Die Sonne im Juni 2019 und die Muster der Erwärmung

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt

Die Sonne ist im tiefen Minimum des 11-jährigen Zyklus. Die festgestellte SSN (für SunSpotNumber) betrug ganze 1,2. An nur 4 Tagen des Monats zeigten die Beobachtungen überhaupt etwas, alle Flecken waren auf der Nordhemisphäre der Sonne. Der Vergleich mit dem Mittelwert, gebildet aus der jeweils monatlichen SSN der vorangegangenen Zyklen, wird nun im 127. Monat des Zyklus immer weniger valide: Nur 12 der 23 systematisch beobachteten waren so lang, um einen Wert beizusteuern. Der Mittelwert liegt so bei 18,8. Für den aktuellen Zyklus  macht das ganze 6% der mittleren Aktivität im Zyklusmonat.

Abb.1: Die Fleckenaktivität des gegenwärtigen SC (für Solar Cycle) 24 seit seinem Beginn im Dezember 2008 (rot) im Vergleich zum Mittelwert aller bisherigen SC ( blau) und dem über weite Strecken recht ähnlichen SC5 (schwarz), der um 1805 herum beobachte wurde.

 

Der Vergleich der Zyklen untereinander:

Abb.2: Die Aktivität der einzelnen Zyklen im Vergleich. Die Zahlen im Diagramm entstehen, indem die Abweichungen vom Mittelwert (blau in Abb.1) bis zum aktuellen Zyklusmonat aufsummiert werden.

 

Deutlich ist das Dalton-Minimum zu erkennen, die Zyklen 5,6 und 7 markieren es. Seitdem sahen wir übernormale Aktivität für SC 8-11 (das war 1830-1878), dann wieder eine unternormal aktive längere Phase für SC12-16 (1878-1933), woran eine recht lang anhaltende positive Anomalie bis 2008 anschloss. Dass der Folgezyklus SC25 übernormal aktiv werden könnte stellt sich schon allein aus Abb.2 als unwahrscheinlich dar. Auch die solaren polaren Felder weisen auf einen unternormal aktiven kommenden Zyklus hin.

Wie lange könnte das Minimum noch andauern? Wir hatten vor Monaten eine Schätzung abgegeben: August 2020 +-4 Monate.  Schaut man auf die polaren Felder, so wird klar, dass das Mittel zwischen Nord-u. Südhemisphäre sich noch nicht abwärts bewegt, die Feldstärke verharrt seit Oktober 2017. Erst wenn es da deutlich nach unten geht kann der neue Zyklus beginnen. Es spricht also wenig für ein baldiges Ende des Minimums.

Es gibt auch immer wieder Stimmen, die sich zur Stärke von SC25 äußern. Eine aktuelle Schätzung der NASA geht von einem deutlich schwächeren als der aktuelle aus: nur 30-50% so aktiv. Geschätzter Start auch da in 2020, das Maximum wird um 2025 erwartet. Es gibt bisher wohl keine Vorhersage, die starke Aktivität antizipiert. Nach allem was „Konsens“ ist, werden wir bis mindestens 2030 weiter eine recht ruhige Sonne sehen. Wohl kein „Grand Minimum“ wie es das  Maunder Minimum 1645-1715 markierte, aber ein „Dalton-Typ“ ist nicht unwahrscheinlich. Wir werden sehen, was dies für Auswirkungen auf die Erde haben wird.

 

Die Klimasensitivität und „Erwärmungsmuster“

Im März 2018 hatten wir über eine Arbeit berichtet, die mit den besten zur Verfügung stehenden Daten die Empfindlichkeit unseres Klimasystems herleitete. Lewis/Curry (2018) kommen zum Ergebnis: 1,3 °C für eine Verdopplung des CO2- Gehaltes der Atmosphäre während des Anstieges (Transient Climate Response), langfristiges Gleichgewicht (ECS) bei 1,7°C (vgl. Tab. 3 der Arbeit). Die Zahlen reagieren kaum empfindlich auf die Wahl von (größeren) Zeitfenstern, sie schwanken nur sehr wenig, ob man 1870…2016 auswertet oder 1930…2016. Es gab eine ganze Reihe von Vorläuferarbeiten auch anderer Autoren, die ebenfalls etwa diese recht geringen Werte fanden. Auch Arbeiten, die historische Zeiträume (letztes glaziales Maximum bis vorindustriell) unter die Lupe nahmen, widersprechen diesen niedrigen Zahlen nicht.

Dann sollten doch eigentlich die Messen gelesen sein, und viel dramatischere Sensitivitäts- Abschätzungen vor allem aus GCM-Modellbetrachtungen (für General Circulation Models)- 1,86 °C für TCR und 3 °C für ECS- sind nicht zutreffend? „So einfach ist das nicht!“ sagen einige Aktivisten, denn die geringe Empfindlichkeit des irdischen Klimas würde ja nicht zu hektischen  Aktionen zur Treibhausgasreduzierung führen. Wie also die GCM mit ihren besorgniserregenden Projektionen vor der Empirie retten? Ein Schlüsselargument bisher geht so: Modelle sagen eine andere räumliche Verteilung der Erwärmung der Ozeane voraus als das, was wir beobachten:

 

Abb.3: Die Erwärmungsmuster, die Modelle herleiten (oben) und die beobachteten Muster. Von besonderer Bedeutung ist, dass die CMIP5-Modelle als Ergebnis des (vor allem menschgemachten) Antriebes (daher das Model-Mean) eine recht gleichmäßige Erwärmung des tropischen Pazifiks angeben, die Beobachtungen jedoch eine bedeutend stärkere Erwärmung des westlichen tropischen Pazifiks gegenüber dem östlichen feststellen.  Die Abbildungen wurden mit dem KNMI Climate Explorer generiert.

 

Es könnte also durchaus sein, so Aktivisten, dass die Abweichung eine „Laune der Natur“ wäre, eine interne Variabilität, und nach Beendigung dieser eher zufälligen Episode die Erwärmung „modellkonform“ viel stärker wird im globalen Maßstab. Es ist die Rede von „Trajektorien“ die möglich waren und sein werden, und die Beobachtungen deshalb stark negativ abweichen, weil sie nur eine zufällige der möglichen Realisierungen der Erwärmungsmuster seien. Kurz zusammengefasst: “Was wir bisher beobachten ist nicht die wirkliche Realität, es wird bestimmt viel schlimmer, glaubt den Klimamodellen!“

Hier nun leisten zwei aktuelle Arbeiten Aufklärung. Um es vorweg zu nehmen: Die Beobachtungen der Erwärmungsrate sind korrekt, die abweichenden Muster der Klimamodelle  entstehen durch ihre  Unzulänglichkeiten und die Muster werden sich auch nicht ändern. In Dong et al (2019)  weisen die Autoren nach, dass wenn sich die konvektiven Regionen mit vielen Wolken des westlichen Pazifiks stärker erwärmen als die mit kaum Konvektion des Ostpazifiks, die globale  Gesamterwärmung deutlich weniger ausgeprägt ist. Werfen wir einen Blick auf die Bewölkung im tropischen Pazifik:

Abb.4: Die Konvektion ( „CAPE Index“) über dem tropischen Pazifik. Deutlich ist das Gefälle West-Ost zu sehen.  Quelle.

 

Die Konvektion im westlichen tropischen Pazifik führt dazu, dass es eine verstärkte Abstrahlung von Wärme in den Weltraum gibt, die dortige Erwärmung also viel effektiver abgebaut werden kann, als dies bei einer stärkeren Erwärmung des östlichen Pazifiks mit geringerer Konvektion, möglich wäre, vgl. Abb.4. Die Arbeit führt aus:

„For the west Pacific patch, warming is communicated to the upper troposphere, which warms the whole troposphere across all latitudes, causing a large increase in outgoing radiation at the TOA. Furthermore, the patch of warming locally decreases tropospheric stability, measured here as estimated inversion strength (EIS), but increases EIS remotely over tropical marine low clouds regions, yielding an increase in global low cloud cover (LCC) which enhances the global SW reflection….The results first highlight the radiative response to surface warming in tropical ascent regions as the dominant control of global TOA radiation change both in the past and in the future. …This surface warming pattern yields a strong global outgoing radiative response at TOA that can efficiently damp the surface heating, therefore producing a very negative global feedback.”

Es ist also ein klarer physikalischer Mechanismus, der dazu führt, dass die beobachtete stärkere Erwärmung des tropischen Westpazifiks zu geringeren globalen Sensitivitäten (=stärkeres negatives globales Feedback) führt. Die zweite Arbeit, Seager et al (2019) beschäftigt sich mit dem gleichen Phänomen und kommt zu dem Ergebnis, dass das beobachtete Muster nicht zufällig ist, sondern ein unmittelbares Ergebnis des Antriebes („Forcing“). Sie stellt fest:

“The main features of observed tropical Pacific climate change over past decades are consistent with a response to rising CO2, according to fundamental atmosphere and ocean physics….However, the strength of the tropical Pacific influence on global climate implies that past and future trends will diverge from those simulated by coupled climate models that, due to their cold tongue bias (ein Streifen kühleren Wassers in Äquatornähe des Ostpazifiks, d.A.), misrepresent the response of the tropical Pacific to rising CO2.”

Klimamodelle haben so große Defizite in der Abbildung des Geschehens im tropischen Pazifik, dass sie dadurch die Antwort auf den Antrieb global falsch ermitteln (vgl. Abb.3) und die Empfindlichkeit auf den Antrieb systematisch (so Seager et al) überschätzen (so Dong et al). Ob wir davon etwas in den Medien lesen werden? Eine mögliche Überschrift wäre: “Klimamodelle rechnen die Zukunft zu heiß!“ Wir sind diesbezüglich skeptisch.

Wir sind gespannt, ob die Ergebnisse der beiden bedeutenden Arbeiten überhaupt Eingang in den kommenden Sachstandsbericht des IPCC finden werden. Dann nämlich müsste man hunderte Seiten kritisch überarbeiten, die sich mit Modellprojektionen beschäftigen. Ein Grund mehr für uns, der Empirie zu vertrauen und nicht der „Playstation Klimatologie“. Aber was soll dann aus der „Panik“ werden, die uns „Fridays for Future“ verordnen wollen? Alles nur heiße Luft? Die Politik läuft heiß, weil die Modelle zu heiß laufen. Welche Wissenschaftler haben den Mut und sehen ihre Verantwortung, FFF und die Politik aufzuklären?