66 °C) hatten Nic Lewis und Judy Curry schon aus Langzeituntersuchungen der Temperaturen und Antriebe unter Berücksichtigung der Wärmeinhaltsänderung der Ozeane (OHC für „Ocean Heat Content“) gefunden.

Die Diskussion auf „Climate ect.“ war sehr rege, die meisten Kommentatoren machten sich Sorgen darüber, ob die Ergebnisse von DeWitte et al (2019) wirklich Bestand haben werden. Alle Untersuchungen auch zum OHC deuten jedoch darauf hin. Es geht für die EEI nämlich nicht darum, ob der steigt oder fällt: es ist die Geschwindigkeit der Änderung (die erste Ableitung nach der Zeit) entscheidend. Je tiefer man in alle verfügbaren Beobachtungsdaten schaut, desto mehr erhärten sich die Ergebnisse der Arbeit. Auch eine weitere aktuelle Veröffentlichung bestätigt das, zumindest in seinen eigentlichen Ergebnissen zum OHC, die wilden Spekulationen aus der Zusammenfassung übersehen wir milde.   In den Medien erfuhr man  natürlich nur davon in den üblichen Horrormeldungen. Und wieder die völlig überdrehten und voreiligen Attributierungen: Hurrikane bewegen sich langsamer über wärmeren Meeren und werden dadurch schrecklicher usw.  Nichts davon ist wissenschaftlich genug belegt.  Es ist nur die übliche Alarm- Begleitmusik.

Wir schauen dahinter und finden bei Auswertung der eigentlichen Daten: zwischen 2000 und 2018 neigte sich die Geschwindigkeit der Änderung auch hier nach unten (EEI fällt leicht) und Roy Spencer baute sie in sein Ozeanmodell ein auf seinem Blog. Er konnte die ECS so auf einem unabhängigem Weg bestimmen: 1,7°C!  Es gibt „multiple lines of evidence“ der Beobachtungen, dass der Wert für die ECS in diesem Bereich liegt und nicht bei 3,2°C wie es der 5. Sachstandbericht des IPCC 2013 (AR5) aus den entsprechenden Modellen (CMIP5) ableitete, oder gar bei 4°C, wie es die „verbesserten“ Modelle CMIP6 vermuten lassen.

Wir berichteten in der vergangenen Ausgabe unserer Kolumne über das Misstrauen, das selbst die Mitglieder der Modellierungs- Community in die eigenen aktuellen Ergebnisse hegen. Zu diesem Thema erschien eine wirklich bemerkenswerte Arbeit.  Unter Führung von Michael Winton von der NOAA untersuchte das Modellierungsteam ihr eigenes neues Modell CM4.0 als Beitrag zur  CMIP6 – Familie.

Was sie fanden und offen und ehrlich kommunizierten, ist aller Ehren wert. Ihr Modell ist überempfindlich, und zwar sehr deutlich. Sie validierten die Modell- TCR (das ist die auf zeitlich viel kürzeren Skalen als bei der  ECS festgestellte Erwärmung ohne Gleichgewicht der Ozeane bei Verdopplung des CO2- Gehaltes der Atmosphäre: Transient Climate Response) gegenüber der oben zitierten Arbeit von Lewis/Curry und anderen Beobachtungen. Wirklich heftig wird es in ihrer Fig.14, hier mit Ergänzungen versehen:

Abb. 4: Fig. 14 aus Winton et al (2020) mit Ergänzungen. Die blauen Kreise zeigen die diversen CMIP5 Modelle mit ihrer TCR auf der X-Achse und ihrer modellierten Erwärmung zwischen 1980 und 2018 auf der Y- Achse. Die beobachtete Erwärmung ist mit der schwarzen(grauen) Linie für die Reihe nach GISS (Cowtan&Way) gekennzeichnet. Der rote Kreis bildet die Daten des neuen Modells CM4 ab.

Von uns wurden weitere Markierungen eingeführt. Billigt man eine Unsicherheit von +-20% Abweichung vom Mittelwert der Erwärmung beider Beobachtungsreihen zu, so wären von den berücksichtigten 27 Modellen nur die mit einem schwarzen Rechteck eingerahmten hinreichend genau, es sind insgesamt ganze 5! Deren Mittelwert der TCR beträgt 1,46°C. Insgesamt ergab das Mittel von CMIP5 1,83°C. Wir wissen aus Lewis/Curry (2018) recht genau den tatsächlich eingetretenen Wert der TCR: 1,33°C. Daran müssen sich Modelle messen lassen, er ist aus realen Beobachtungen der realen Erde gewonnen.

Alle Modellannahmen von TCR>1,6°C (die rote vertikale Linie in Abb.4) ergeben zu hohe Erwärmungsraten im schraffierten Rechteck rechts oben mit den vielen heraus zu kegelnden Modellen. Der IPCC AR5 bezeichnete ein Intervall von 1,1°C…2,5 °C als wahrscheinlich. Die wirklich atemberaubende Feststellung von Winton et al (2020) kommt nun ganz zum Schluss:

„Therefore, it may be that transient sensitivities of 2 K or larger will be judged unlikely based on a broader evaluation of CMIP6 model historical simulations. This would be good news for efforts to keep global warming below target values because climate model ensembles are used to formulate the emissions limits for these targets and a reliance on lower sensitivity models for this purpose will lead to higher emissions limits.”

Sie haben richtig gelesen: Die Arbeit bezeichnet Werte gleich oder größer als 2°C als unwahrscheinlich!! Das obere Ende des Vertrauensbereiches in den Einschätzungen von AR5 würde um ganze 0,5°C nach unten verschoben, die untere Grenze bliebe unberührt. Dabei gibt doch die Deutsche Wikipedia die 2°C noch immer als den „wahrscheinlichsten“ Wert an. Das allerdings wundert uns nicht.

Um nochmals auf die CMIP5- Werte des AR5 des IPCC zurückzukommen: Entfernt man alle Modelle mit TCR größer oder gleich 2°C, wie es Winton et al nahelegen,  so bilden die 15 verbliebenen  aus Abb. 4 ein Mittel der TCR von 1,55°C ab. Der halbe Weg von 1,83 aus allen (untauglichen) Klimamodellen bis zum realen beobachteten Wert  von ca. 1,3°C ist also schon dadurch geschafft, dass sich die völlig überhitzt laufenden Modelle selbst eliminieren durch ihren Mangel an der Fähigkeit, wenigstens die vergangenen 39 Jahre einigermaßen zutreffend zu replizieren. Wir hatten solche Überlegungen hier schon öfter angestellt. Das Neue ist nun, dass sogar Modell-Teams in Peer Review Arbeiten zu diesem Ergebnis kommen.

Die allermeisten Modelle laufen zu warm, sie sind für die Entscheidungen, die bis 2100 zu treffen sind, nicht tauglich. Ob in AR6 noch immer so nach den Modellwerten geschielt wird und die Sensitivität so maßlos hoch angesetzt werden wird? Wir denken nicht. Die Klimatologie macht inzwischen sehr nachdrücklich für echte validierbare Erkenntnisse mobil. Hoffen wir, dass das so bleibt und es sich auch irgendwann zu unseren politischen Entscheidern durchspricht und sie nicht mehr von „Sirenen“ geleitet werden. Bleiben wir Optimisten!