Arbeitskreis Energie und Klima

Zur Vorbereitung der Sitzungen wurde ein Fragenkatalog, ausgehend von den wesentlichen Aussagen des IPCC Berichtes 2007, erstellt und den Vortragenden als Ausgangspunkt zur Verfügung gestellt.

Die Fragen lauteten:

1. Ist es zutreffend, dass
   die globalen Mitteltemperaturen(GMT) noch nie so hoch waren wie heute mit etwa +0,7K im Vergleich zum Mittelwert der Jahre 1961 bis 1990, ebenso der Gradient des Temperaturanstieges?
2. die Gletschermassen in den Alpen und in den Polarregionen stärker zurückgehen als je zuvor?
3. sich der Anstieg des Meeresspiegels in den letzten Jahren beschleunigt hat?
4. mit einer hohen Wahrscheinlichkeit (90 -95 %) dafür der menschengemachte Anstieg der Konzentration der Treibhausgase und insbesondere von CO2 verantwortlich ist?
5. bei einem weiteren Anstieg der CO2-Konzentration bis auf den doppelten Wert von heute verschiedene Modelle Szenarien berechnen, die einen Anstieg der globalen Mitteltemperatur von 2-7K, ein Verschwinden der Alpengletscher sowie einen drastischen Rückgang des Eises in der Arktis und Antarktis und einen daraus drohenden Anstieg des Meeresspiegels ausweisen?

Die ersten drei Fragen sollten klären, ob die beobachtete Klimaänderung in den letzten Jahrhunderten ein einmaliges Ereignis ist oder eine von vielen Klimaänderungen in den letzten 1.000 bzw. 10.000 Jahren. Falls es ein bisher einmaliges Ereignis ist, welche menschengemachte Ursache ist dafür verantwortlich (Frage 4) und können diese Ursachen mit belastbaren und validierten Modellen die nächsten 100 Jahre vorhersagen (Frage 5)?

Die Literatur, die zur Vorbereitung der Frageliste zusammengestellt wurde und die Präsentationen der Vortragenden sowie weitere von diesen genannte Literaturquellen sind in dem anliegenden elektronischen Ordner zusammengestellt. Die Hauptquelle ist der IPCC Bericht von 2007 mit den Kapiteln 1-11, deren Inhalt Tausende von Wissenschaftlern weltweit aus der gesamten Literatur zusammengetragen haben.

Die meisten Befürworter eines menschengemachten Klimawandels folgen ziemlich eng dieser Argumentation des IPCC. Die Ergebnisse sind im Synthesebericht in deutscher Sprache zusammengefasst.

Die Wissenschaftler, die dem Klimawandel kritisch gegenüberstehen, stützen ihre Aussagen auf historische Klimaschwankungen (Proxydaten), die ähnliche Auswirkungen wie die Erwärmung in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts ausweisen, und auf die fehlende Validierung der Klimamodelle und der darin getroffenen Annahmen. Die Kritiker des IPCC unterstellen ferner, dass dessen Literaturauswahl und Zusammenfassung nicht ausreichend die Informationen berücksichtigt, die der menschengemachten Klimaveränderung widersprechen. Die Kritiker führen ferner an, dass die großzügige staatliche Finanzierung das Forschen und Publizieren entlang des Mainstreams bevorzugt und damit die kritische Diskussion auch gegensätzlicher Meinungen behindert wird.

Lesehilfe zur nachstehenden Dokumentation
Um dem interessierten VDI-Mitglied den Zugang zu dieser ausführlichen Dokumentation zu erleichtern, wird diese in Abschnitte gegliedert und die zugehörige Literatur genannt, die von der Arbeitsgruppe genutzt wurde. Wenn die Anzahl der hier zitierten kritischen Literaturstellen zunächst größer erscheint als die der IPPC nahen Berichte, dann ist zu bedenken, dass diese IPPC Berichte zehntausende von Literaturstellen beinhalten.

Zur Erstellung der VDI Frageliste (siehe oben) wurden von dem Vorsitzenden Exzerpte aus verschiedenen Quellen zusammengestellt. Ein weit detaillierter Überblick findet sich im Synthesebericht des IPPC Berichtes.

Anstieg der globalen Mitteltemperatur GMT
Das Kapitel 3 des IPCC Berichtes Observations: Surface and Atmospheric Climate Change zeigt z.B. in Fig. 3.4 mehrere historische Datenreihen dieser globalen Mitteltemperatur ab dem Jahr 1860, die nach kleineren Schwankungen im 19. Jahrhundert einen kontinuierlichen Temperaturanstieg im 20. Jahrhundert belegen. Ewert stellt 800 gemessene Temperaturverläufe weltweit ab Beginn der Temperaturmessungen vor, d.h. bereits ab 1700, wovon der größere Anteil entweder eine Abnahme oder einen Gleichstand der Temperatur in diesen Zeiträumen belegt. Mangini ermittelt historische Temperaturen aus dem Sauerstoff-Isotop 18 in Stalagmiten; die daraus ermittelten Temperaturschwankungen sind in der gleichen Größenordnung wie der Temperaturanstieg im 20. Jahrhundert. D’Aleo und Watts zeigen den Einfluss der zeitlich schwankenden Anzahl von Messstationen weltweit und ihrer geographischen Verteilung auf diese globale Mitteltemperatur. Limburg behandelt die unterschiedlichen Messmethoden und die vielfältigen systematischen Messunsicherheiten. Er kommt zu dem Ergebnis, dass die Unsicherheiten von Temperaturen und Meeresspiegelhöhen weitaus größer sind als bisher angenommen.

Abnahme der Gletscher in den Alpen und der Eismassen in den Polarregionen
Der IPCC Bericht Kapitel 4 weist auf die Abnahme der Alpengletscher in den letzten 100 Jahren hin, den Rückgang der eisfreien Fläche in der Arktis und einer leichten Zunahme der Eisbedeckung in der Antarktis. Patzelt zeigt anhand gefundener Baumreste in den Gletschermoränen, dass in den letzten 10.000 Jahren die Alpengletscher zwei Drittel der Zeit kleiner waren als heute. Kirstein zitiert verschiede Quellen zur Eisbedeckung in der Arktis, die mit der Jahreszeit stark schwankt und nach einem sommerlichen Minimum in 2007 wieder zunimmt.

Anstieg des Meeresspiegels
Der IPPC Bericht weist in Kapitel 5 auf einen stetigen Anstieg des mittleren Meeresspiegels als Folge der abschmelzenden Eismassen hin. Dieser Aussage wird von Kirstein unter Hinweis auf Veröffentlichungen von Moerner widersprochen. Moerner zeigt, gestützt auf Messdaten, einen deutlich geringeren Anstieg weltweit  bzw. eine nahezu konstante Meeresspiegelhöhe in der Nordsee; die viel zitierten Überflutungen von Südsee-Atollen hält Moerner auf Grund der Datenlage für nicht gerechtfertigt.

Einfluss der Treibhausgase auf dem Klimawandel
Der IPPC Bericht kommt zu dem Schluss, dass der beobachtete Klimawandel im 20. Jahrhundert mit einer Wahrscheinlichkeit von 90-95 % auf den Anstieg der Treibhausgase, vor allem des CO2, zurückzuführen ist. Diese Aussage werde gestützt durch die Feststellung, dass in den letzten 10.000 Jahren keine vergleichbaren Klimaänderungen aufgetreten sind.

Svensmark, Moerner und auch Weber weisen auf eine gute Korrelation zwischen den Sonnenflecken-Zyklen und den beobachteten Mitteltemperaturen hin. Als physikalische Ursache wird das sich mit den Sonnenflecken stark ändernde Magnetfeld der Sonne angesehen, das die Erde mehr oder weniger gegen die kosmische Strahlung abschirmt. Diese kosmische Strahlung erzeugt Aerosole, die zu einer stärkeren Wolkenbildung und damit kühleren Temperaturen führen.

Modellierung des Klimawandels und Vorhersagen für das 21. Jahrhundert
Das IPCC zeigt in Kapitel 8 die Konzepte der verschiedenen Rechenmodelle, vergleicht diese und bildet daraus Mittelwerte, die als belastbare Vorhersagen gewertet werden.

Bakan verweist auf die immer besser werdende Modellierung der IPPC Programme, zum Beispiel die Reduktion in der Kantenlänge der Finiten Elemente von 500 auf nur 110 km, Variation des Bedeckungsgrades und des Wasserdampfgehaltes der Wolken und eine bessere Koppelung zwischen den Teilbereiche wie zum Beispiel Atmosphäre, Land und Ozeanen. Die unterstellten Strahlungsantriebe wie zum Beispiel von CO2 sind mit  Unsicherheiten behaftet, die größten liegen bei Aerosolen vor. Zur Validierung der Modelle stellt er  einen Vergleich der IPPC Rechnungen vor, einmal nur mit den angenommenen natürlichen Strahlungsantrieben und einmal mit natürlichen und anthropogenen Strahlungsantrieben, die eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit dem beobachtenden Temperaturverlauf im 20. Jahrhundert zeigen. Diese Modelle führen bei einer Verdoppelung des CO2 Gehalt im Vergleich zu heute zu dem bekannten mittleren Temperaturanstieg von 3-4 K mit Maxima in der Arktis von 6-7 K. 

Kottmeier sieht die verschiedenen IPCC Modelle als gleich wahrscheinlich, allerdings übersteigen die Emissionen der Treibhausgase deren ungünstigste Annahmen. Mit den Jahren wurde die Modellierung in den Modellen immer feiner und die Zahl der Einflussgrößen wie z.B. Aerosole und Rückkopplungen wie dynamisches Pflanzenwachstum konnte weiter gesteigert werden. Die Ergebnisse lassen die höchsten Temperatursteigerungen in der Arktis am Boden und in den Tropen in 8-12 km Höhe erwarten, dementsprechend auch eine stärkere Reduktion der Eisbedeckung in der Arktis. Am KIT werden regionale Modellierungen mit noch feinerer Auflösung (50 bis 7 km) vorgenommen. Für Deutschland ergeben diese Rechnungen für den Zeitraum 2020 bis 2050 eine leichte Zunahme der Sturmaktivitäten in Norddeutschland, höhere Winterniederschläge und eine Zunahme der sommerlichen Starkregen wenngleich die Regenmenge im Sommer etwa konstant bleibt.

 

Die wahrscheinliche Bandbreite der globalen Temperaturerhöhungen bei Verdoppelung des CO2-Gehaltes liegt nach IPCC-Aussage auf Basis der Simulationsrechnungen zwischen 2 und 4,5 K, mit hoher Wahrscheinlichkeit bei 3 K. Als besonders schwierig werden die erforderlichen Annahmen für Aerosole und Wolkenbildung genannt. Diese sind deswegen bedeutsam, weil auch nach Aussagen des IPCC eine Verdoppelung der CO2 Konzentration von heute allein nur einen Anstieg der globalen Mitteltemperatur von 1,2 K bewirkt. Für die o.g. Bandbreite müssen ein erhöhter Wasserdampfgehalt und dessen mögliche Auswirkungen, zum Beispiel Wolkenbildung, unterstellt werden.

 

Diese Verstärkung durch den steigenden Wasserdampfgehalt, d.h. eine positive Rückkopplung, wird von verschiedenen Autoren anhand von Satelliten- und Ballon-Messungen in Zweifel gezogen. So zeigt Link  anhand der Arbeiten von Lindzen und Choi, dass die Daten der Satelliten CERES und ERBE eine negative Rückkopplung für die Oberflächentemperatur durch einen erhöhten Gehalt von Wasserdampf in der Atmosphäre belegen. Die Arbeit von Paltridge weist auf große Unsicherheiten der Ballonmessungen für das Feuchte-Profil der Troposphäre hin, kommt aber ebenfalls zu dem Schluss einer negativen Rückkopplung. Link wertet beide Messungen aus und bestätigt die negative Rückkoppelung durch den Wasserdampf; dementsprechend liegen die Vorhersagen für die Entwicklung der globalen Mitteltemperatur deutlich zu hoch. Zu einem ähnlichen Schluss kommt Michaels, der die IPCC Vorhersagen für verschiedene Faktoren korrigiert und damit zu Temperaturvorhersagen deutlich unter 2 K kommt.

Phillipona trug verschiedene Messungen des Schweizer Wetterdienstes vor, macht ähnliche Berechnungen wie das IPCC, kommt aber zum Schluss zu einer Vorhersage von 1 bis 2 K bis zum Ende des 21. Jahrhunderts. Einen wesentlichen Einfluss für den Anstieg der mittleren Temperaturen in Zentraleuropa sieht er im Rückgang der industriellen Luftschadstoffemissionen im 20. Jahrhundert.

Im Für und Wider dieser Veröffentlichungen ist eine Kritik von Rahmstorf an zwei Veröffentlichungen von Klimaskeptikern [Hollerbach und Berner sowie Michaels] hilfreich, um die Methode der Argumentation nachzuvollziehen. Rahmstorf bestätigt, dass es viele Einflussgrößen auf die globale Mitteltemperatur gibt, weshalb keine eindeutige Korrelation zwischen Temperatur und CO2 in den letzten Jahrtausenden gefunden werden kann. Da sich die CO2-Konzentration bis vor rund 150 Jahren praktisch nicht verändert hat, kann es deshalb die Temperatur gar nicht beeinflusst haben; er bestätigte allerdings höhere Temperaturen im mittelalterlichen Klimaoptimum. In den letzten 50 Jahren zeigen diese anderen Faktoren keine Veränderung, daher muss der Temperaturanstieg in diesem Zeitraum durch das menschengemachte CO2 verursacht sein. Zum Beispiel stellt er fest, dass die Sonnenaktivitäten seit 1940 hoch aber konstant sind, was im Widerspruch zu Hollerbach und Berner bzw. Svensmark steht. Den geringeren Temperaturanstieg in den Modellrechnungen von Michaels führte Rahmstorf auf die selektiv niedrig gewählten Parameter in dessen Rechnungen zurück. In seiner Zusammenfassung schreibt Rahmstorf: „Wir empfehlen daher Entscheidungsträgern aus Wirtschaft und Politik, sich bei ihren Entscheidungen auf die breit abgestützten Übersichtsberichte zu verlassen, die in regelmäßigen Abständen den aktuellen Stand des Wissens zusammenfassen….. Ihre Aussagen sind zuverlässiger und ausgewogener als die einzelner Wissenschaftler, weil sich schlecht fundierte oder extreme Einzelmeinungen hier nicht durchsetzen können“.

Für den Leser sind eventuell noch drei Stellungnahmen von Michaels, Lindzen und Curry zum Thema Klimaentwicklung vor dem amerikanischen Kongress von Interesse, da bei einem solchen dokumentierten Hearing eine gewisse Sorgfalt der Aussage unterstellt werden darf.

Negendank und auch Curry kommen zur Aussage, die Klimamodellierung sei ein “wicked problem“ d.h. mathematisch nicht hinreichend lösbar. Dem schließt sich auch die London School of Economics im Hartwell Paper an und empfiehlt, ähnlich wie Curry, die Leitlinien der Energie- und Klimapolitik zu überdenken. Es sei zu gewährleisten,

• dass es Zugang zur Energie für alle gibt;
• dass wir uns nicht auf eine Weise entwickeln, die wesentliche Funktionsabläufe des Erdsystems untergräbt; 
• dass unsere Gesellschaften gut gerüstet sind, um den Risiken und Gefahren zu begegnen, die mit den Wechselfällen des Klimas verbunden sind, was immer deren Ursache ist.

Schlussbemerkung
Die AG „Energie und Klima“ verzichtet bei dieser Lesehilfe bewusst auf eine Wertung der einzelnen Quellen, eingedenk der fehlenden Sachkunde im VDI zu Fragestellungen der Klimamodellierung. Sehr gerne stehen die Herren Prof. Riedle und Dr. Hencke für eine weitergehende und vertiefende Diskussion zur Verfügung.

 

Ansprechpartner in der VDI-GEU:

Dr.-Ing. Ernst-Günter Hencke

hencke@vdi.de

Telefon: +49 211 6214-416