Temperaturen 2008

Heute wurden die globalen Temperaturwerte für 2008 bekanntgegeben. Zumindest für das "meteorologische Jahr", das vom 1. Dezember 2007 bis 30. November 2008 läuft, da die Meteorologen das Jahr ungern mitten im Winter  "zerschneiden" sondern lieber zwischen Herbst (Sep-Nov) und Winter (Dez-Feb).

Die Jahrestemperatur 2008 liegt deutlich unter der der Vorjahre, wie die Abbildung am Beispiel der NASA-Daten zeigt. Ein derartiges Auf und Ab gehört zu den normalen, natürlichen Schwankungen von Jahr zu Jahr, wie sie immer auftreten – auch dies zeigt ein Blick auf die Zeitreihe. Hier etwas hinein zu interpretieren, etwa ein Nachlassen der globalen Erwärmung, wäre wissenschaftlich unseriös – auch wenn manche dies zweifellos versuchen werden.

 

Global gemittelte Jahrestemperaturen (Dez-Nov) bis einschließlich 2008 nach den Daten der NASA-GISS (angegeben als Abweichung vom Mittelwert 1951-1980).

Die globale Erwärmung erkennt man nicht an kurzfristigen Schwankungen, sondern am Langzeit-Trend. Eingezeichnet ist in der Grafik die lineare Trendlinie für die vergangenen 25 Jahre, die einen Anstieg von 0.19 +/- 0.05 ºC pro Jahrzehnt zeigt. Nicht überraschend: dieser Trend ist praktisch unverändert von dem, der im IPCC-Bericht auf Basis der Daten bis 2006 angegeben war (0.18 +/- 0.05 ºC pro Jahrzehnt). Die Unsicherheit bei der Bestimmung des Trends (+/- 0.05) kommt gerade von den zufälligen Schwankungen von Jahr zu Jahr, die dem Trend überlagert sind. Je kürzer der betrachtete Zeitraum, desto größer diese Unsicherheit.

Die kühlen Temperaturen 2008 fallen besonders auf, weil die vorangegangenen Jahre meist über der Trendlinie lagen. Andererseits ist der Erwärmungstrend stark genug, dass selbst ein (im Vergleich zu den Vorjahren) ungewöhnlich kaltes Jahr 2008 noch wärmer ist als sämtliche Jahre des 20. Jahrhunderts mit Ausnahme von 1998.

Auch die Temperaturen von 2008 und der vorangegangenen Jahre sind also vollkommen konsistent mit dem, was die Klimaforscher erwarten: nämlich eine fortschreitende globale Erwärmung um etwa 0.2 ºC pro Jahrzehnt, überlagert von kurzfristigen Schwankungen. Gavin Schmidt bringt dazu auf Realclimate noch eine etwas ausführlichere Diskussion und zeigt eine Grafik zum Vergleich der Messdaten mit Klimamodellen. Auch dies illustriert nochmals, dass die Temperaturen sich im erwarteten Rahmen bewegen. Leider bieten also auch die neuesten Messdaten keinen Grund zur Entwarnung oder zum Nachlassen in den Klimaschutzbemühungen, die in Posen in den beiden letzten Wochen nur ein kleines Schrittchen vorangekommen sind.

Stefan Rahmstorf

Stefan Rahmstorf ist Klimatologe und Abteilungsleiter am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung und Professor für Physik der Ozeane an der Universität Potsdam. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf Klimaänderungen in der Erdgeschichte und der Rolle der Ozeane im Klimageschehen.

45 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Grafik

    Na, die ist aber schön dramatisch gepresst worden, diese Grafik.
    Ging es nicht noch etwas enger ?
    Das glaubt doch eh kein Mensch mehr, diese Bemühungen tendieren ja schon fast gen Hilflosigketit.
    Mehr hoch als breit für einen Zeitraum „>“ 100 Jahre……

    [Antwort: Jetzt wollte ich Ihnen eine Freude machen und die aktuelle Abkühlung deutlich sichtbar zeigen…. 😉 Stefan Rahmstorf]

  2. Realklima und Theorie

    Wetter und Klima haben viele Ansatzpunkte. Dabei kann der eine oder andere Faktor den einen oder anderen Faktor zeitweise überlagern. Um also zu schlüssigen Aussagen zu kommen ist die Theorie gefragt – und hier hapert es auf beiden Seiten: diejenigen, die den Treibhauseffekt bejahen sagen etwa pauschal: „Ihr müßt unseren Rechenmodellen glauben“ und die Klimaskeptiker: „Was interessieren irgendwelche nicht nachvollziehbaren Rechenmodelle, die Tatsachen sprechen eine andere Sprache“. Dabei sind Tatsachen so und so zu interpretieren, je nach dem wie man was heranzieht. „Nichts ist praktischer als eine gute Theorie“ www2.tu-berlin.de/foreign-relations/archiv/tui50_51/mueller.pdf
    oder Einstein: „Eine gute Theorie zeichne sich dadurch aus, daß sie hinsichtlich der physikalischen Beweisführung mit einer geringen Zahl von Postulaten auskomme.“ http://www.katharinen.ingolstadt.de/…instein.htm

    Und solange immer mit der Absorption die „Beweisführung“ geschieht, kann diese Theorie nicht überzeugend sein, denn in der Troposphäre ist der Temperaturgradient nicht durch die Strahlungsbilanz gegeben, sondern durch gasdynamische Prozesse – und die Emission aus den Treibhausgasen ist größer als die Absorption. Der Treibhauseffekt ist nur verständlich mit den Änderungen am oberen Rand der Troposphäre, der Tropopause.

    Und da wird das sogar als „Überraschende Einsichten zum Klimawechsel“ bezeichnet: http://www.heise.de/tp/r4/artikel/15/15297/1.html

    Also da besteht erheblicher Bedarf an seriöser Erklärung des Treibhauseffekts. Dann wird auch Klimaskeptikern der Boden entzogen und vielleicht kommen dann auch bei anderen zusätzliche Einsichten.

    Das Zweiflußmodell ist ja schön, aber die Verbindung zur Erklärung der Tropopause fehlt, wie groß ist die Abweichung zwischen realen Besetzungszahlen und LTE usw. Es fehlt also viel. Einiges kann man ganz schwer und selten in der Fachliteratur finden – aber sonst…

    MfG
    Jochen Ebel

  3. Es wird wärmer, obwohl es kälter wird?

    Sehr geehrter Herr Rahmstorf,

    die erste Frage, die mir beim Lesen Ihres Textes kam war, warum Sie wohl einen Zeitraum von 25 Jahren gewählt haben. „Klimaüblich“ wären doch eher 30 Jahre.

    [Antwort: Um mit dem IPCC-Bericht zu vergleichen, der den Trend für die letzten 25 Jahre angibt, und nicht 30. Den Trend über 30 Jahre habe ich übrigens im letzten Artikel („Steinkohle…“) bereits angegeben. Stefan Rahmstorf]

    Ein Blick auf die Daten gab mir dann die Antwort. Nur dieser Zeitraum liegt der Erwärmungstrend bei 0,19 °C und ermöglichte Ihnen zu schreiben:
    „eine fortschreitende globale Erwärmung um etwa 0.2 ºC pro Jahrzehnt, überlagert von kurzfristigen Schwankungen“

    Hätten Sie den sonst übliche Zeitraum von 30 jahren gewählt wären Sie nur auf 0,16 °C pro Jahrzehnt gekommen. Und dieser Wert wäre wohl nicht mehr „vollkommen konsistent mit dem, was die Klimaforscher erwarten“, sondern etwa 20% darunter.

    [Antwort: Auch über 30 Jahre (oder noch länger) gibt es keine systematische Diskrepanz zwischen den Modellrechnungen und den Messdaten. Die Modelle zeigen auch den flacheren Trend in den 1970er Jahren. Siehe Abb. SPM-4 des IPCC-Berichts, wo Modelle und Daten für das 20. Jh. verglichen werden. Stefan Rahmstorf]

    Diese Zahlenspielerei ändert aber immer noch nichts daran, dass sich die Temperaturen seit 10 Jahren weigern einen Trend nach oben zu zeigen und sich momentan eher nach unten bewegen.

    [Antwort: Tatsächlich beträgt der 10-Jahrestrend (1999-2008) in den gezeigten Daten +0.19 +/- 0.2 Grad pro Jahrzehnt, also zufällig zeigen die letzten 10 Jahre genau denselben Erwärmungstrend wie die letzten 25 Jahre. Stefan Rahmstorf]

    Daher meine Frage: Wie lange muss eine Stagnation oder Abkühlung in Ihren Augen dauern, bis man nicht mehr von einer Erwärmung sprechen kann? 20 Jahre? 30? 100?

    [Antwort: Das ist leicht zu berechnen, hängt aber davon ab, wie stark der Abkühlungstrend ist. Beispiel: für einen Trend über 15 Jahre ist die Unsicherheit +/- 0.11 Grad/Jahrzehnt. Es müssten also die Temperaturen über eine 15-Jahresperiode einen Abwärtstrend um mindestens -0.11 Grad/Jahrzehnt zeigen, damit man statistisch davon sprechen kann, dass der Trend tatsächlich negativ ist.

    Relevanter ist vielleicht die Frage: wie lange müssen die Temperaturen stagnieren, damit die Nullhypothese eines Erwärmungstrends um 0.2 Grad/Jahrzehnt widerlegt ist? Da die Unsicherheit bei einem 10-Jahrestrend gerade +/- 0.2 Grad ist, würden 10 Jahre stagnierende Temperaturen darauf hinweisen, dass der Erwärmungstrend sehr wahrscheinlich kleiner als 0.2 Grad/Jahrzehnt ist. (Aber Vorsicht: bei der Statistik dürfen Sie kein „cherry-picking“ betreiben und sagen: ich nehme jetzt lieber den 11-Jahrestrend, weil 1998 so ein schön warmes Anfangsjahr ist – dann gilt die obige Wahrscheinlichkeitsrechnung natürlich nicht, weil Sie ein gezielte Vorauswahl getroffen hätten.) Stefan Rahmstorf]

    Beste Grüße,

    Rainer

  4. Danke!!!

    Als Sie im Steinkohlethread meine Frage zu Herr Pielke so freundlich beantworteten, fiel mir, ehrlich gesagt, ein tonnenschwerer Stein vom Herzen. Auch ihr jetziger Beitrag ist so offen und fair, dass es mir regelrecht gut tut.

    Vielen Dank dafür. Und auch vielen Dank an Herr NEU, der sich, wie auch Sie, so viel Zeit für uns genommen hat!!!!

    Beste Grüsse aus Luxemburg

    Eddy

  5. Temperaturen 2008

    Lässt sich der Trend im Jahr 2008 mit dem La Nina-Effekt erklären?
    Gibt es Angaben darüber, wann dieser Effekt endet und ein neuer El Nino ansteht, der dann zu höheren Temperaturen weltweit führen wird?

  6. Artikel CNN über Eisschmelze

    Link:

    Dieser Artikel ist heute online erschienen bei http://www.cnn.com und berichtet über neue Messergebnisse der NASA:

    http://edition.cnn.com/…6/melting.ice/index.html

    „# Story Highlights:

    # About 2 trillion tons of ice has melted in Greenland, Antarctica, Alaska since 2003
    # Lost amount of water could fill up Chesapeake Bay 21 times, NASA scientist says
    # Most came from Greenland, where losses raised global sea levels .5 mm annually
    # Scientist says sea levels rising 50 percent faster than 15 years ago“

    Viele Grüsse,

    Robert

  7. Quo vadis Temperatur?

    Sehr geehrter Herr Prof. Dr. Rahmstorf,

    nach den vielen kontroversen Diskussionen mit Ihnen zu Ihren bisherigen Beiträgen auf KlimaLounge, stelle ich diesmal Konsens fest. Sie haben vollkommen Recht, dass sich das Klima, oder gar ein Klimatrend nicht aus einem Jahr ableiten lässt, getreu dem deutschen Sprichwort“ Eine Schwalbe macht noch keinen Sommer“. Da das Klima selbst keine physikalische Größe, sondern eine von uns Menschen gemachte Definitionsgröße darstellt, liegt die Mindestgröße im Betrachtungszeitraum von 30 Jahren. Gemäß dieser Mindestgröße zeigt der Temperaturtrend von 1978 – 2008 deutlich nach oben, zumindest, wenn die Ordinate so, wie in Ihrem Schaubild gewählt wird. Auf jeden Fall ist die Steigung positiv.

    Ihnen als Paläoklimatologe ist bekannt, dass bei längeren Betrachtungszeiträumen (z.B. 100 Jahre oder 1000 Jahre), dass Ganze wesentlich undramatischer aussieht und „wir“ in diesen Zeiträumen höhere Temperaturen gesehen haben (http://www.uigi.com/…rature_swings_11000_yrs.jpg) oder folgende Arbeit des AWI (http://www.biokurs.de/…CO2-Dateien/1000ynzzk.gif).

    Über die Frage, ob seit 2003 (nach GISS ab 2005)eine Trendumkehr in der Klimakurve (Temperatur) vorliegt und es in den nächsten Dekaden wärmer oder kälter wird, gehen die Meinungen in der Wissenschaft auseinander, z.B. die Expertise des Space and Science Research Center: (http://www.nowpublic.com/…ng-next-climate-change), insofern ist es nachvollziehbar, dass die Politik diesem Rechnung tragen muss – die Zunft der Klimawissenschaftler hat sich schon einmal grandios geirrt: (http://scottthong.files.wordpress.com/…oling.JPG). Auch zeichnen die Aufnahmen von SCIAMACHY (dem europäischen Forschungssatelliten Envisat) ein ganz anderes Bild über die CO2-Emissionsquellen (http://www.iup.uni-bremen.de/…HY/co2_images.html).

    Zur Übersicht der Temperaturreihen (nicht nur die Temperaturkurve von der GISS), habe ich folgenden Link beigefügt (http://www.climate4you.com/GlobalTemperatures.htm). Viele Grüße RL.

  8. Leonhard Haaf Temperaturen 2008

    La Nina/ El Nino

    Hier der Index.

    Messungen und Prognosen.

    http://www.cpc.ncep.noaa.gov/…s/nino34SSTMon.gif

    Wenn die Prognosen stimmen, dann erwatet uns im Frühjahr 2009 wieder ein La Nina. Sollte dann die Globaltemperatur wieder sinken, dann werden die Experten das wieder darauf schieben. Ich werde dann daran erinnern.

  9. Cherry picking…

    Sehr geehrter Professor Rahmstorf,

    vielen Dank für Ihre prompte Antwort auf meinen Beitrag.

    Sie schreiben:
    Aber Vorsicht: bei der Statistik dürfen Sie kein cherry-picking“ betreiben“

    Da stimme ich ihnen vollkommen zu. Sich den jeweils zu seiner These „passenden“ Datensatz zu nehmen ist leider eine viel zu häufig vorkommende Unsitte.

    Und trotzdem kann ich mich des Eindruckes nicht erwehren, dass Sie mit Ihrer Aussage:

    Tatsächlich beträgt der 10-Jahrestrend (1999-2008) in den gezeigten Daten +0.19 +/- 0.2 Grad pro Jahrzehnt, also zufällig zeigen die letzten 10 Jahre genau denselben Erwärmungstrend wie die letzten 25 Jahre.

    eben dieses „cherry-picking“ selbst betreiben. Tatsächlich trift ihre Aussage nur genau für diesen Datensatz und diesen Zeitraum zu. Hier einmal zum Vergleich die anderen Daten für die Tendenz seit 1999:

    Temperaturtrends in °C pro 10 Jahre
    Giss 0,189
    HadCrut 0,071
    UAH 0,125
    RSS 0,111

    Als Vergleich die Werte für 1998 als Bezugsjahr:
    Giss +0,104
    HadCrut -0,006
    UAH -0,053
    RSS -0,061

    und für 2000 als Bezugsjahr:
    Giss 0,124
    HadCrut 0,02
    UAH 0,042
    RSS 0,024

    Vielleicht wollten Sie ja gerade diese Unterschiede auch zum Ausdruck bringen, indem Sie das Wort „zufällig“ benutzten.

    Wenn wir die gleiche Diskussion wie jetzt also in einem Jahr führen, dann werden die 10-Jahres-Daten wohl „zufällig“ keine Bestätigung für den vom IPCC angegebenen Trend von 0,2 °C pro Dekade abgeben können.

    MfG

    [Antwort: Genau. Ich hatte den Trend für 10 Jahre nur genannt, weil Sie von 10 Jahren gesprochen hatten. Und zufällig ist die Übereinstimmung deshalb, weil die Unsicherheit bei einem 10-Jahrestrend eben +/- 0.2 Grad pro Jahrzehnt ist, d.h. 10 Jahre sind einfach zu kurz, um einen aussagekräftigen Trend zu erhalten. In der Tat bekommen Sie so eben je nachdem, ob Sie ein Jahr früher oder später schauen, ganz andere Werte. Deshalb habe ich in meinem Artikel oben – ebenso wie IPCC – den Trend für 25 Jahre angegeben, für diesen Zeitraum erhält man einen robusten Trend mit einer vernünftigen Unsicherheitsmarge. Stefan Rahmstorf]

  10. Nun ja, der Temperaturverlauf ist so wie er ist. Nur was kann das beweisen? Das Ausmaß, in dem das CO2 zu diesem Temperaturverlauf beiträgt kann dadurch nicht belegt werden. Solange der empirische Beweis des Anteils des CO2 am Temperaturverlauf nicht vorliegt, bleibt das Ganze eine plausible Hypothese und nicht mehr.

  11. Vorübergehende Abkühlung

    Könnte die Abkühlung nicht vielleicht doch auch mit einer Abschwächung des Golfstromes (infolge der forcierten Eisschmelze in der Arktis?)zusammenhängen? Ein Indiz dafür sind meines Erachtens die vermehrten Kaltluftausbrüche („Supertröge“, Kaltlufttropfen)im Winter 2007/2008 und auch schon wieder Ende diesen Jahres. Warum? Ein schwächerer Golfstrom müsste den Temperaturgradienten an der Polarfront verringern und damit auch die Stärke des Jetstreams. Dieser würde dann im Durchschnitt mehr mäandern und dann die polare Kaltluft nicht mehr so gut einschliessen.

    Das die spektakulären Wintereinbrüche z.T. fernab des Golfstromes, z.B. in China stattfanden muss nicht unbedingt gegen eine Golfstromabschwächung sprechen, wenn man annimmt, daß sich das veränderte Schwingungsmuster des Jetstreams um die gesamte Nordhalbkugel herum fortpflanzt. Was meinen Sie?

    Vor einigen Tagen las ich in Zusammenhang mit der jüngsten Forschungsreise der Maria S. Merian (Monika Rhein, Bremen)von einem 70%igen Rückgang der Tiefenwasserbildung im Nordatlantik seit 1997!Link: http://www.merian.de/Lounge/magazin/unsereerde.php Wissen Sie mehr darüber?

    Viele Grüße
    Jens Christian Heuer
    http://wetterwechsel.wordpress.com

    P.S. Ihnen und Ihrer Familie ein schönes Weihnachtsfest, ein paar erholsame Tage und einen guten Start ins neue Jahr!

    [Antwort: Ohne detaillierte Analysen kann ich das nicht beantworten – wäre eine Forschungsarbeit. Die erste Vermutung wäre aber sicherlich, dass dies etwas mit der Nordatlantischen Oszillation (NAO) zu tun haben könnte, die stark beeinflusst, wo jeweils in bestimmten Jahren Konvektion und Tiefenwasserbildung im Nordatlantik stattfindet. Hier erwartet man eine große natürliche Variabilität zwischen einzelnen Jahren und auch Jahrzehnten. Außerdem würde ich vermuten, dass der Effekt auf die globale Temperatur wohl eher gering sein dürfte. Aber, wie gesagt, das wäre sicher eine eingehendere Analyse wert. Stefan Rahmstorf]

  12. @ Michael Adeno

    „Nun ja, der Temperaturverlauf ist so wie er ist. Nur was kann das beweisen? Das Ausmaß, in dem das CO2 zu diesem Temperaturverlauf beiträgt kann dadurch nicht belegt werden.“

    Hier ging es erst mal nur darum zu zeigen, dass tatsächlich eine Erwärmung stattfindet, was ja von einigen noch bezweifelt wird.

    Dass hauptsächlich CO2 für diesen Trend verantwortlich ist, folgt aus seiner hohen Klimasensitivität von ca. 3K bei der Verdoppelung der Konzentration. Da sich die Konzentration seit 1900 von 280ppm auf 380ppm erhöht hat, ergibt sich damit eine erwartete Temperaturerhöhung von

    delta T = 3K*(380/280-1) =~ 1K

    Wie man an obiger Grafik erkennt, stimmt dies mit dem tatsächlich gemessenem Wert von etwa 0,9K sehr gut überein.

    Das zusammen mit der Tatsache, dass es einfach keine andere Mechanismen gibt, die einen so schnellen Anstieg der Temperaturen erklären könnten, beweist schließlich dass CO2 die Ursache des Klimawandels ist.

    Gruß
    Oliver

  13. Realklima und Theorie

    Die Nichtkommentierung meiner Ausführungen durch Prof. Rahmstorf vom 17.12.2008|08:10 bestätigt den Kern meiner Ausführungen. Und dann wundern sich die Experten, warum die Klimaskeptiker nicht verstummen.

    MfG
    Jochen EBel

    [Antwort: Sorry, aber ich kann aus Zeitgründen nur wenige Beiträge kommentieren und lese auch nicht immer alle, vor allem, wenn sie länger sind. Sie können aus „Nichtkommentierung“ alles mögliche folgern, aber bitte sehen Sie darin keine inhaltliche Bestätigung.

    Sie haben aber auf jeden Fall Recht, dass es (wie seit den 1940er Jahren bekannt) vor allem auf den Strahlungsantrieb an der Oberkannte der Troposphäre ankommt – so wird ja auch das radiative forcing vom IPCC definiert. Wenn ich dazu komme, mache ich im neuen Jahr mal einen Beitrag dazu. Stefan Rahmstorf]

  14. @Ebel Emission

    Hallo Herr Ebel,
    sehr interessant. Danke, dass sie das immer wieder so hartnäckig aufbringen. Das regt zum Nachdenken an. Endlich mal jemand, der über den Mechanismus nachdenkt.
    Sie schreiben:
    „Und solange immer mit der Absorption die „Beweisführung“ geschieht, kann diese Theorie nicht überzeugend sein, denn in der Troposphäre ist der Temperaturgradient nicht durch die Strahlungsbilanz gegeben, sondern durch gasdynamische Prozesse – und die Emission aus den Treibhausgasen ist größer als die Absorption. Der Treibhauseffekt ist nur verständlich mit den Änderungen am oberen Rand der Troposphäre, der Tropopause.“

    Können sie das etwas genauer erläutern?
    Was meinen sie denn mit Absorption/Emission?
    Den makroskopischen Absorptionsgrad/Emissionsgrad eines ausgedehnten Körpers oder einer Fläche? Oder meinen sie die Absorption/Emission eines Photons durch ein Gasmolekül?
    Mit freundlichen Grüßen
    Günter Heß

  15. 2500 Euro sind nah

    Hallo Stefan
    es sieht auch mit 2008 und entgegen einem FAZ Artikel so aus, als ob du die 2500 Euro gewinnen wirst. ( wenn die Wette nur angenommen worden waere. Schade.)
    Gruesze

    http://www.scienceblogs.de/…fs-falsche-pferd.php

    [Antwort: Danke. Diese Analyse hatten wir natürlich vorher gemacht, bevor wir die Wette angeboten haben. Allerdings mit den Hadley-Daten, nicht GISS, weil Keenlyside et al ihre Prognose auf die Hadley-Daten basieren. Kommt aber natürlich fast das gleiche heraus. Stefan]

  16. Beweis ?

    @Oliver Parter

    #Das zusammen mit der Tatsache, dass es einfach keine andere Mechanismen gibt, die einen so schnellen Anstieg der Temperaturen erklären könnten, beweist schließlich dass CO2 die Ursache des Klimawandels ist.#
    Na, dann machen wir das PIK zu, IPCC brauchen wir dann auch nicht mehr, da wäre ich prinzipiell dafür, aber aus anderen Gründen.
    Aber im Ernst – es gibt diverse andere Gründe, die für Temperaturänderungen sorgen können, auch ohne CO2.
    Siehe hier, die Globalstrahlung:
    http://saekular.pik-potsdam.de/…/strahl_year.gif
    die gesteuert ist von der Bedeckung:
    http://saekular.pik-potsdam.de/…d/cloud_year.gif
    damit einhergehend die Sonnenscheindauer:
    http://saekular.pik-potsdam.de/…son/son_year.gif
    um am Anfang nur mal drei zu nennen.
    Wäre ja zu schön wenn es so einfach wäre. Es besteht mehr als Forschungsbedarf, es besteht neutrale Forschungsverpflichtung, ohne Zielvorgaben.

  17. @Oliver Parter Beweis

    Hallo Herr Parter,
    Aus dem historischen Temperaturverlauf wird mit Hilfe von Modellen oder durch Regressionsanalyse die „Equilibrium Climate Sensitivity“ bei Verdoppelung von CO2 bestimmt. Das Ergebnis ist 1.5 K – 4.5 K, wenn mich nicht alles täuscht. Aus ihrer Rechnung ergäbe sich dann ein Bereich für delta T von 0.5K bis 1.6K. Da haben sie recht das passt. Bei einer Regressionsanalyse zum Beispiel, sollte das auch der Fall sein.
    Aber wird ihre Schlussfolgerung wirklich so als Beweis herangezogen? Ist das dann nicht eher ein Zirkelschluss? Gibt es keine anderen Mechanismen, die den schnellen Anstieg erklären, oder kennen wir einfach keine Anderen?
    Meines Erachtens wäre es besser von starker Vermutung zu sprechen, die den gemessenen Temperaturanstieg erklärt. Man kann heuristisch so argumentieren.
    Aber daraus einen Beweis für die Ursache abzuleiten ist methodisch falsch. Herr Adeno z.B. weis auch ganz genau, dass ein strenger Beweis in einem vernetzten nichtlinearen System sehr schwer oder gar nicht zu führen ist.
    Mit freundlichen Grüßen
    Günter Heß

  18. Absorption/Emission

    Durch die Wärmebewegung aller Gasteilchen werden einige von Ihnen in den angeregten Zustand versetzt, d.h. sie haben höherer Energie. Diese Energie verlieren diese Gasteilchen durch Emission als Photon oder bei Zusammenstößen mit anderen Gasteilchen. Damit ist die emittierte Energie aus einem Gasvolumen nur von dessen Temperatur abhängig (und natürlich von der Teilchendichte) und unabhängig von der Absorption.

    Ein Gasteilchen, daß sich in einem Strahlungsfeld befindet, absorbiert aus dem Strahlungsfeld entsprechend seinem Wirkungsquerschnitt Photonen und dieser Wirkungsquerschnitt ist temperaturunabhängig und damit ist die Absorption in einem Volumen temperaturunabhängig, aber natürlich von der Teilchenkonzentration abhängig.

    Für einem isothermen Hohlraum hatte Einstein 1916 diese (damals noch) Hypothese formuliert (http://www.ing-buero-ebel.de/…ginal/Einstein.pdf ) und dafür Impulsbetrachtungen und die Boltzmannsche Wahrscheinlichkeitsverteilung verwendet. Diese Theorie hat sich später u.a. bei Gaslasern eindrucksvoll bestätigt. Zu der isothermen Verteilung der angeregten Zustände (nach Boltzmann) tragen vor allen Dingen die Zusammenstöße der Teilchen untereinander als auch Absorption und Emission bei.

    Nun ist diese Theorie bei den nicht isothermen Verhältnissen der Atmosphäre anzuwenden. Da jetzt die Photonendichte nicht automatisch der isothermen Photonendichte entspricht, wird in der Regel die Dichte der angeregten Zustände nicht der Boltzmannverteilung entsprechen – aber solange die Zusammenstöße der Teilchen die Hauptursache der Verteilung sind, ist die Abweichung zwischen einer isothermen Verteilung und der realen Verteilung gering. Weil dieser Unterschied zwischen realer Verteilung und isothermer Verteilung so gering ist, kann er vernachlässigt werden und man spricht deshalb vom lokalen thermischen Gleichgewicht (LTE), wo die Verteilung der angeregten Zustände für die Emission allein aus der Boltzmann-Statistik bestimmt ist.

    Ein Strahl der durch ein solches Volumen geht, wird durch Absorption Photonen verlieren, gleichzeitig werden durch Emission neue Photonen hinzugefügt. Dieser Vorgang wird durch die Strahlungstransportgleichung beschrieben.

    Durch die Emission von Photonen verliert das Gas Energie und wird kühler. Durch die Absorption von Photonen gewinnt das Gas Energie und wird wärmer.

    In der Atmosphäre herrschen (im Mittelwert) weitgehend stationäre Zustände. Nimmt man an, daß der stationäre Zustand allein daraus folgt, daß sich energiemäßig Emission und Absorption die Waage halten, kommt man wegen der Temperaturabhängigkeit der Emission zu einem bestimmten (theoretischem) Temperaturverlauf in der Atmosphäre. Dabei steigt der Temperaturgradient in der unteren Atmosphäre auf 16K/km und mehr an. Bei diesem hohen Gradienten wird eine Gasschichtung instabil, d.h. geringste Abweichungen vom Mittelwert lassen ein Gaspaket aufsteigen oder Absinken, wobei sich die Abweichung vom Mittelwert vergrößert. Durch diese Gastransportprozesse wird der hohe (theoretische) Temperaturgradient abgebaut auf den Grenzwert des stabilen Wertes. Wegen der Feuchteprozesse liegt dieser Grenzwert bei 6,5K/km. (http://www.dmg-ev.de/…pdf_gross/promet_28_34.pdf Abb. 2-5, S. 91)

    Damit zerfällt die Atmosphäre in zwei Teile: unten wo gasdynamische Prozesse den Temperaturgradienten bestimmen (Troposphäre) und oben wo die Strahlungsbilanz den Temperaturverlauf bestimmt (Stratosphäre). Wenn also die relative Dichte von strahlungsaktiven Teilchen an der Gesamtdichte größer ist, wird der kritische Temperaturkoeffizient eher erreicht, wie man sehr schön am Vergleich Venus/Erde sehen kann. (http://www.nature.com/…617a_F2.html#figure-title ), wo auf der Venus die Stratosphäre schon bei geringeren Drücken endet und der Temperaturgradient in der Troposphäre auf Erde und Venus ähnlich ist. Da die Venusatmosphäre mehr Masse enthält, ist die Troposphäre dicker – und deswegen die Temperatur höher. Aber schon in Höhe des Erddrucks ist die Temperatur höher wegen der weiter hinaufreichenden Troposphäre. Mit mehr CO2 bewegen wir die Grenze zwischen Tropo- und Stratosphäre in Richtung Venus.

    Mit freundlichen Grüßen
    Ebel

  19. @Goerg @Herr Rahmstorf

    Hallöle,

    Wenn man die Kurve so schön vor Augen hat und mittlerweile von Trends von 30 und mehr Jahren gesprochen wird, frage ich Sie beide noch einmal meine lange (wirklich) unbeantwortete Frage :

    Warum nimmt man dann nicht den Trend (bei GISS z.B.) von 1940 bis 2008, oder zumindest von 1920 bis 2008. Das sind echte Langzeitrends und, angesichts der Trägheit des Klimasystems, vielleicht die echten Trends der letzten Jahrzehnte (Maskierung durch Aerosole oder z.B träge Reaktion auf die hohe Sonnenaktivität ab 1940).

    Wenn Sie mir jetzt noch diese Frage offen und ehrlich und ohne Vorbehalte beantworten, haben sie beide einen echten Fan!

    Liebe Grüsse
    Eddy

    [Antwort: Man muss ja nicht einen bestimmten Trend nehmen, sondern kann sich verschiedene Zeiträume ansehen, je nachdem, was einen interessiert. IPCC gibt z.B. die Trends für die letzten 25, 50, 100 und 150 Jahre in Abb. TS6. Stefan Rahmstorf]

  20. Ferien

    Da ich ab morgen früh, Samstag, mit meiner Familie in den Weihnachtsferien bin, wünsche ich schon mal allen Diskutanten und Mit“streitern“ ein frohes Weihnachstfest und einen guten, nicht allzu wörtlich zu nehmenden Rutsch ( wg. Kälte und Glatteis) ins neue Jahr.

  21. Graphik

    @Herr Rahmsorf
    Das muß ich „schnell“ noch loswerden:
    http://hadobs.metoffice.com/…l/nh+sh/monthly.png
    Sie müssen doch zugeben, daß diese Kurven weitaus „seriöser“ aussehenm, wie auch die Quelle seriös ist.

    #Jetzt wollte ich Ihnen eine Freude machen und die aktuelle Abkühlung deutlich sichtbar zeigen…. 😉 Stefan Rahmstorf#
    Das mit der Freude ist Ihnen ja auch fast gelungen, wenn diese Graphik eben nicht wäre…..
    Nun, daß habe ich ja jetzt gewissermaßen behoben.
    Nochmals alles Gute für die kommenden Feiertage….

  22. @ Günter Heß

    „Aber wird ihre Schlussfolgerung wirklich so als Beweis herangezogen?“

    Die Überschlagsrechnung war natürlich von mir nur sehr knapp dargestellt, aber ja, im Prinzip ist es tatsächlich so einfach!

    „Gibt es keine anderen Mechanismen, die den schnellen Anstieg erklären, oder kennen wir einfach keine Anderen?“

    Der einzig andere Mechanismus, der in Frage käme, wäre natürlich eine erhöhte Sonneneinstrahlung. Aber wie es der Zufall will, nimmt die Sonnenaktivität seit Anfang der 80er Jahre kontinuierlich ab. Die beobachtete Temperaturerhöhung kann also damit nicht erklärt werden.

    „Meines Erachtens wäre es besser von starker Vermutung zu sprechen, die den gemessenen Temperaturanstieg erklärt.“

    Meinetwegen nennen wir es so. So gesehen ist die Gravitationstheorie dann aber auch nur eine sehr starke Vermutung. Trotzdem würde ich eher nicht vom Dach springen…

    Viele Grüße
    Oliver

  23. Höhe Tropopause, 1940er Jahre

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf könnten Sie bitte eine Quelle der 1940er Jahre nennen, wo das steht?

    [Antwort: Die Originalliteratur kann ich Ihnen nicht nennen, aber das Buch des Wissenschaftshistorikers Spencer Wearth „The discovery of global warming“ behandelt die Historie. Stefan Rahmstorf]

    Wo steht im umfangreichen IPCC-Bericht die Angabe als Oberkante der Troposphäre?

    [Antwort: Z.B. im Glossar bei der Erläuterung des Begriffs „radiative forcing“. Stefan Rahmstorf]

    Etwas überrascht bin ich schon, das etwas, das altbekannt sei, als überraschend präsentiert wird (http://www.heise.de/tp/r4/artikel/15/15297/1.html ) in science (http://www.sciencemag.org/…mp;resourcetype=HWCIT ) mit „Contributions of Anthropogenic and Natural Forcing to Recent Tropopause Height Changes“.

    [Antwort: Neu an diesen Artikeln ist doch, dass der Nachweis einer Veränderung der Troposphärenhöhe gelungen ist. Altbekannt ist dagegen, dass der Strahlungsantrieb an der Oberkannte der Troposphäre (3,7 W/m2 bei CO2-Verdoppelung) die relevante Größe ist, die die Erwärmung an der Oberfläche bestimmt. Stefan Rahmstorf]

    Und auch die Schreiber hier im Blog, die sich ja mit dem Treibhauseffekt beschäftigt haben, scheinen „diese“ Grundlage des Treibhauseffekts nicht zu kennen, also liegt zumindest ein Mangel an Aufklärung vor, den ich ja bemängelt habe.

    Außerdem gehören zu der Angabe für die Veränderung der Oberkante der Troposphäre zwei Angaben: die Höhenänderung als Folge der Konzentrationsänderung dh/dc und die Temperaturänderung als Folge der Konzentrationsänderung dTp/dc. Die Temperaturänderung dTo/dc an der Oberfläche der Erde wäre dann:
    dTo/dc = dh/dc * 6,6K/km + dTp/dc, wobei wegen der Überlappung der Wellenlängenbereiche sich die Wirkungen die einzelnen Treibhaus gegenseitig beeinflussen.

    Möglicherweise bleibt sogar die Menge des CO2 in der Stratosphäre konstant (weil die Menge aller Gase in der Stratosphäre abnimmt, kann trotz relativer Zunahme der Konzentration die Gesamtmenge konstant bleiben oder sogar abnehmen). Wegen der anderen Treibhausgase ist das nicht ganz so klar: wegen Abnahme der Tropopausentemperatur nimmt die Menge des Treibhausgases Wasserdampf ab, wegen Zunahme anderer Treibhausgase könnte die Menge (nicht der relative Anteil) des CO2 in der Stratosphäre sogar abnehmen.

    Beim Ozon gibt man ja auch die Menge des Gesamtozons als Höhe unter Normalbedingungen an, man könnte also auch die Gesamtmenge des CO2 in der Stratosphäre unter Normalbedingungen angeben.

    Allerdings ist dafür die Tropopause eindeutig zu definieren – z.B. als Schnittpunkt der 6,5K/km-Gerade mit der senkrechten Tangente.

    MfG
    Ebel

  24. Fragen an Prof. Rahmstorf

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf,

    zu Ihrem Artikel habe ich als Nicht-Naturwissenschaftler die folgenden drei Fragen:

    1. Was unterscheidet rein statistisch einen Trend vom natürlichen Rauschen?

    Jeder Anlageberater eines Investmentfonds wird ihnen einen Zeitraum nennen können, in dem sein Fonds besser abgeschnitten hat als die Konkurrenz. Es kommt einfach auf das Basisjahr und die Länge des Zeitraums an, in Bezug auf die er die Performance seines Fonds demonstriert. Ähnlich scheint es in meinen Augen beim Vergleich der Erdabkühlung in den letzten 10 Jahren (0,2 Grad) und der (laut IPCC) Erwärmung in den letzten 100 Jahren (0,6 Grad) sein. Inwiefern sind 0,2 Grad in 10 Jahren lediglich ein Rauschen und 0,6 Grad in einem zehnmal größeren Zeitraum ein klarer Trend? Inwiefern ist die Wahl eines Zeitraums von 100 Jahren angemessen und nicht willkürlich (wie beim Anlagebrater eines Investmentsfonds) angesichts der Tatsache, dass die Erde ein paar Milliarden Jahre alt ist? Werden nicht, wenn man den Beobachtungszeitraum nur groß genug wählt, auch die 0,6 Grad lediglich als Rauschen erscheinen?

    [Antwort: Rein statistisch können Sie über jeden beliebigen Zeitraum einer Zeitreihe einen linearen Trend ausrechnen – und die zugehörige Unsicherheitsmarge bei der Bestimmung des Trends, wie oben diskutiert. Jedes Statistikprogramm macht Ihnen das, ich habe matlab benutzt. Stefan Rahmstorf]

    2. Welche Beweiskraft hat eine statistische Korrelation bzw. eine Antikorrelation?

    Jeder weiß, dass eine bloße statistische Korrelation zweier Größen noch keinen Kausalzusammenhang beweist. Dazu sei auf die berühmte Storchenkorrelation verwiesen. Was die Erderwärmung betrifft, so hat darüber hinaus die These, dass, da andere Einflussgrößen nicht bekannt seien, die einzige greifbare Korrelation, nämlich die CO2-Korrelation, dann doch als kausal genommen werden müsste, keinerlei Beweiskraft. Es ist ein Argument nach dem Motto: „Verhaften Sie die üblichen Verdächtigen!“

    [Antwort: Ein häufiges Misverständnis: Sie glauben offenbar, man habe erst eine Erwärmung des Klimas beobachtet und dann nach „Verdächtigen“, also einer Ursache dafür gesucht. Tatsächlich ist es umgekehrt: man hat zuerst den CO2-Anstieg nachgewiesen (in den 1950ern) und daraus gefolgert und vorhergesagt, dass das Klima sich erwärmen wird, weil man die Physik dahinter versteht – es folgt zwingend aus der einfachen Energiebilanz unseres Planeten, dass es wärmer werden muss, wenn ich durch zusätzliches CO2 die Strahlungsbilanz verändere. Erst später, in den 1980ern, gab es hinreichend zuverlässige globale Datenreihen, die dann zeigten, dass die vorhergesagte globale Erwärmung tatsächlich stattfindet. Stefan Rahmstorf]

    Auf der anderen Seite dürfte eine Antikorrelation, also Erdabkühlung im Verlauf von 10 Jahren bei gleichzeitigem Anstieg der CO2-Konzentration, schon eine gewisse Beweiskraft haben (wenn es mehr als Rauschen ist – siehe Punkt 1)

    [Antwort: Ein Trend über nur 10 Jahre ist eben kaum aussagekräftig, weil die Unsicherheit aufgrund der zwischenjährlichen Schwankungen zu groß ist. Im übrigen gibt es über die abgelaufenen 10 Jahre auch keine Abkühlung, der Trend ist positiv. Stefan Rahmstorf]

    3. Wie soll denn eigentlich der Mechanismus der Erwärmung aussehen?

    Die These der Klimalarmisten ist, dass CO2 die Infrarotabstrahlung der Erde absorbiert und zum Teil zurückstrahlt, während der andere Teil ins Weltall abgestrahlt wird. Per Saldo sollte also die CO2-Abstrahlung – allerdings lediglich in den Bereichen der längst gesättigten Absorbationsbanden von CO2, während die Erde kontinuierlich über das gesamte Spektrum abstrahlt – um 50% der entsprechenden Wellenlängen verringert werden.

    Nehmen wir einmal an, dass das stimmt, wieso gilt das dann nicht auch im umgekehrter Richtung? Auch die Strahlung, die von der Sonne kommt, wird ja nach diesem Modell von CO2 absorbiert und zu 50% verringert. Per Saldo könnte es nur dann zu einer Erderwärmung kommen, wenn die Sonne im Bereich der Absorbationsbanden von CO2 schwächer strahlt als die Erde in ihrer Rückstrahlung, bzw. wenn in entsprechendem Maße Sonnenstrahlung höherer Frequenzen von der Erde bei der Rückstrahlung in die spezifischen Frequenzen der Absorbationsbanden von CO2 transformiert wird. Ist das wirklich der Fall, und hat man das gemessen und in die Klimamodelle eingerechnet?

    [Antwort: CO2 absorbiert im langwelligen Bereich (und die Banden sind dort nicht gesättigt und werden das auch bei 100-facher CO2-Konzentration nicht sein, da es gar nicht auf die Strahlungsbilanz an der Oberfläche ankommt, sondern an der Oberkannte der Troposphäre, und dort oben die Luft dünn ist). Für Sonnenstrahlung (die kurzwellig ist) ist die Atmosphäre dagegen transparent. (Wie es aussieht, wenn das mal nicht der Fall ist, sehen Sie bei Nebel.) Stefan Rahmstorf]

  25. @Reiner Vogels

    „Jeder weiß, dass eine bloße statistische Korrelation zweier Größen noch keinen Kausalzusammenhang beweist. Dazu sei auf die berühmte Storchenkorrelation verwiesen. Was die Erderwärmung betrifft, so hat darüber hinaus die These, dass, da andere Einflussgrößen nicht bekannt seien, die einzige greifbare Korrelation, nämlich die CO2-Korrelation, dann doch als kausal genommen werden müsste, keinerlei Beweiskraft.“

    Als Anlageberater eines Investmentfonds müßten Sie dann sofort gegen das Okunsche Gesetz, die Phillipskurve und ähnlich ökonomische „Gesetze“ (z.B. Say) protestieren. Machen Sie das?

    Sie behaupten „Klimalarmisten“ hätten nur die Korrelation als Beweiskraft, protestieren (mit Recht) gegen eine Beweiskraft der Korrelation, aber machen komischerweise einen Unterschied je nach Vorzeichen des Korrelationsfaktors?

    Lesen Sie auch andere Beiträge hier? Ich hatte schon geschrieben, daß die Absorption fast nichts direkt mit dem Klima zu tun hat, sondern daß Emission (und gemäß Kirchhoff) Absorption Ihre bedeutende Wirkung erst an der Obergrenze der Troposphäre (die sie mitbestimmen) entfalten. Damit entbehrt Ihre 50%-Rechnungen jeder Grundlage. Aber die Beweiskraft der Wirkungsgrundlage – nämlich die Absorptionskoeffizienten (= Emissionskoeffizienten) können Sie genauestens in jedem entsprechenden Labor messen.

    MfG
    Ebel

  26. Antwort an Prof. Rahmstorf

    Sehr geehrter Herr Professor Rahmstorf,

    leider überzeugen mich Ihre Antworten in folgenden Punkten nicht ganz:

    1. Sie bestreiten einen Abkühlungstrend in den letzten 10 Jahren. Ich beziehe mich auf die Daten von Hadley. Siehe: http://hadobs.metoffice.com/…stics/global/nh+sh/

    [Antwort: Aber auch in dieser Datenreihe ist der Trend über die letzten 10 Jahre positiv: http://www.woodfortrees.org/plot/hadcrut3gl/from:1999/plot/hadcrut3gl/from:1999/trend Stefan Rahmstorf]

    Irgendwo haben Sie geschrieben, dass diese Daten nicht brauchbar seien, da sie die jüngste Erwärmung der Antarktis nicht berücksichtigten. Das jedoch scheint mir für diese Daten zu sprechen. Schließlich dürfte der von IPCC angenommene Basiswert der globalen Durchschnittstemperatur für die Zeit um das Jahr 1900 auch ohne detaillierte Antarktisdaten zustandegekommen sein. Damals war der Südpol bekanntlich noch gar nicht entdeckt, und kein Mensch weiß, welche Temperatur damals wirklich auf den riesigen antarktischen Kontinent geherrscht hat.

    [Antwort: Arktis, nicht Antarktis. Außerdem: zur Bestimmung des Trends über die letzten 10 Jahre benötigen Sie auch nur Daten aus den letzten 10 Jahren und keinen Basiswert aus einer früheren Zeit. Stefan Rahmstorf]

    2. Sie schreiben, es komme auf die Oberkante der Troposphäre bei der Absorbation durch CO2 an. Dort jedoch seine die Absorbationsbanden von CO2 nicht gesättigt (Wie könnten sie auch? Auch im Grenzbereich zum Weltall sind sie nicht gesättigt.)

    Dieser Argumentation jedoch liegt m.E. ein Denkfehler zu Grunde: Wenn die Absorbationsbanden in Erdnähe gesättigt sind, ist es irrelevant, wie es an der Oberkante der Troposphäre aussieht. Schließlich kommen die Frequenzen, die bereits in Erdnähe absorbiert worden sind, dort gar nicht mehr an.

    [Antwort: Richtig, aber die Wärme wird durch Konvektion dort hintransportiert und dann aus dieser Höhe ins All abgestrahlt. Wenn Sie die Atmosphäre unten immer dichter mit CO2 machen, dann entweicht die Strahlung erst aus immer größerer Höhe ins All. Die -18 ºC Strahlungstemperatur, die Sie zum Ausgleich der ankommenden Sonnenstrahlung benötigen, herrschen dann in immer größerer Höhe über dem Boden. Je höher Sie diese -18 ºC haben, desto wärmer wird es am Boden – da es in der durch Konvektion bestimmten Tropopshäre einen annähernd festen, adiabatischen Temperaturgradienten in der Vertikalen gibt. Ich mache im neuen Jahr mal einen Beitrag dazu, denn dieser Punkt wird immer wieder misverstanden.
    Stefan Rahmstorf]

  27. Absorbation und Konvektion

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf,

    auf Ihren Beitrag im nächsten Jahr warte ich gespannt.

    Was die Konvektion betrifft, so weiß ich nicht, ob ich Sie richtig verstanden habe: Wenn ein CO2-Molekül ein Infrarotquant absorbiert, so dass ein Elektron angeregt wird und die vermehrte Energie wieder abstrahlt, so führt dies m.W. nicht zur Erwärmung des CO2-Moleküls. Wärme in Gasen ist ja bekanntlich die Bewegung der Moleküle. Ein masseloses Lichtphoton kann m. E. wohl kaum durch Stoß einem CO2-Molekül einen zusätzlichen Bewegungsimpuls verleihen.

    [Antwort: Der Treibhauseffekt funktioniert ja auch nicht dadurch, dass das CO2 sich aufheizt, sondern dadurch, dass die absorbierte Strahlung in alle Richtungen wieder emittiert wird. Was Ihre Frage mit Konvektion zu tun hat, verstehe ich nicht. In erster Näherung können Sie es so sehen: die Atmosphäre wird von unten durch die Sonne beheizt (weil die Sonnestrahlung größtenteils am Boden absorbiert wird). Gekühlt wird sie dagegen (durch die ins All abgehende langwellige Strahlung) in einer gewissen Höhe, weil die langwellige Strahlung wegen des Treibhauseffekts nicht direkt von der Oberfläche ins All entweichen kann. Wenn ich etwas unten heize und oben kühle, bekomme ich Konvektion (Vermischung der Luft), weil ich eine instabile Schichtung erzeuge. Ich habe also vom Boden bis zu der Höhe, ab der die langwellige Strahlung die ankommende Sonnenstrahlung ausgleichen kann, eine turbulente Luftschicht, die Troposphäre, in der keine einfache Strahlungsbilanz gilt, sondern ein Teil des Wärmetransports durch Luftbewegungen geschieht. Stefan Rahmstorf]

    Schließlich hoffe ich, dass Sie in Ihrem angekündigten Beitrag auch auf die von mir angedeutete Problematik der selektiven Absorbation durch CO2 eingehen: Wenn die Erde, wovon man zunächst einmal ausgehen dürfte, kontinuierlich über das gesamte Spektrum abstrahlt, CO2 aber nur bestimmte Frequenzbanden absorbieren kann, bleibt in den anderen Frequenzbereichen ein offenes Strahlungsfenster, das durch CO2 nicht geschlossen werden kann. Ich wäre Ihnen für eine exakte zahlenmäßige Abschätzung der jeweiligen Strahlungsflüsse dankbar.

    [Antwort: Sie können dazu selbst mit einem interaktiven Strahlungsmodell spielen, das Prof David Archer (Chicago Univ.) für seine Studenten online gestellt hat. Stefan Rahmstorf]

    Ein gesegnetes Weihnachtsfest und ein gutes neues Jahr!

    Ihr

    Reiner Vogels

  28. Schön! Nur dass die Aussage, dass die „langwellige Strahlung“ wegen des Treibhauseffekts daran gehindert werde, ins Weltall zu gelangen, was CO2 betrifft, in dieser allgemeinen Form wohl nicht ganz richtig ist. Das trifft nur für die CO2-spezifischen Absorbationsbanden vor. Die Strahlung der anderen langwelligen Frequenzen kann unbehindert von CO2 ins Weltall gelangen. Ich wäre daher nach wie vor für eine detaillierte quantitative Abschätzung der einzelnen Strahlungsflüsse über das gesamte Infrarotspektrum dankbar.

  29. Modelle und @Reiner Vogels

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf,

    entschuldigen Sie bitte, daß dieser Beitrag etwas länger sein muß.

    Die Werte beim radiative forcing (http://www.ipcc.ch/pdf/glossary/ar4-wg1.pdf , deutsch: Strahlungsantrieb http://www.greenfacts.org/…oolboxes/glossary.htm ) sind als Vergleichswerte brauchbar – ansonsten haben sie mit dem Treibhauseffekt so viel zu tun wie Uran mit Urin.

    Ein Modell kann nicht alle Feinheiten berücksichtigen – aber es sollte schon wesentliche Tatsachen beinhalten und in sich widerspruchsfrei sein. Beim radiative forcing ist das gewaltig verletzt. Bei der Berechnung des radiative forcing wird die Troposphäre unverändert gelassen und ein Temperaturverlauf in der Stratosphäre aus der Strahlungsbilanz bestimmt, wo aus der Troposphäre die unveränderte Strahlung kommt. Damit muß es bei diesen Annahmen an der Schnittstelle Troposphäre/Stratosphäre (Tropopause) zu einem Temperatursprung kommen – der natürlich nichts mit der Realität zu tun hat:

    Die Differenz Aufwärtsstrahlung minus Abwärtsstrahlung bleibt in der Stratosphäre konstant (sieht man von dem UV-Peak ab: http://upload.wikimedia.org/…/46/Atmosphaere.png ), denn das bedeutet ja die Strahlungsbilanz: es wird überall (in der Stratosphäre) genau so viel emittiert, wie absorbiert wird. Am „Ende“ der Stratosphäre ist die Differenz die Abstrahlung in den Weltraum und die muß fast die gleiche Leistung wie die ankommende Leistung von der Sonne haben – also dürfen Konzentrationsänderungen keinen Einfluß haben. Fast deswegen, weil sich bei Temperaturänderungen (Atmosphäre, Erdoberfläche) die gespeicherte Energiemenge ändert und auch der Wärmebeitrag des Erdinneren abgestrahlt werden muß – aber dieses „fast“ ist so klein, daß dessen Vernachlässigung unwesentlich ist.

    Berücksichtigt man die unvermeidliche Änderung der Tropopausenhöhe, dann wird das radiative forcing Null, denn die Differenz Aufwärtsstrahlung minus Abwärtsstrahlung muß unverändert bleiben – wie vorstehend beschrieben.

    (Reiner Vogels) „Dieser Argumentation jedoch liegt m.E. ein Denkfehler zu Grunde: Wenn die Absorbationsbanden in Erdnähe gesättigt sind, ist es irrelevant, wie es an der Oberkante der Troposphäre aussieht. Schließlich kommen die Frequenzen, die bereits in Erdnähe absorbiert worden sind, dort gar nicht mehr an.“ Herr Vogels, Sie vergessen die Emission. Durch die Emission kommen auch alle Frequenzen an. Ganz extrem ist das bei einem atmosphärengefüllten isothermen Hohlraum: Da das Gas nicht „weiß“, woher welche Strahlung kommt, wird jede Strahlung absorbiert und eine Absorption führt zur Erwärmung. Würde nicht genau so viel Energie abgestrahlt (Abstrahlung führt zu Abkühlung), dann würde sich das Gas erwärmen – und die Isothermie wäre verletzt. Eine solche Verletzung wird nie beobachtet – und das wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben und theoretisch begründet, warum das nicht beobachtet wird.

    Was unter „Sättigung“ verstanden wird, ist, daß die Absorptionslänge (horizontal die Länge, wo eine eingestrahlte Strahlung bis auf einen festgelegten Rest, vertikal entsprechend gleiche Druckdifferenzen) klein ist gegenüber der Ausdehnung der Lufthülle. Gleichzeitig bedeutet das auch, das die neu emittierte Strahlung auch nur aus dem Bereich der Absorptionslänge kommt und ihre Intensität deshalb entsprechend der „mittleren“ Temperatur in der Absorptionslänge ist. Bei sehr kurzer Absorptionslänge ist deshalb die Strahlungsintensität fast die Intensität einer Hohlraumstrahlung mit der örtlichen Temperatur, bei großer Absorptionslänge ist die Abweichung erheblich, weil sich die „mittlere“ Temperatur über der Absorptionslänge erheblich von der örtlichen Temperatur unterscheidet.

    (Antwort Prof. Rahmstorf) „Richtig, aber die Wärme wird durch Konvektion dort hintransportiert und dann aus dieser Höhe ins All abgestrahlt. ….“ Da kann ich nur bedingt zustimmen, den ein erheblicher Teil kommt oben durch Strahlung an (laufende Absorption und Emission) – bzw. sogar ganz durch Strahlung, denn der konvektive Wärmeeintrag geschieht in der ganzen Troposphäre und deckt die Verluste der Emission, weil die Absorption geringer als die Emission ist. Insofern ist sogar Ihre Höhe mit –18°C unzutreffend, denn die –18°C liegen noch weit in der Troposphäre und dort herrscht noch lange keine Strahlungsbilanz, sondern Konvektion. Allerdings bestimmt die Dicke der Troposphäre mit „einem annähernd festen, adiabatischen Temperaturgradienten in der Vertikalen“ (ca. 6,5K/km) den Temperaturunterschied zwischen Erdoberfläche und Tropopause. Warum die Dicke der Troposphäre bei Erhöhung der Konzentration der Treibhausgase wächst (Verkürzung der Absorptionslänge), hatte ich ja schon früher geschrieben.

    Zu Spencer R. Weart: Ich habe zunächst das Buch nur überflogen. Im Index ist weder Troposphere, Stratosphere noch Tropopause aufgeführt. In den Meilensteinen ist nichts aufgeführt. Weart verweist auf seine Bibliographie dazu: http://www.aip.org/history/climate/bibdate.htm und da taucht erstmalig 1951 das Wort „Troposphere“ auf: R.M. Goody and G.D. Robinson, „Radiation in the Troposphere and Lower Stratosphere.“ Reviews of Modern Meteorology 77 (1951) 131-87

    Mit freundlichen Grüßen und ein schönes Weihnachtsfest
    Ebel

  30. Temperaturtrends ab 1880

    Lieber Herr Rahmstorf,

    Ich möchte noch einmal auf meine vorige Frage zurückkommen, zu der Sie antworteten:

    “ … je nachdem, was einen interessiert. IPCC gibt z.B. die Trends für die letzten 25, 50, 100 und 150 Jahre in Abb. TS6.“ http://www.ipcc.ch/…graphics/ar4-wg1/jpg/ts6.jpg

    Ich meinte damit aber die Klimasensitivität gegenüber den Treibhausgasen. Die Spitzenwerte von 1880 (ohne Co2-Einfluss) müssten also m.E. die Ausgangsbasis für die Berechnung sein und die letzten Jahre der Endpunkt.

    Die steile Kurve von 1980 bis 2000 verfälscht m.E. das Gesamtbild.

    Es geht doch darum, wie sich das Klima einerseits ohne Co2 entwickelt hätte und was die Treibhausgase, anderseits, heute angerichtet haben sollen.
    Einen Teil dieser Gesamtkurve herauszuwählen müsste man m.E. eher Cherrypicking nennen. Kein Cherrypicking wäre, wenn man die natürlichen Extremwerte als Ausgangsbasis nehmen würde. Immerhin befinden wir uns in einer Zeit, die auch ohne Treibhausgase wohl besonders warm wäre.

    Die meisten Klimatologen nehmen aber die Tiefstwerte als Ausgangsbasis der Berechnung der Klimasensitivität, was m.E. eher Cherrypicking ist, oder wie sehen Sie das?

    Danke schon einmal im Voraus für die Erklärungen und auch Ihnen ein angenehmes Fest und einen sanften Rutsch ;-)))

    Eddy

    [Antwort: Die Klimasensitivität wird überhaupt nicht aus den Daten der letzten hundert Jahre (oder so) bestimmt – siehe unser Buch „Der Klimawandel“. Es hat zwar Versuche gegeben, sie mit diesen Daten einzuschränken, aber die waren nicht erfolgreich, weil die Unsicherheit im Antrieb dazu zu groß ist – vor allem in der Stärke des Aerosoleffekts. Stefan Rahmstorf]

  31. Strahlungstransfer

    *Ich habe also vom Boden bis zu der Höhe, ab der die langwellige Strahlung die ankommende Sonnenstrahlung ausgleichen kann, eine turbulente Luftschicht, die Troposphäre, in der keine einfache Strahlungsbilanz gilt, sondern ein Teil des Wärmetransports durch Luftbewegungen geschieht. Stefan Rahmstorf]*

    Eine Anmerkung. Die Strahlungstransfermodelle (Strahlungstransfergleichung und Strahlungstransfercodes)laufen aber ohne turbulente Durchmischung in der Troposphäre.

    Übrigens auch das Strahlungsmodell von David Archer.

    Frohes Fest.

    [Antwort: Ja klar – weil die Strahlungstranfermodelle genau das sind, was der Name sagt, nämlich Strahlungstransfermodelle – mehr machen sie nicht und sollen sie auch nicht machen. Die turbulente Durchmischung macht dann ein anderes Prozessmodell. In einem Klimamodell wird jeder physikalische Prozess durch ein entsprechendes Teilmodell abgebildet. Stefan Rahmstorf]

  32. @Reiner Vogels, @Michael Krüger

    Sehr geehrter Herr Vogels,

    da Prof. Rahmstorf wenig Zeit hat, versuche ich mal Ihre Fragen zu beantworten. Ich hoffe, daß Prof. Rahmstorf mit meinen Antworten einverstanden ist.

    „Ich wäre Ihnen für eine exakte zahlenmäßige Abschätzung der jeweiligen Strahlungsflüsse dankbar.“ Da sich die Strahlungsflüsse längs der Atmosphärenhöhe ändern (siehe z.B. http://www.dmg-ev.de/…pdf_gross/promet_28_34.pdf S. 88, Bild 2-3), ist die Angabe als Diagramm am Zweckmäßigsten: http://www.iup.uni-heidelberg.de/…ik_SS_2004.pdf S. 26, Figur 2.3. Wie ändern sich nun die Strahlungsflüsse bei Zunahme der CO2-Konzentration?

    Fangen wir bei Figur 2.3c an: Oben darf sich die Strahlungsdifferenz nicht verändern, da ihre Größe durch die Geamtstrahlungsbilanz der Erde bestimmt ist: die Abstrahlung von der Erde ist gleich der Einstrahlung von der Erde. Unten muß die Differenz kleiner werden, da die Strahlungen stark abhängen von der „mittleren“ Temperatur innerhalb der Absorptionslänge: die Strahlung nach unten von den Temperaturen oberhalb, die Strahlung nach oben von den Temperaturen unterhalb plus ggf. die Abstrahlung von der Erdoberfläche, wenn die Erdoberfläche noch innerhalb der Absorptionslänge liegt – was natürlich im Durchlässigkeitsfenster immer der Fall ist. Wegen der Verkürzung der Absorptionslängen bei stärkerer Konzentration von Treibhausgasen unterscheiden sich die mittleren Temperaturen oben und unten weniger, d.h. die Differenz der Strahlungen unten wird kleiner.

    Die absoluten Werte müssen aber größer werden, da die Temperaturen steigen. Die Konsequenz aus vorstehenden qualitativen Überlegungen ist, daß die neuen Kurven bei größerer Konzentration in Figur 2.3a und Figur 2.3b die Kurven des Status quo schneiden müssen: sie müssen unten oberhalb liegen und oben links der Kurven des Status quo.

    „da es in der durch Konvektion bestimmten Tropopshäre einen annähernd festen, adiabatischen Temperaturgradienten in der Vertikalen gibt. … Stefan Rahmstorf“ muß sich die Troposphäre ausdehnen, d.h. die Tropopause wird höher und kühler.

    „Ein masseloses Lichtphoton kann m. E. wohl kaum durch Stoß einem CO2-Molekül einen zusätzlichen Bewegungsimpuls verleihen.“ Erstens hat das Photon eine Masse, allerdings keine Ruhemasse. Zweitens hat Einstein schon 1916 gerade mit den Impulsen die Gas-Strahlungswechselwirkung hergeleitet: http://www.ing-buero-ebel.de/…ginal/Einstein.pdf

    „Die Strahlungstransfermodelle (Strahlungstransfergleichung und Strahlungstransfercodes) laufen aber ohne turbulente Durchmischung in der Troposphäre.“ Allein mit den Strahlungstransfermodellen ist der Temperaturverlauf für den Treibhauseffekt nicht zu bestimmen. Wird die Strahlungstransportgleichung für eine ruhende Atmosphäre gelöst, so entsteht unten ein Temperaturgradient über 10K/km (http://www.dmg-ev.de/…pdf_gross/promet_28_34.pdf S. 91, Abb. 2.5). Bei kleinen Schwankungen der Höhe eines Luftpakets nach oben oder unten verstärkt sich bei einem solch hohen Temperaturgradienten die Bewegung nach oben bzw. unten. Durch die Luftbewegung entsteht der mittlere Temperaturgradient der Troposphäre. Wegen dem geringen Bewegungswiderstand der Luft sind die Bewegungsgeschwindigkeiten so hoch, daß die Luftbewegung unvermeidlich turbulent wird.

    Der Effekt kann auch noch anders verstanden werden – als konstantes Mischungsverhältnis unabhängig von der Höhe (http://www.iup.uni-heidelberg.de/…ik_SS_2004.pdf S. 5). Die Durchmischung geschieht auch ohne große vertikale Luftströmungen.

    „In erster Näherung können Sie es so sehen: die Atmosphäre wird von unten durch die Sonne beheizt (weil die Sonnenstrahlung größtenteils am Boden absorbiert wird). Gekühlt wird sie dagegen (durch die ins All abgehende langwellige Strahlung) in einer gewissen Höhe, weil die langwellige Strahlung wegen des Treibhauseffekts nicht direkt von der Oberfläche ins All entweichen kann. Wenn ich etwas unten heize und oben kühle, bekomme ich Konvektion (Vermischung der Luft), weil ich eine instabile Schichtung erzeuge. Ich habe also vom Boden bis zu der Höhe, ab der die langwellige Strahlung die ankommende Sonnenstrahlung ausgleichen kann, eine turbulente Luftschicht, die Troposphäre, in der keine einfache Strahlungsbilanz gilt, sondern ein Teil des Wärmetransports durch Luftbewegungen geschieht. Stefan Rahmstorf“ Sehr geehrter Herr Professor, Ihren Ausführungen kann ich nicht ganz zustimmen, der Wärmetransport ist nicht automatisch mit instabiler Schichtung verbunden, es kommt auf die Stärke an: In der Stratosphäre ist der Temperaturgradient so gering, daß keine instabile Schichtung vorliegt.

    [Antwort: …weil die Stratosphäre nicht von unten beheizt wird, sondern durch die Absorption in der Ozonschicht. Daher ist ihre Schichtung stabil. Stefan Rahmstorf]

    Dieser Unterschied im Temperaturgradienten macht ja gerade den Unterschied zwischen Troposphäre und Stratosphäre aus. Außerdem ist der Höhenbereich der Atmosphäre, aus dem emittierte Photonen nicht wieder absorbiert werden, wellenlängenabhängig – so daß keine einheitliche Höhe angegeben werden kann.

    MfG
    Ebel

  33. 😉

    “… Peer review is a good way to identify valid science. It was wonderfully well suited to an earlier era, when progress in science was limited only by the number of good ideas available. Peer review is not at all well suited, however, to adjudicate an intense competition for science resources such as research funds or pages in prestigious journals. The reason is obvious enough. The referee, who is always among the few genuine experts in the field, has an obvious conflict of interest. It would take impossibly high ethical standards for referees to fail to use their privileged anonymity to their own advantage, but as time goes on more and more referees have their ethical standards eroded by receiving unfair reviews when they are authors. Thus the whole system of peer review is in peril.
    Editors of scientific journals and program officers at the funding agencies have the most to gain from peer review, and they steadfastly refuse to believe that anything might be wrong with the system. Their jobs are made easier because they never have to take responsibility for their decisions. They are also never called to account for their choice of referees, who in any case always have the proper credentials. Since the referees perform a professional service, almost always without pay, the primary responsibility of the editor or program officer is to protect the referee. Thus the referees are never called to account for what they write in their reviews. As a result, referees are able, with relative impunity, to delay or deny funding or publication of their rivals. When misconduct of this kind occurs, it is the referee who is guilty; but it is the editors and program officers who are responsible for perpetuating a corrupt system that makes such conduct almost inevitable.
    This is the kind of misconduct that is, I fear, rampant in all fields of science, not only in biomedical science. Recently, as part of a talk to a large audience of mostly young researchers at an extremely prestigious university, I outlined this analysis of the crisis of peer review. The moderator, a famous senior scientist, was incredulous. He asked the audience how many disagreed with my heresy. No one responded. Then he asked how many agreed. Every hand in the audience went up. Many of us in my generation wish to believe that nothing important has changed in the way we conduct the business of doing science. We are wrong. Business as usual is no longer a real option for how we conduct the enterprise of science. …”

    Goodstein, D., (1996), Conduct and Misconduct in Science, in The Flight from Science and Reason, P. R. Gross, N. Levitt, and M. W. Lewis, New York, New York Academy of Sciences, 775: 31-38.

  34. Beweislage und @Ebel

    Sehr geehrte(r) Herr/Frau Ebel,

    ich bin ein skeptischer Mensch und habe schon vor der Finanzkrise nicht daran geglaubt, dass Investmentfondsmanager in die Zukunft schauen können. Diese Skepsis wirkt sich bei mir als Nicht-Naturwissenschaftler auch auf die Prognosen von Klimaforschern aus: Zwar spielen beim Wettergeschehen anders als auf den Finanzmärkten keine irrationalen und unkalkulierbaren menschlichen Entscheidungen eine Rolle, dafür dürften m. E. aber die Komplizierheit der Zusammenhänge, die große Zahl der teilweise unbekannten und z. T. unvorhersehbaren (Vulkanausbrüche, El Nino, Sonnenaktivität) Parameter und die fast unüberschaubar vielen positiven und negativen Rückkopplungsprozesse eine verlässliche Zukunftsprognose mindestens ebenso schwer machen.

    Angesichts der Tatsache, dass weltweit viele Milliarden von Dollars in die Hand genommen werden sollen, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren – Geld, das vielleicht (nach meiner subjektiven Überzeugung sogar gewiss) besser und zielführender für die direkte Bekämpfung von Armut, Unwissenheit und Hunger eingesetzt würde – muss man vor diesem Hintergrund m. E. hohe Anforderungen an die Wissenschaft stellen, wenn es darum geht, die Klimaschädlichkeit von CO2 zu beweisen.

    Ein Beweis müsste in meinen Augen zwei Bedingungen erfüllen, die beide für sich notwendig, aber erst in der Summe einigermaßen (man kann ja nichts Unmögliches verlangen) hinreichend wären:

    1. Die Klimaforscher müssten einmütig ein plausibles, quantitativ durchgerechnetes Modell über den Mechanismus vorlegen, nach dem eine weitere Zunahme von CO2 in der Atmosphäre zu einem Anstieg der globalen Temperatur führt, der über das natürliche Rauschen hinausgeht. Dabei geht es in der Frage, in welchem Verhältnis die von CO2 absorbierbare langwellige Strahlung zur Gesamtleistung der langwelligen Strahlung steht, nicht um eine der „Feinheiten“, die ein Modell nicht alle berücksichtigen kann, sondern um etwas Entscheidendes: Es macht einen Unterschied, ob die in den Absorbationsbanden von CO2 auftretende Strahlungsleistung 5%, 50% oder 95% der Gesamtstrahlungsleistung ausmacht.

    2. Sie müssten eine auf exakten Messungen gegründete positive Korrelation zwischen zeitlich vorangehender höherer CO2-Konzentration und nachfolgender globaler Erwärmung für die Vergangenheit vorlegen.

    Was Bedingung 1 betrifft, so zeigen in diesem Blog die Unterschiede zwischen Ihnen, sehr geehrte(r) Herr/Frau Ebel, dass sie wohl nicht erfüllt ist: Immerhin spricht Prof. Rahmstorf im Gegensatz zu Ihnen (ich habe Ihre Beiträge sehr wohl gelesen, sehe aber die anderslautende Argumentation von Prof. Rahmstorf) vom Dichtmachen der Atmosphäre im unteren Bereich durch CO2, womit ja wohl Absorbation gemeint ist.

    Wenn ich dann zusätzlich auf der Internetseite des Umweltbundesamtes, die ja gewiss von qualifizierten Wissenschaftlern verantwortet wird, folgenden Satz lese: „Im übrigen ist die nur sehr schwache spezifische Treibhauswirksamkeit von CO2 weitgehend auf diese Sättigung zurückzuführen.“ – siehe: http://www.umweltbundesamt.de/…/skeptiker.htm#21 – fühle ich mich in dieser Einschätzung bestärkt.

    [Antwort: „Spezifisch“ meint hier pro Molekül – und da ist die Wirksamkeit von CO2 viel geringer als z.B. die von Methan, da letzteres in viel kleinerer Menge in der Atmosphäre vorkommt. Die Gesamttreibhauswirkung von CO2 ist aber viel größer als die von Methan – aus dem gleichen Grund, nämlich weil CO2 in vielfach höherer Konzentration vorkommt. Details finden Sie online im IPCC-Bericht. Stefan Rahmstorf]

    Ich warte daher gespannt auf den angekündigten Beitrag von Prof. Rahmstorf und freue mich darauf.

  35. … und die Ursachen?

    Interessant wäre hier eine Erklärung dafür, was den Trend in den Jahren vor 1940 verursacht hat und warum zwischen 1950 und 1980 kein (oder ein negativer ) Trend ersichtlich ist.
    Welche Folgerungen kann man daraus über die Ursachen ableiten?

    [Antwort: Können Sie in unserem Buch „Der Klimawandel“ nachlesen, Seite 38ff. Stefan Rahmstorf]

  36. @ matt, Peer-Review

    „Their jobs are made easier because they [the Editors] never have to take responsibility for their decisions.“

    Das stimmt sicherlich nicht. Der Editor hat schließlich das letzte Wort und muss daher auch für seine Entscheidung gerade stehen. Darüberhinaus werden meistens mehrere Gutachter bestimmt (bei den Physical Review Blättern sind es sogar vier) und dass diese dann zufälliger Weise alle Mitglieder im selben Geheimbund sind und sich gegen den Autor verschwören, ist doch zumindest sehr unwahrscheinlich.

    Natürlich hat das Peer-Review-System auch seine Schwächen, aber es ist nun mal die einzige Möglichkeit zur Qualitätssicherung wissenschaftler Artikel und allemal besser als auf jegliche Art der Begutachtung zu verzichten.

  37. @Prof. Rahmstorf – Strahlungstransfer

    *Die turbulente Durchmischung macht dann ein anderes Prozessmodell.*

    Turbulenz setzt ein, wenn die Strömung bezüglich sehr vieler Freiheitsgrade instabil ist. Dies ist der Fall bei kritischen Reynoldszahlen von der Größenordnung 1000 bis einige Tausend.

    Eine turbulente Strömung hat eine starke Wechselwirkung zwischen den Wirbeln aller Skalen: kleine Wirbel können zu großen Wirbeln wachsen, und umgekehrt große Wirbel in kleine Wirbel zerfallen.

    Turbulente Strömungen sind instationär, rotationsbehaftet, dreidimensional und unregelmäßig.

    Ich wusste gar nicht, dass man das im Modell (chaotisches System) simulieren kann. Die Gitterstruktur der Klimamodelle ist dafür auch viel zu „grobmaschig“.

    Konvektion bereitet mir in COMSOL jedenfalls erhebliche Probleme

    [Antwort: Die Sache wird dadurch stark vereinfacht, dass man ja nicht jedes Detail der Turbulenz, sondern nur das Ergebnis der Vermischung simulieren möchte. Die Vermischung in der Troposphäre ist so stark, dass im Endeffekt in guter Näherung ein adiabatisches Temperaturprofil herauskommt – wie die Messdaten zeigen. Stefan Rahmstorf]

  38. Heizung

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf,

    über Ihre Antwort
    [Antwort: …weil die Stratosphäre nicht von unten beheizt wird, sondern durch die Absorption in der Ozonschicht. Daher ist ihre Schichtung stabil. Stefan Rahmstorf]
    bin ich entsetzt, da die Effektgröße absolut nicht mit Ihrer Erklärung übereinstimmt.

    Natürlich ist von oben eine Heizung, die aber kaum etwas mit dem größten Teil der stabilen Schichtung zu tun hat. Damit auch anderen Lesern der Sachverhalt klar wird noch mal eine Beschreibung des Mechanismus:

    Ganz oben bei ganz verdünnten Gasen wird die Atmosphäre ganz stark aufgeheizt durch kosmische Strahlung auf sehr hohe Temperaturen – aber bei der geringen Gasdichte ist die gesamte Heizwirkung vernachlässigbar. Auch ist wegen der geringen Gasdichte die Lebensdauer von durch UV gespaltenen Sauerstoff so hoch, daß kaum eine Schwächung der UV-Strahlung eintritt. Bei kleineren Höhen – so unter ca. 50km macht sich bemerkbar, daß das Ozon zerfällt. Der Mechanismus ist so, daß UV-Photonen von Sauerstoffmolekülen absorbiert werden. Dadurch entstehen zwei Effekte: Die UV-Strahlung wird wegen der Absorption geschwächt und das Sauerstoffmolekül zerfällt und es kommt zur Bildung von Ozon. Wegen der begrenzten Lebensdauer des Ozons gibt das Ozonmolekül bald seine Energie ab und heizt das Gas seiner Umgebung auf – solange bis die Abstrahlung aus dem geheizten Gas gleich der Absorption von UV-Strahlung ist. Entsprechend der Temperatur erfolgt die Abstrahlung hauptsächlich im IR-Bereich, so daß die absorbierte UV-Strahlung nicht durch UV-Strahlung, sondern durch IR-Strahlung ersetzt wird. Wegen stabiler Schichtung ist auch eine andere Wärmeabführung als durch Abstrahlung vernachlässigbar.

    Damit ergibt sich folgende Differentialgleichung für die UV-Intensität I bezogen auf die Druckhöhe p der Atmosphäre (gleiche Druckdifferenzen sind annnähernd gleiche Teilchenzahlen und die Schwächung ist proportional der Teilchenzahl):

    dI/dp + I = 0

    Die Wärmeabgabe breitbandig wäre eine T^4-Funktion, extrem schmalbandig eine e-Funktion – beide Funktionen können in einem gewissen Intervall näherungsweise linear angenähert werden. Damit der beobachtete Temperaturverlauf beschrieben werden kann ist noch der Wärmestrom von unten als konstante Temperatur hinzuzufügen. Damit wird:

    T = -56,5°C + 67,3K*exp(- p/503Pa)

    Diese Gleichung beschreibt zwischen 22000Pa (11km Höhe) und 110Pa (47km Höhe) sehr gut den beobachteten Temperaturverlauf. Dabei beschreibt der Exponentialterm die Heizung von oben. Es ergibt sich, daß ab Drücken größer 5000Pa (< 20 km Höhe) die Heizung von oben vernachlässigt werden kann (< 3mK). Damit ist für die stabile Schichtung im Höhenbereich zwischen 22000Pa (11km Höhe) und 5000Pa (20km Höhe) Ihre Erklärung unzutreffend und der Temperaturverlauf resultiert allein aus der Strahlungsbilanz der von unten kommenden Strahlung und der Eigenemission der IR-Strahlung von oben, die (fast) nichts mit der Heizung durch UV zu tun hat. Schon wegen der extrem unterschiedlichen Teilchenzahlen 1:3 [5000Pa:(20000Pa –5000Pa)] ist Ihre Erklärung nicht möglich.

    Mit freundlichen Grüßen und einem guten Rutsch
    Jochen Ebel

    [Antwort: Lieber Herr Ebel, vielen Dank für die detaillierte Antwort. Ich bin als Meeresforscher natürlich kein Experte für die Stratosphäre, aber die Universitätskurse zum Thema stellen es so dar, wie ich es gesagt habe, siehe z.B. http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ozone/class/Chap_2/
    Mir kommt Ihre Rechnung auch insofern unplausibel vor, als Sie annehmen, dass der exponentielle Term auf die „Heizung“ durch Ozon zurückgeht, also ohne Ozon eine konstante Temperatur herrschen würde. Das ist aber nicht der Fall, wieso auch? Wenn eine solche einfache Betrachtung überhaupt Sinn macht, dann müssten Sie sie zumindest für die potenzielle Temperatur machen. Stefan Rahmstorf]

  39. Stratosphäre

    Sehr geehrter Herr Prof. Rahmstorf,

    In http://www.ccpo.odu.edu/…ne/class/Chap_2/2_3.htm point 3.5.2 steht zwar
    „… it is this ozone layer that is basically responsible for the existence of a „stratosphere.““ aber der Autor sollte mal das durchrechnen ohne Ozon bzw. ohne UV-Strahlung von oben. Die Lösung ist eine fast isotherme Stratosphäre.

    In http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Atmosphaere.png ist anschaulich, daß ohne UV-Spitze die Stratosphäre isotherm wäre.

    Die Erwärmung beginnt in 20km (= 5000Pa). Damit sind oberhalb 20km noch ca. 500kg/m² Luft. Bei Normaldruck ist das eine Luftsäule von ca. 400m. Der Stratopause (= ca. 100Pa) entspricht dann eine Säulenlänge von ca. 8 m. So kurze Absorptionslängen haben nur wenige Absorptionslinien.

    Von der Solarstrahlung werden Wellenlängen unter ca. 320nm von der Atmosphäre absorbiert – das sind ca. 75W/m². Dabei werden Wellenlängen von unter ca. 200nm (=3W/m²) weitgehend oberhalb der Stratopause absorbiert. Damit werden ca. 70W/m² in der Ozonschicht absorbiert und als Infrarot abgestrahlt. Da die optische Dicke dünn gegen die Absorptionslänge ist, wird diese Leistung weitgehend gleichmäßig nach oben und unten abgestrahlt, also in den Weltraum 35W/m² und in Richtung Erdoberfläche ebenfalls 35W/m². Die Differenz zwischen Auf- und Abwärtsstrahlung (up- and downwards) ist ca. 300W/m², wird also durch die gewandelte UV-Strahlung nur wenig modifiziert.

    Wie wäre der Temperaturverlauf in der Stratosphäre ohne UV-Effekt? Die Temperatur wäre fast konstant. Angenommen die Temperatur wäre genau konstant. Jede Strahlungsintensität würde sich in einem solchen Gas bei der Ausbreitung so verändern, daß die Intensität sich der entsprechenden thermischen Intensität annähert, weil die Emission entsprechend der örtlichen Besetzungsdichte erfolgt und die folgt fast genau aus der örtlichen Temperatur. Dagegen ist die Absorption weitgehend temperaturunabhängig. Wenn es nur senkrechte Strahlen gäbe, wäre die Abklingfunktion der Abweichung zwischen thermischer Intensität und einfallender Intensität eine e-Funktion mit der Absorptionslänge als Bezug, da aber alle Richtungen vorhanden sind, ist diese Funktion modifiziert (näherungsweise Integralexponentialfunktion).

    Von unten kommt Strahlung aus den wärmeren Bereichen, also liegt die Intensität über der lokalen thermischen Intensität und die Absorption überwiegt. Umgekehrt ist es bei der Abwärtsstrahlung: die fängt am „oberen Rand“ der Atmosphäre mit Null an und die Intensität wächst in Richtung lokaler thermischer Intensität – die Emission überwiegt also. Solange sich Absorption und Emission die Waage halten, ist die Strahlungsbilanz bei Temperaturkonstanz erhalten. Am unteren Ende der Stratosphäre erfordert die Strahlungsbilanz aber einen Temperaturanstieg: bei der Aufwärtsstrahlung überwiegt die Absorption noch erheblich und die Abwärtsstrahlung hat fast schon die thermische Intensität erreicht (und das ist etwa nach der mittleren Absorptionslänge). Deswegen steigt am unteren Ende der Stratosphäre die Temperatur an – und wenn der Temperaturanstieg den kritischen Wert der instabilen Schichtung erreicht (ca. 6,5K/km) setzt Konvektion ein und die Troposphäre beginnt. In den höheren Bereichen der Stratosphäre gleichen sich Abnahme des Überwiegens der Absorption (Aufwärtsstrahlung) und Zunahme des Überwiegens der Emission (Abwärtsstrahlung) wegen ähnlicher Funktion weitgehend aus und deshalb herrscht fast Isothermie. Siehe auch z.B. http://www.dmg-ev.de/…pdf_gross/promet_28_34.pdf S. 91, Abb. 2-5 (Allerdings ist da die UV-Heizung enthalten).

    Die Betrachtung mit der potentiellen Temperatur macht nur in der Troposphäre Sinn, da die Abweichung von der potentiellen Temperatur den konvektiven Wärmetransport beschreibt (verursacht? Oder wie drückt man das am Besten aus?). In der Stratosphäre ist aber die Strahlungsbilanz bestimmend und nicht die Konvektion. Selbst in der Troposphäre ist die potentielle Temperatur etwas problematisch, da ihr der trockenadiabatische Temperaturgradient zugrunde liegt (9,6K/km) während durch die Feuchte der mittlere Temperaturgradient nur ca. 6,5K/km ist.

    Mit freundlichen Grüßen
    Jochen Ebel

    [Antwort: Lieber Herr Ebel, trotzdem ist natürlich für die Betrachtung der statischen Stabilität die potentielle Temperatur die richtige Referenz, und gerade in der trockenen Stratosphäre haben Sie das Problem mit der Feuchte ja nicht. Aber mal ungeachtet aller technischer Detaildiskussion: in Ihrem grundlegenden Punkt haben Sie natürlich Recht, dass es nicht nur den einen von mir genannten Grund für die Stabilität der Stratosphäre gibt, insofern war mein kurzer Einwurf zu simpel. Wir freuen uns über kompetente Leser, die (oft mit erheblich mehr Zeit, als wir darauf verwenden können) Zusammenhänge näher erläutern – auch wenn es für die Mehrheit der Leser eines Blogs wahrscheinlich dann manchmal doch recht technisch wird. Danke, Stefan Rahmstorf]

  40. Mittel

    Ich habe im vorigen Beitrag noch das Mittel vergessen:

    Die Differenz zwischen Auf- und Abwärtsstrahlung (up- and downwards) ist ca. 300W/m², wird also durch die gewandelte UV-Strahlung nur wenig modifiziert – besonders, wenn man berücksichtigt, daß die 75W/m² nur bei senkrechtem Einfall sind. Im Mittel sind es nur 1/4, also 14W/m² bzw. 7W/m².

    MfG
    Jochen Ebel

  41. Sieht so die Klima-Erwärmung aus?

    BILD: Das hat es seit mehr als zehn Jahren nicht gegeben: Auf Deutschlands Flüssen und Kanälen ist die Schifffahrt so gut wie zum Erliegen gekommen! Bis zu 35 Zentimeter dicke Eisschollen und Treibeis stoppten den Verkehr auf Elbe, Oder, Mosel, Main sowie vielen Kanälen im ganzen Land!

    siehe: http://www.bild.de/…die-klimaerwaermung-aus.html

    Aber ist es tatsächlich kalt? Nicht jenseits des Polarkreises: http://maps.wetter.com/…/00/EU/tmax2m/xl/003.gif

  42. Stabilität der Stratosphäre

    Nachtrag zu der Diskussiom vom 31.12.2008
    Inzwischen ist mir das Paper von Karl Schwarzschild in die Hände gefallen ( http://tinyurl.com/schwara ). In diesem Paper steht auf Seite 47 das Schwarzschild-Kriterium
    „Ein Gleichgewicht mit kleinerem Temperaturgradienten, als das adiabatische, ist daher stabil, umgekehrt eines mit größerem Temperaturgradienten instabil.“

    Weiterhin hat Schwarzschild unter sehr allgemeinen Voraussetzungen nachgewiesen, daß jede Atmosphäre mit einem stabilen Gleichgewicht beginnen muß. Schwarzschild hat sich zwar hauptsächlich auf die Sonne bezogen, aber auch Vergleiche mit der Erdatmosphäre angestellt.

    Wegen der vereinfachten Voraussetzungen müßte nach Schwarzschild die Erdatmosphäre (bestehend aus zweiatomigen Gasen – Temperaturgradient Erdatmosphäre 9,8 K/km) in Gänze stabil sein. Das ist aus mehreren Gründen nicht der Fall (die Troposphäre existiert):
    1. Die Voraussetzungen sind zu einfach
    2. Die beteiligten Strahlen haben eine nicht berücksichtigte Winkelverteilung
    3. Durch den feuchtadiabatischen Gradienten (6,5 K/km) wird auch nach Schwarzschild in der tieferen Atmosphäre die Luftschichtung instabil (Troposphäre).

    MfG

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