Studien aus 2014 geben Hoffnung: Erwärmungswirkung des CO2 wohl doch deutlich überschätzt. Offizielle Korrektur steht bevor

Die Klimadiskussion ist nicht so schwarz-weiß wie einige Beobachter es gerne hätten. Im Grunde geht es vor allem um die Höhe eines bestimmten Klimawertes, nämlich der sogenannten CO2-Klimasensitivität: Um wieviel erhöht sich die Erdtemperatur, wenn sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre verdoppelt? Der IPCC geht von einem Mittelwert von 3°C pro CO2-Verdopplung aus. Allerdings weisen mittlerweile immer mehr wissenschaftliche Studien darauf hin, dass man hier zu hoch gegriffen hat und der Wert wohl deutlich niedriger liegt. In unserem Buch „Die kalte Sonne“ hatten wir zwei Szenarien mit 1,5°C und 1,0°C vorgestellt – und bekamen dafür reichlich mediale Prügel vom Establishment. Mittlerweile kommen jedoch etliche Studien den 1,5°C ziemlich nahe. So ändern sich die Zeiten.

Im heutigen Beitrag wollen wir eine kleine Übersicht über die neuen Studien des vergangenen Jahres (2014) geben. Wer ist mit welchem Wert aktuell im Rennen? Bevor wir beginnen, sollte jedoch noch kurz erwähnt sein, dass es zwei verschiedene Typen der Klimasensitivität gibt, die nicht verwechselt werden dürfen, die ECS und die TCR. Hier sollte man peinlichst darauf achten, um welchen Wert es in der entsprechenden Arbeit geht, ansonsten vergleicht man Äpfel mit Birnen. Wikipedia erklärt uns den Unterschied:

ECS und TCR
Aufgrund der thermischen Trägheit der Weltmeere reagiert das globale Klimasystem grundsätzlich nur langsam auf Veränderungen des Strahlungsantriebs. Man unterscheidet daher zwischen der Equilibrium Climate Sensitivity, (ECS) und der Transient Climate Response (TCR). Die ECS beschreibt den Temperaturanstieg, der zu beobachten ist, nachdem das Klimasystem nach einer Veränderung des Strahlungsantriebs den neuen Gleichgewichtszustand erreicht hat, wofür Jahrtausende nötig sind. Um den Einfluss des Menschen auf das Klima zu quantifizieren, ist die Transient Climate Response besser geeignet. Diese ist definiert als der Temperaturanstieg, der zum Zeitpunkt einer Verdoppelung der CO2-Konzentration in einem Szenario beobachtet wird, bei dem diese pro Jahr um 1% anwächst.

Laut dem fünften Klimazustandsbericht des IPCC (AR5) liegt die ECS irgendwo zwischen 1.5°C bis 4.5°C. Der IPCC hat sich diesmal aus taktischen Gründen geweigert, einen offiziellen Mittelwert anzugeben. Nehmen wir daher einen Wert von 3°C an, den hatte der IPCC in seinem vierten Klimabericht (AR4) verwendet und nach eigenen Angaben habe sich vom vierten auf den fünften Bericht nicht viel geändert. Überhaupt geht der IPCC in allen seinen bisherigen Berichten seit 1990 stets von der gleichen Wertespanne aus (Abbildung 1).

Die kurzfristigere TCR sieht der IPCC in ihrem aktuellen AR5-Bericht zwischen 1,0°C und 2,5°C (siehe Seite 14 hier).

Abbildung 1: Übersicht der in den IPCC-Berichten angegebenen CO2-Klimasensitivitäten. Aus Lewis & Crok (2014).

 

ECS – Die Equilibrium Climate Sensitivity

Beginnen wollen wir unseren wissenschaftlichen Streifzug mit Studien zum Langfrist-Wert, der ECS. Dabei arbeiten wir uns von den hohen zu den niedrigen ECS-Werten.

Im April 2014 erschien im Fachblatt Climate Dynamics eine Arbeit von Troy Masters. Er kommt auf eine Wertespanne für die ECS von 1,5-2,9°C, eliminiert also einen Großteil der überhitzten IPCC-Szenarien. Als ECS-Mittelwert gibt Master 2,2° C an, was knapp ein Grad kälter ist, als der IPCC-Wert.

Fünf Monate später, im September 2014, kamen von der Heydt und Kollegen in einer Studie in den Geophysical Research Letters auf einen recht ähnlichen Wert, nämlich 2,26°C. Die Forscher untersuchten hierzu das Paläoklima der letzten 800.000 Jahre. Aus der Kurzfassung:

Applying a new method to account for background state dependency, we find Sa=0.61±0.07 K (W m−2)−1(±1σ) using a reconstruction of Last Glacial Maximum (LGM) cooling of −4.0 K and significantly lower climate sensitivity during glacial climates. 

(Hinweis: Der dort angegebene Wert von Sa=0,61±0,07 K (W m−2)−1 muss mit 3,7 W/m2 multipliziert werden, um auf die ECS pro CO2-Verdopplung zu gelangen.)

In einer Modellierungsstudie ermittelte Crag Loehle vom US-amerikanischen National Council for Air and Stream Improvement eine ECS von 1,99°C. Die Ergebnisse präsentierte er im März 2014 im begutachteten Fachblatt Ecological Modelling.

Im selben Monat erschien im Fachjournal Earth System Dynamics eine Arbeit von Skeie et al., die auf eine ECS von 1,8°C kommen. Zum exakt gleichen Ergebnis gelangte auch Jeff L. in einem Beitrag auf WUWT , der dort am 13. Februar 2014 gepostet wurde.

Bereits im Juni 2010 beschrieb Roy Spencer auf seiner Webseite eine ECS von 1,7°C:

The bottom line is that my analysis supports a best-estimate 2XCO2 climate sensitivity of 1.7 deg. C, which is little more than half of that obtained by Tung & Camp (3.0 deg. C), and approaches the lower limit of what the IPCC claims is likely (1.5 deg. C).

Nur einen Tick niedriger verorteten Nicholas Lewis und Judith Curry die ECS. In ihrer im September 2014 im Fachblatt Climate Dynamics publizierten Arbeit kamen die Autoren auf einen Wert von 1,64°C. Lewis präsentierte in einem Beitrag im Blog Climate Audit zudem eine detaillierte Gesamttabelle mit ECS-Spannen für verschiedene Zeitfenster sowie Vergleichswerte anderer Arbeiten (Abbildung 2):

Abbildung 2: Klimasensitivitäten nach Lewis & Curry (2014) sowie weitere Vergleichswerte aus der Literatur. Quelle: Climate Audit.

 

Bemerkenswert ist auch eine Arbeit von Spencer & Braswell die im Februar 2014 im Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences herauskam. Die beiden Autoren integrierten die natürliche ENSO-Variabilität in ihr Modell und kamen auf eine ECS von 1,3°C, was ziemlich genau zwischen den beiden in unserem Buch „Die kalte Sonne“ präsentierten Szenarien liegt.

Einige Autoren sehen sogar die Möglichkeit von ECS-Werten unterhalb von 1,0°C. So stellte im November 2014 Hermann Harde von der Hamburger Helmut-Schmidt-Universität im Journal of Atmospheric and Climate Change ein Modell mit einer ECS von 0,6°C vor.

Und schließlich sei noch eine Arbeit erwähnt, die im Oktober 2014 auf der Webseite der Stockholm-Initiative erschien. Magnus Cederlöf beschreibt dort eine ECS von 0,28°C.

Der generelle Trend in der Wissenschaft hin zu niedrigeren ECS-Klimasensitivitäten ist mittlerweile unübersehbar und stürzt den IPCC und die beteiligten Forscher in ein Dilemma. Viele der Arbeiten erschienen nach Redaktionsschluss des AR5-Klimaberichts und konnten daher nicht mehr in den Bericht eingearbeitet werden. Überhaupt gleichen die IPCC-Klimaberichte einem schweren Supertanker, der etliche Jahre benötigt um seinen Kurs auch nur geringfügig zu ändern. Das Herzstück des AR5 bilden aufwendige Computer-Klimamodellierungen, die noch von einer veralteten, überhöhten ECS ausgingen. Im Prinzip hätte man nun die Modellierungsresultate verwerfen und erneut zu rechnen beginnen müssen. Dafür gab es nun aber keine Zeit mehr und die Veröffentlichung des AR5 wäre um mehrere Jahre verzögert worden. Offenbar entschied man sich für die Methode „Augen zu und durch“, in der Hoffnung, dass die Unzulänglichkeiten hoffentlich keinem auffallen. Da der Großteil der Medienlandschaft die IPCC-Ergebnisse sowieso generell ungeprüft übernimmt, hat dies auch ziemlich gut funktioniert.

Im Februar 2014 thematisierten Nicholas Lewis und Marcel Crok das IPCC-Dilemma bezüglich der Klimasensitivität in einem lesenswerten Bericht, der als GWPF Report 12 erschienen ist:

Auszug aus der Zusammenfassung:

Only in recent years has it become possible to make good empirical estimates of climate sensitivity from observational data such as temperature and ocean heat records. These estimates, published in leading scientific journals, point to climate sensitivity per doubling most likely being under 2◦C for long-term warming, and under 1.5◦C over a seventy-year period. This strongly suggests that climate models display too much sensitivity to carbon dioxide concentrations and in almost all cases exaggerate the likely path of global warming. […] Good empirical estimates of both long-term warming and that over a seventyyear period now imply very different expectations of future warming than do climate models – some 40% to 50% lower to 2081–2100. This is almost certainly the most important finding of climate science in recent years, particularly since there are good reasons to doubt the reliability of climate model forecasts. However, in its report the IPCC only alludes to this issue in an oblique fashion. Moreover, rather than reducing its best estimate of climate sensitivity in the light of the new empirical estimates, it simply reduced the lower bound of the uncertainty range and omitted to give a best estimate, without adequately explaining why it had been necessary to do so. Only in the final report published in January 2014 was a paragraph added in the Technical Summary giving slightly more explanation. The new information on climate sensitivity suggests that even with relatively high emissions the government’s two-degree limit for global warming is likely to be reached only towards the end of the century.

Eine gute graphische Übersicht von 14 wichtigen Arbeiten der vergangenen vier Jahre haben Patrick Michaels und Paul Knappenberger am 25. September 2014 auf WUWT zusammengestellt (Abbildung 3):

Abbildung 3: Übersicht der ECS-Klimasensitivität aus bedeutenden Arbeiten der vergangenen vier Jahre. Quelle: Patrick Michaels und Paul Knappenberger, WUWT.

 

Eine noch umfangreichere Auflistung gibt es auf The Hockeyschtick. Hier werden gleich 40 wissenschaftliche Studien vorgestellt, die eine ECS von 2,0°C oder weniger postulieren.

 

TCR – Transient Climate Response

Schauen wir jetzt noch kurz in die kurzfristigere TCR. Der IPCC interpretiert in seinem aktuellen 5. Bericht eine TCR zwischen 1,0°C und 2,5°C. Ein Mittelwert ist erneut nicht angegeben, würde aber 1,75°C entsprechen.

Auch hier kommen neuere Studien auf deutlich niedrigere Werte. So reichten van der Werf und Dolman im Mai 2014 eine Arbeit im Fachblatt Earth System Dynamics ein, in dem sie eine TCR von 1,3°C darstellen. Nach Abschluss des Begutachtungsverfahren wurde der Wert noch leicht nach oben korrigiert, so dass die finale Version des Artikels aus dem Oktober 2014 letztendlich von einer TCR von 1,6°C ausgeht.”

Da waren Nicholas Lewis und Judith Curry deutlich standfester. In ihrer im September 2014 in Climate Dynamics erschienenen Arbeit berichten sie eine TCR in Höhe von 1,33°C, was am unteren Ende des vom IPCC im AR5 verbreiteten Möglichkeitsspektrums liegt.

Craig Loehle geht mit einer TCR von 1,09°C sogar fast an den untersten Rand der IPCC-Werte. Diese Arbeit erschien wie bereits berichtet im März 2014 im Fachblatt Ecological Modelling.

Ein Forscherteam um Krasting und Kollegen ging im April 2014 in den Geophysical Research Letters sogar von noch niedrigeren TCR-Werten aus, nämlich einem Bereich zwischen 0,76 und 1,04°C.

 

Weitere neuere Erkenntnisse

Neben den harten ECS/TCR-Werten gab es auch noch andere Erkenntnisgewinne. So räumte Kim Cobb im April 2014 im IPCC-nahen Fachblatt Nature Climate Change ein, dass die Klimasensitivität wohl doch insgesamt niedriger ist als gedacht. Man habe die natürliche Klimavariabilität auf der Südhalbkugel wohl unterschätzt.

Im Dezember 2014 berichteten Winton et al. in den Geophysical Research Letters dass man wohl die AMOC-Ozeanzyklik zu wenig auf der Rechnung hatte und die TCR-Abschätzungen deshalb wohl in der Vergangenheit zu hoch ausgefallen sind.

Einen interessanten Einblick in die Denkweise von IPCC-nahen Wissenschaftlern gab es im April 2014 in den Geophysical Research Letters. Dort gestanden Kummer & Dessler ein, dass die historischen Temperaturdaten des 20. Jahrhunderts lediglich eine ECS von 2,3°C rechtfertigen würden, was krass von den 3°C der theoretischen IPCC-Modelle abweicht. Im Paper fangen sie dann an laut zu denken. Wie konnte dies nur passieren, wie kriegen wir diesen unbequemen Umstand möglichst elegant und leise vom Tisch? In ihrer Verzweiflung fangen sie dann an, Gründen für die zu schwache Erwärmung der letzten 150 Jahre zu ersinnen. Dabei greifen sie letztendlich auf den bereits in unserem Buch „Die kalte Sonne“ ausführlich beschriebenen Trick zurück und erhöhen einfach die kühlende Wirkung der Aerosole, der Schwebteilchen in der Atmosphäre. Zur Linderung der Modellierungsschmerzen muss auch das Ozon seinen Beitrag leisten. Nach Anwendung von Trick 17 und Trick 18 ist dann die reale Welt an die wunderbare Computerwelt angepasst und alle können wieder beruhigt ihrem alarmistischen Tagesgeschäft nachgehen. Im Folgenden die Kurzfassung der Arbeit:

Estimates of the Earth’s equilibrium climate sensitivity (ECS) from twentieth century observations predict a lower ECS than estimates from climate models, paleoclimate data, and interannual variability. Here we show that estimates of ECS from the twentieth century observations are sensitive to the assumed efficacy of aerosol and ozone forcing (efficacy for a forcer is the amount of warming per unit global average forcing divided by the warming per unit forcing from CO2). Previous estimates of ECS based on the twentieth century observations have assumed that the efficacy is unity, which in our study yields an ECS of 2.3 K (5%–95% confidence range of 1.6–4.1 K), near the bottom of the Intergovernmental Panel on Climate Change’s likely range of 1.5–4.5 K. Increasing the aerosol and ozone efficacy to 1.33 increases the ECS to 3.0 K (1.9–6.8 K), a value in excellent agreement with other estimates. Forcing efficacy therefore provides a way to bridge the gap between the different estimates of ECS.

Eine mysteriöse Geschichte gab es am 3. Dezember 2014 auf der Webseite von Bild der Wissenschaft zu lesen:

Klima: Schnell aufgeheizt und lange warm
Die Treibhauswirkung von Kohlendioxid ist längst unstrittig: Das Gas hält Wärme in der Atmosphäre fest und trägt damit zum Klimawandel bei. Wie schnell sich aber eine Emission von CO2 tatsächlich am globalen Thermometer bemerkbar macht, das war bisher unklar. Zwei US-Forscher haben diese Unsicherheit nun beseitigt. Ihre Modellsimulationen zeigen, dass das Klimasystem deutlich schneller auf das CO2 reagiert als gedacht: Schon zehn Jahre nach einer CO2-Emission tritt die dadurch verursachte Erwärmung ein – diese Klimawirkung hält dann allerdings über mehr als ein Jahrhundert an. Für die Klimaverhandlungen in Lima sollte das eine Mahnung sein. […] Das Ergebnis: Es dauert im Mittel 10,1 Jahre, bis eine Dosis freigesetzten Kohlendioxids ihre maximale Treibhauswirkung entfaltet. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre steigt dabei schon deutlich schneller an. Aber vor allem die thermische Trägheit der Ozeane bremst die dadurch erzeugte Erwärmung ab, so dass sie sich erst nach rund einem Jahrzehnt bemerkbar macht, wie die Forscher erklären. 

Im Prinzip heißt dies nichts anderes, als dass ECS und TCR viel näher aneinander liegen könnten als gedacht. Nach 10 Jahren wäre die volle Wärmewirkung erreicht, lautet das Ergebnis der Modellierung. In der Realität sieht es leider anders aus: Seit nunmehr 16 Jahren verharrt die globale Temperatur auf einem Plateauwert, und das obwohl der CO2-Gehalt in der gleichen Zeit munter weiter angestiegen ist. Nach deutlich mehr als 10,1 Jahren hat es das CO2 offenbar immer noch nicht geschafft, die ihm zugeschriebene starke Erwärmungswirkung zu entfalten. Ist das CO2 vielleicht doch nicht so klimatreibend wie gedacht? Oder ist die natürliche Variabilität viel stärker als vom IPCC vorgeschlagen? Fakt ist, dass die angeblich so schnell auf das CO2 reagierende Atmosphäre noch immer voll und ganz durch die natürlichen Prozesse dominiert wird. Weshalb diskutiert Bild der Wissenschaft diese Fragen nicht?

Angesichts der mageren Temperatursteigerung im 20. Jahrhundert und der fehlenden Erwärmung der letzten 16 Jahre fragen sich die Wissenschaftler, wann wohl genug Daten vorliegen könnten, so dass man die wahre CO2-Klimasensitivität endlich festnageln und genau eingrenzen könnte. Ein Forscherteam um Nathan Urban hat im April 2014 in den Geophysical Research Letters versucht, einen Entscheidungshorizont abzuschätzen. Vermutlich wird es erst 2030 möglich sein, zu erkennen, ob die ECS eher 1,5°C oder 3,0°C beträgt. Im Falle noch höherer ECS-Wert würde dies sogar noch länger dauern. Allerdings sind höhere ECS-Beträge angesichts der neueren Arbeiten eher unwahrscheinlich. Auszug aus der Kurzfassung:

We find that a climate sensitivity of 1.5°C can be statistically distinguished from 3°C by 2030, 3°C from 4.5°C by 2040, and 4.5°C from 6°C by 2065. Learning rates are slowest in the scenarios of greatest concern (high sensitivities), due to a longer ocean response time, which may have bearing on wait-and-see versus precautionary mitigation policies. 

Wer sich noch tiefer in das Thema einarbeiten möchte, dem sei der Climate Dialogue aus dem Mai 2014 „Climate Sensitivity and Transient Climate Response“ mit James Annan, John Fasullo und Nic Lewis empfohlen. Eine gute Übersicht zum Thema gibt es auch von Chip Knappenberger, die am 19. März 2012 auf WUWT erschien. Und schließlich greifen auch Frank Bosse und Fritz Vahrenholt in ihrer monatlichen Sonnenkolumne immer wieder das Thema der CO2-Klimasensitiität auf (z.B. hier, hier, hier).