Temperaturentwicklung

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt

Die globale Jahresmitteltemperatur des Jahres 2012 nach dem Modell des Goddard Institute for Space Studies (GISS) steht nun fest: Die Anomalie beträgt +0,56 Grad Celsius. Ein Blick auf die letzten 30 Jahre (das ist ein klimarelevanter Zeitraum) offenbart den längeren  Stillstand der globalen Temperaturen.

Das Bild zeigt die Temperaturanomalie (in hundertstel Grad) über die Jahre 1983-2012.

 

Das wirbelt nun auch Staub in den Medien auf, der „Spiegel“  ist nachdenklich geworden und berichtet über rätselnde Forscher. Vielleicht können wir bei der Suche nach der Lösung ein wenig helfen? Der 5-jährige gleitende Mittelwert ist seit 2002, ein Jahrzehnt  lang bereits, flach. Ein signifikanter Anstieg ist schon seit 1997 nicht auszumachen, 16 Jahre lang. Der Chef der Behörde, James Hansen (siehe auch unseren Blogbeitrag „Wer ist James Hansen?„),  veröffentlichte zeitgleich zur Publizierung der Temperaturdaten ein höchst aufschlussreiches Papier (Hansen et al. 2013, pdf). Darin konstatiert er den Stillstand der Temperaturen und führt das u.a. auf das Wirken natürlicher Variabilität zurück.  Der globale Wärmeinhalt der oberen 700 m zeigt ebenfalls ein Abflachen, besonders seit 2004:

 

Also – wird argumentiert – muss die Wärme seit Beginn des Jahrtausends in die Tiefsee, in Tiefen bis 2000 m hinab transportiert worden sein. Von dort haben wir kaum Messdaten. Das Ganze erscheint daher reichlich vage und ungenau. Trotzdem wollen wir uns kurz dafür etwas genauer interessieren. Frage: Wo genau soll das alles passieren? Ein Blick auf den ozeanischen Wärmeinhalt (bis 700 m Tiefe) der Südhalbkugel:

 

 

Da ist der Trend ungebrochen. Auf der Südhalbkugel gibt es keine Trendänderung seit 1990. Dann also vielleicht auf der Nordhalbkugel:

weiter lesen

Von Frank Bosse und Fritz Vahrenholt

„Die Erderwärmung macht erst mal Pause“ – so titelte das Hamburger Abendblatt am 4. Januar 2013. Und das ist in der Temperaturkurve schwer zu übersehen:

Rot und grün: Temperatur; blau: CO2.

 

Dies bedarf natürlich einer Erklärung. Sie wird im besagten Artikel gleich von Jochem Marotzke, Direktor am Max-Planck Institut für Meteorologie in Hamburg, mitgeliefert: Es sind Meersströmungen, und die wären in den IPCC-Modellen sehr wohl enthalten. Aber irgendwas stimmt nicht, daran kommt auch Marotzke nicht dran vorbei, als er im Interview mit der Zeitung den Stillstand zu erklären versucht:

„In solchen Perioden wird die Wärme stärker vom tiefen Ozean aufgenommen. Wir können noch nicht erklären, warum dies so ist.“ Die Forscher haben den begründeten Verdacht, dass im südlichen Ozean Wärme von der Oberfläche in die Tiefe gelangt.“

Die Zirkulation in den Weltmeeren ist ja an sich kein unbekanntes Wesen, wie sie funktioniert ist schon bekannt:

Quelle: Bildungsserver

Wir sehen ein Transportband, und eine Stelle ist besonders markant: Der Nordatlantik bei 20-60 Grad Nord und 10-60 Grad West. Dort findet eine große Wärmeabgabe an die Atmosphäre statt. Am naheliegendsten wäre es doch, an dieser Stelle nach der fehlenden Wärme zu fahnden, statt geheimnisvolle Absenkungen von wärmeren Wässern im südlichen Ozean zu verdächtigen? Gehen wir also auf die Suche!

Zur Analyse brauchen wir Daten, die auch die Wärmemenge in tieferen Wasserschichten berücksichtigt. Die Modelle des IPCC begnügen sich oft mit den oberen 50 Metern. Daten bis zu 700 m Tiefe werden aber schon seit 1955 gesammelt, in jüngerer Vergangenheit sehr präzise durch automatisierte Tiefenbojen. Was in den oberen 700 m der Ozeane gemessen wurde, kann man in einer Datenreihe des „Ocean Heat Content“ (OHC) abfragen. Für die Nordatlantik-Region sehen wir folgende Entwicklung:

 

 

Das Diagramm zeigt die Abweichungen vom Mittelwert in Gigajoule pro Quadratmeter. Kommt uns die Form der Kurve nicht irgendwie bekannt vor? Aber ja! Die Ähnlichkeit mit dem Verlauf der globalen Temperaturen ist schon verblüffend:

 

weiter lesen

Von Frank Bosse, Fritz Vahrenholt und Sebastian Lüning

Wie werden eigentlich die globale Mitteltemperatur und die Abweichungen vom Mittelwert bestimmt? Es gibt da verschiedene Reihen, die mehr oder weniger unabhängig voneinander ermittelt werden. Zunächst die globalen Bodentemperaturen, sie werden beispielsweise durch die „Climate Research Unit“ (CRU) monatlich festgestellt, die neueste Reihe heißt HadCRUT4. Dann steuert das „Goddard Institute for Space Studies“ (GISS) ihre Daten bei. Beide funktionieren nach einem Modell, in das die Land- und Meeresoberflächentemperaturen einfließen. Daneben haben wir noch satellitengestützte Werte, die jedoch nicht die Bodentemperaturen sondern die Temperatur der Troposphäre in einiger Höhe messen.

Hier wollen wir uns mit den globalen Mitteltemperaturen nach GISS beschäftigen. Besonders wichtig ist es bei deren Trends, dass man einen Zeitraum betrachtet, der zum Begriff „Klima“ passt, 30 Jahre sollten es schon sein. Keinesfalls dürfen es nach Santer et al. (2011) weniger als 17 Jahre sein, sonst können wir womöglich im „Rauschen“ des Wetters nicht das Langzeitsignal des Klimas erkennen. Das Bild, das die Temperaturreihe abgibt, erscheint zunächst eindeutig:

Was wir erkennen, sind die Jahreswerte (blau) bis November 2012 und die Trendlinien des oberen (grün) und des unteren (braun) 95%-Konfidenzintervalls sowie den mittleren Trend (schwarz) mit einer Steigung von 0,16°C pro Dekade. Was wir ebenfalls sehen: seit 1998 ist es nicht mehr signifikant wärmer geworden (blaue Kurve). Nun ist 1998 mit Sicherheit ein Ausreißer durch den starken El Nino in jenem Jahr. Aber: in 2001 testete der Verlauf den oberen Rand des Konfidenzintervalls, am Ende eher dessen unteren. Die Stagnation der globalen Temperaturen hinterlässt eben auch bei einem 30-Jahrestrend inzwischen ihre Spuren.

Wie jedoch wird die mittlere Temperatur des gesamten Globus bestimmt? Das ist nicht so einfach, wie man denkt. In die Betrachtung fließen viele Beobachtungen ein. Zunächst einmal die Werte von meteorologischen Landstationen wie man sich leicht denken kann. Dann die Beobachtungen der Oberflächentemperaturen („Sea Surface Temperatures“, SST) der Meere, alle Angaben müssen gewichtet werden nach dem Anteil der Fläche, den die einzelnen Werte repräsentieren. Dazu gibt es auch Arbeiten, die das Vorgehen erläutern. Zum Beispiel veröffentlichte 2010 der Chef von GISS, James Hansen eine Arbeit dazu.

Dort geht er auch kurz darauf ein, mit welchem räumlichen Abstand die Messwerte erhoben werden. Er verweist hierzu auf eine Arbeit von 1987, in der gezeigt wurde, dass die globalen Temperaturen nicht signifikant empfindlich sind auf den Radius um den erhobenen Wert herum. Man einigte sich schließlich auf einen Radius von 1200 km.

„The global mean temperature anomaly was insensitive to this choice for the range from 250 to 2000 km. The main effect is to make the global temperature anomaly map smoother as the radius of influence increases.” (S. 2. der Arbeit)

Dennoch erscheinen weiterhin auch die Werte mit einem Radius von 250 km. Man kann sich diese Zahlen besorgen und den Unterschied zum in allen weiteren Veröffentlichungen benutzten 1200 km-Radius-Ergebnis berechnen:

Tatsächlich kann man nachvollziehen, dass der Unterschied bis 1987 wohl marginal war, eher bekam man etwas kühlere Temperaturen, benutzte man nicht den 250 km-Smoothingradius sondern den mit 1200 km. Mit etwas gutem Willen kann man sogar bis 1997 davon ausgehen, dass die Differenzen eher zufällig waren. Danach jedoch? Der Trend im Unterschied ist signifikant! Daher ist ein Zufall auszuschließen, wie er auftreten könnte, wenn man die globale Anomaliekarte einfach nur „smoother“ aussehen lassen möchte, wie es Hansen erklärte. In den letzten Jahren ergab sich ein Unterschied von im Mittel 0,07°C. Das klingt nicht viel. Wollen wir das obere Diagramm jedoch nachvollziehen:

weiter lesen