Neues zur CO2-Klimasensitivität: Liegt der Wert in Wirklichkeit nur bei 1,7°C pro CO2-Verdopplung?

Die CO2-Klimasensitivität (KS) gibt an, wie stark das CO2 das Klima erwärmt. Der IPCC ist sich seit mehreren Jahrzehnten nicht ganz sicher und sagt: Irgendein Wert zwischen 1,5-4,5 Grad Erwärmung pro CO2-Verdopplung. Das ist ziemlich ungenau und mit einem Unsicherheitsfaktor 3 behaftet. Hierauf bauen alle politischen Maßnahmen auf. Wir haben bereits vielfach in der Vergangenheit an dieser Stelle über die KS berichtet. Heute geben wir eine Übersicht über die neuesten Forschungsergebnisse zum Thema. Es gibt zwei Arten der KS, nämlich die langfristige (ECS, Equilibrium Climate Sensitivity) und die kurzfristigere (TCR, Transient Climate Response). Der üblicherweise angegebene Wert ist die ECS.

Neues zur ECS:

2,83°C (ECS): Studie des Hamburger Max-Plancl-Instituts für Meteorologie. Aus der Pressemitteilung (Oktober 2019):

Die besten Schätzungen sind eine mittlere vorübergehende Klimaantwort von 1,67 Grad Celsius und eine Gleichgewichtsklimasensitivität von 2,83 Grad Celsius. Darüber hinaus können die Autoren nicht nur sehr niedrige Werte, die früher bei der beobachteten Erwärmung festgestellt wurden, sondern auch sehr hohe Werte, die in einigen wenigen Klimamodellen vorkommen, ausschließen. Daher kann die neue Studie von Jiménez-de-la-Cuesta Otero und Mauritsen letztendlich zu besseren Projektionen der zukünftigen Erwärmung führen.

Kommentar: Von dieser Studie ist relativ wenig zu halten, denn die Methodik ist kontraproduktiv. Eine Betrachtung seit 1970 greift viel zu kurz. Die fragwürdige Basis-Annahme ist, dass die gesamte Erwärmung durch das CO2 entsteht, schließt also natürliche Klimafaktoren von vorneherein aus. Garbage in, garbage out. Immerhin halten die Autoren sehr hohe Werte für die Klimasensitivität für unwahrscheinlich.

2,8°C (ECS): Paper von Cox et al. 2018, die vorgibt die Unsicherheit deutlich zu reduzieren. Die Autoren schlagen eine Spanne von 2.2-3.4°C vor (nicht mehr 1,5-4,5°C wie der IPCC seit 25 Jahren). Abstract:

Emergent constraint on equilibrium climate sensitivity from global temperature variability

Equilibrium climate sensitivity (ECS) remains one of the most important unknowns in climate change science. ECS is defined as the global mean warming that would occur if the atmospheric carbon dioxide (CO2) concentration were instantly doubled and the climate were then brought to equilibrium with that new level of CO2. Despite its rather idealized definition, ECS has continuing relevance for international climate change agreements, which are often framed in terms of stabilization of global warming relative to the pre-industrial climate. However, the ‘likely’ range of ECS as stated by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has remained at 1.5–4.5 degrees Celsius for more than 25 years1. The possibility of a value of ECS towards the upper end of this range reduces the feasibility of avoiding 2 degrees Celsius of global warming, as required by the Paris Agreement. Here we present a new emergent constraint on ECS that yields a central estimate of 2.8 degrees Celsius with 66 per cent confidence limits (equivalent to the IPCC ‘likely’ range) of 2.2–3.4 degrees Celsius. Our approach is to focus on the variability of temperature about long-term historical warming, rather than on the warming trend itself. We use an ensemble of climate models to define an emergent relationship2 between ECS and a theoretically informed metric of global temperature variability. This metric of variability can also be calculated from observational records of global warming3, which enables tighter constraints to be placed on ECS, reducing the probability of ECS being less than 1.5 degrees Celsius to less than 3 per cent, and the probability of ECS exceeding 4.5 degrees Celsius to less than 1 per cent.

2,5°C (ECS): Best (2018). Clive Best rechnet aus, dass sich das Klima bei 560 ppm CO2 stabilisiert.

1,75°C (ECS): Lewis 2018

1,66°C (ECS): Lewis & Curry 2018. Abstract:

The Impact of Recent Forcing and Ocean Heat Uptake Data on Estimates of Climate Sensitivity

Energy budget estimates of equilibrium climate sensitivity (ECS) and transient climate response (TCR) are derived based on the best estimates and uncertainty ranges for forcing provided in the IPCC Fifth Assessment Report (AR5). Recent revisions to greenhouse gas forcing and post-1990 ozone and aerosol forcing estimates are incorporated and the forcing data extended from 2011 to 2016. Reflecting recent evidence against strong aerosol forcing, its AR5 uncertainty lower bound is increased slightly. Using an 1869–82 base period and a 2007–16 final period, which are well matched for volcanic activity and influence from internal variability, medians are derived for ECS of 1.50 K (5%–95% range: 1.05–2.45 K) and for TCR of 1.20 K (5%–95% range: 0.9–1.7 K). These estimates both have much lower upper bounds than those from a predecessor study using AR5 data ending in 2011. Using infilled, globally complete temperature data give slightly higher estimates: a median of 1.66 K for ECS (5%–95% range: 1.15–2.7 K) and 1.33 K for TCR (5%–95% range: 1.0–1.9 K). These ECS estimates reflect climate feedbacks over the historical period, assumed to be time invariant. Allowing for possible time-varying climate feedbacks increases the median ECS estimate to 1.76 K (5%–95% range: 1.2–3.1 K), using infilled temperature data. Possible biases from non–unit forcing efficacy, temperature estimation issues, and variability in sea surface temperature change patterns are examined and found to be minor when using globally complete temperature data. These results imply that high ECS and TCR values derived from a majority of CMIP5 climate models are inconsistent with observed warming during the historical period.

Hier der dazugehörige Blogartikel auf Climate Etc. Ross McKitrick kommentiert die Arbeit in der National Post.

Vortrag von Nic Lewis im März 2019 zur KS:

1,54°C (ECS): Roy Spencer 2018 führte eine 1D-Modellierung für die Temperaturen von 1880-2017 durch und kam auf eine ECS von 1,54°C/2x CO2. Diesen Wert bestätige er auch in einer zweiten Modellierung.

0,6°C (ECS): Dietze 2018

Hier eine Übersicht der ECS-Werte von Papers 2011-2017 (Cato Institut via WUWT):

Judith Curry schrieb im April 2019 zur worst-case-ECS.

Die ECS beschreibt die Erwärmung bei CO2-Verdopplung. Wenn man aber noch keine Verdopplung hat, muss man etwas genauer nachrechnen. Genau dabei hilft eine kleine Online App auf csens.org. Hier gibt man die ppm CO2 ein und die ECS, dann bekommt man den Temperatur seit 1880. Interessant: Wenn man eine ECS von 3°C eingibt und dazu 412 ppm (in etwa die heutige CO2-Konzentration), bekommt man eine Gesamt-Erwärmung von knapp 1,7°C angeboten. Allerdings ist die Temperatur nur um 1,0°C angestiegen. Eine ECS von 3°C ist offenbar zu hoch. Wir probieren eine ECS von 2,0°C aus und erhalten eine Erwärmung von 1,1°C. Schon besser, aber immer noch zu hoch. Bei einer ECS von 1,8°C passt es genau: 1,0°C Erwärmung. Gar nicht so weit weg von der ECS von 1,5°C die Vahrenholt & Lüning 2012 in ihrem Buch „Die kalte Sonne“ vorgerechnet haben…

Auch UCAR hat eine Berechnungs-App. Hier gibt man die ppm CO2 sowie eine KS ein. Allerdings werden keine Werte unterhalb von 2,0°C/2x CO2 angeboten. Berechnet wird eine absolute Globaltemperatur. Bei 410 ppm und 3,0°C wird 15,4°C berechnet. Um 1850 war die Temperatur laut Webseitenangabe bei 13,7°C. Insofern suggeriert die App eine bisherige industrielle Erwärmung von 1,7°C. Viel zu hoch, denn der wahre Wert ist lediglich 1,0°C. Wir probieren also eine ECS von 2,0°C. Das Ergebnis ist 14,8°C, was ungefähr mit dem gemessenen Wert passt.

Neues zur TCR:

1,93°C (TCR): Booth 2018. Bezieht die Sonne mit ein.

1,67°C (TCR): Studie des Hamburger Max-Planck-Instituts für Meteorologie. Aus der Pressemitteilung (Oktober 2019):

Die besten Schätzungen sind eine mittlere vorübergehende Klimaantwort von 1,67 Grad Celsius und eine Gleichgewichtsklimasensitivität von 2,83 Grad Celsius. Darüber hinaus können die Autoren nicht nur sehr niedrige Werte, die früher bei der beobachteten Erwärmung festgestellt wurden, sondern auch sehr hohe Werte, die in einigen wenigen Klimamodellen vorkommen, ausschließen. Daher kann die neue Studie von Jiménez-de-la-Cuesta Otero und Mauritsen letztendlich zu besseren Projektionen der zukünftigen Erwärmung führen.

1,35°C-1,50 (TCR): Millar & Friedlingstein 2018

1.33°C (TCR): Lewis & Curry 2018.

Und hier noch etwas für Profis. Im März 2018 diskutierte Nic Lewis Papers zur KS auf Climate Etc: Teil 1, Teil 2, Teil 3. Im April 2018 kritisierte Lewis die Arbeit von Dessler et al. 2018, die ECS-Werte von 2,1-3,9°C simulierte. Im September 2018 kommentierte Lewis ein Paper von Andrews et al. 2018, das eine Erhöhung der ECS-Werte fordert.

Laubereau & Iglev 2013 können hohe ECS-Werte nicht nachvollziehen:

On the direct impact of the CO2 concentration rise to the global warming

The growing amount of carbon dioxide in the atmosphere is often considered as the dominant factor for the global warming during the past decades. The noted correlation, however, does not answer the question about causality. In addition, the reported temperature data do not display a simple relationship between the monotonic concentration increase from 1880 to 2010 and the non-monotonic temperature rise during the same period. We have performed new measurements for optically thick samples of CO2 and investigate its role for the greenhouse effect on the basis of these spectroscopic data. Using simplified global models the warming of the surface is computed and a relatively modest effect is found, only: from the reported CO2 concentration rise in the atmosphere from 290 to 385 ppmv in 1880 to 2010 we derive a direct temperature rise of 0.26 +/- 0.01K. Including the simultaneous feedback effect of atmospheric water we still arrive at a minor CO2 contribution of less than 33% to the reported global warming of ca. 1.2 K. It is suggested that other factors that are known to influence the greenhouse effect, e.g. air pollution by black carbon should be considered in more detail to fully understand the global temperature change.