Titelinformation

Bayerische Akademie der Wissenschaften (Herausgeber):

Klimawandel im 20. und 21. Jahrhundert:

Welche Rolle spielen Kohlendioxid, Wasser und Treibhausgase wirklich?

Rundgespräch am 17. Mai 2004

Inhalt

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7-8
Vorwort 9
Begrüßung durch den Präsidenten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Heinrich NÖTH 11-12
Karl-Eugen REHFUESS: Einführung in das Rundgespräch 13-15
Christian-D. SCHÖNWIESE: Globale und regionale Klimaänderungen im Industriezeitalter – Beobachtungsindizien und Ursachen 17-32
Heinz WANNER: 500 Jahre Klimavariabilität im europäischen Alpenraum – raumzeitliche Strukturen und dynamische Interpretationen 33-52
Diskussion der beiden Vorträge 52-54
Hartmut GRASSL: Klimawandel im 20. und 21. Jahrhundert: Beobachtungen und Projektionen 55-59
Joseph EGGER: Regionale Klimamodellierung: Erfolge und Probleme 61-64
Diskussion der beiden Vorträge 65-68
Franz FIEDLER: Energie- und Wasserhaushalt der Atmosphäre: Inwieweit beherrschen Klimamodelle diese zentralen Bereiche des globalen Klimas? 69-79
Jost HEINTZENBERG: Aerosole verursachen die größte Unsicherheit in heutigen Klimadiskussionen 81-87
Diskussion der beiden Vorträge 88-91
Hartwig VOLZ: Klimamodellierung – Unsicherheiten bei Prozessbeschreibung und Eingabedaten 93-107
Diskussion 108-109
Sami K. SOLANKI: Wie stark beeinflusst die Sonne das Klima und den derzeitigen Klimawandel? 111-121
Diskussion 122
Karl-Eugen REHFUESS: Zusammenfassung des Vortrags von Hans von Storch »Der Umgang mit dem Klimawandel: Anpassung und Vermeidung« 123-124
Abschlussdiskussion 125-132
Horst HAGEDORN: Zusammenfassung des Rundgesprächs 133-136

Vortragende (*) und Diskussionsteilnehmer

Arnold, Frank, Prof. Dr., Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg

Becher, Raimund, Bayerisches Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten, Ref. F3: Waldökologie, München

Betke, Klaus, em. Prof. Dr., Lochham

Bolle, Hans-Jürgen, em. Prof. Dr., München

Bulirsch, Roland, em. Prof. Dr., Bayerische Akademie der Wissenschaften, München

Crewell, Susanne, Prof. Dr., Universität München, Meteorologisches Institut, München

Dietze, Peter, Dipl.-Ing., Langensendelbach

* Egger, Joseph, em. Prof. Dr., Universität München, Meteorologisches Institut, München

Fabian, Peter, em. Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Bioklimatologie und Immissionsforschung, Freising

* Fiedler, Franz, Prof. Dr., Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruhe

* Graßl, Hartmut, Prof. Dr., Max-Planck-Institut für Meteorologie und Meteorologisches Institut der Universität Hamburg, Hamburg

Hagedorn, Horst, em. Prof. Dr., Universität Würzburg, Geographisches Institut, Würzburg

Haider, Konrad, em. Prof. Dr., Deisenhofen

* Heintzenberg, Jost, Prof. Dr., Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, Leipzig

Herm, Dietrich, em. Prof. Dr., Pullach

Hoffmann, Egon, Dr., Vorsitzender des Ausschusses für Energie- und Rohstoffpolitik des Wirtschaftsbeirats der Union e.V., München

Höppe, Peter, Prof. Dr., GeoRisikoForschung der Münchener Rückversicherung, München

Koelle, Dietrich, Dr.-Ing., TCS Ingenieurbüro für Systemanalysen, Ottobrunn

Köpke, Peter, Dr., Universität München, Meteorologisches Institut, München

Nöth, Heinrich, em. Prof. Dr., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, München

Raschke, Ehrhard, em. Prof. Dr., Universität Hamburg, Meteorologisches Institut, Hamburg

* Rehfuess, Karl-Eugen, em. Prof. Dr., Technische Universität München, Dept. für Ökologie, Freising

Reichholf, Josef H., Prof. Dr., Zoologische Staatssammlung München, München

Röck, Heinrich, Dr., Trostberg

Sartorius, Rolf, Dr., Umweltbundesamt Berlin, Ref. I/2.7: Schutz der Erdatmosphäre, Berlin

Sauer, Hans Dieter, Wissenschaftsjournalist, Gräfelfing

* Schönwiese, Christian-D., Prof. Dr., Johann-Wolfgang-Goethe-Universität, Institut für Atmo­sphäre und Umwelt, Frankfurt a. Main

* Solanki, Sami K., Prof. Dr., Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau

* Storch, Hans von, Prof. Dr., GKSS Forschungszentrum, Institut für Küstenforschung, Geesthacht-Tesperhude

Tropper, Doris, Bund Naturschutz in Bayern e.V., Landesfachgeschäftsstelle, Erlangen

* Volz, Hartwig, Dr., RWE Dea AG, Labor Wietze, Wietze

* Wanner, Heinz, Prof. Dr., Universität Bern, Nationaler Forschungsschwerpunkt Klima, Bern

Weber, Hans, Baudirektor, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München

Wieland, Carl Paul, Präsident der Österreichisch-Bayerischen Gesellschaft, Baldham

Ziegler, Hubert, em. Prof. Dr., Vorsitzender der Kommission für Ökologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften, München

Vorwort

Viele Klimaforscher sind aufgrund von Hypothesen und Modellrechnungen davon überzeugt, dass die derzeit ablaufende Klimaerwärmung mit allen Nebenerscheinungen ganz überwiegend durch den Anstieg des Kohlendioxids (CO2) und anderer Treibhausgase aus anthropogenen Quellen verursacht wird. Diese Auffassung bestimmt das in den Medien verbreitete Weltbild und ist Grund­lage der Energie- und Klimapolitik der Bundesregierung (Stichworte Kyoto-Protokoll, Emissionsrechtehandel).

Demgegenüber verweisen andere Wissenschaftler mit guten Argumenten darauf, dass die komplexen Wechselwirkungen zwischen dem Energie- und dem Wasserhaushalt der Atmosphäre/Erde und auch die Einflüsse anderer Klimaparameter bisher nur wenig verstanden und deshalb in den gegenwärtig benutzten Klimamodellen nur unvollkommen abgebildet sind. Die Belastbarkeit der aus den verfügbaren Modellen abgeleiteten Klimavorhersagen ist daher in Frage zu stellen. Wegen der vielen Einflussfaktoren mit oft unzureichend bekannten Wechselwirkungen wird sogar überhaupt bezweifelt, dass die künftige Klimaentwicklung prognostiziert werden kann.

Die Kommission für Ökologie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften hat in dieser Situation versucht, im Rahmen des Rundgesprächs »Klimawandel im 20. und 21. Jahrhundert: Welche Rolle spielen Kohlendioxid, Wasser und Treibhausgase wirklich?« führende Vertreter der »mainstream«-Hypothese und prominente Kritiker derselben zu einem intensiven Gedankenaustausch zusammenzuführen. Ziel der Tagung war es,

– Klimaänderungen in der Vergangenheit und der Gegenwart darzustellen und ihre möglichen Ursachen zu identifizieren,

– zu hinterfragen, inwieweit derzeitige Klimamodelle die an sie gestellten Anforderungen erfüllen und wo Schwachstellen in der Klimamodellierung liegen,

– am Beispiel wichtiger Parameter, wie Niederschlag oder Aerosole, bestehende Wissenslücken aufzuzeigen sowie

– die Folgerungen zu diskutieren, die sich aus dem gegenwärtigen Kenntnisstand für die Politik wie für jeden Einzelnen ergeben.

Die Vorträge und Diskussionen dieses Rundgesprächs werden in dem vorliegenden Buch der breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht; eine Zusammenfassung findet sich auf den Seiten 133-136. Der Band richtet sich gleichermaßen an Fachleute wie an interessierte Laien. Wir hoffen, auf diese Weise auch einen Beitrag zur Versachlichung der Diskussion zum Thema »Klimawandel und Klimamodellierung« zu leisten.

Horst Hagedorn, Karl-Eugen Rehfuess, Heinrich Röck

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Abstracts

Christian-D. SCHÖNWIESE: Globale und regionale Klimaänderungen im Industriezeitalter – Beobachtungsindizien und Ursachen

[16 Seiten, 6 Farb- und 6 Schwarzweißabbildungen, 6 Tabellen]

Seit die Erde existiert, gibt es Klimaänderungen in unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Größenordnungen und aus unterschiedlichen Gründen. Allerdings waren die letzten Jahrtausende durch ein relativ stabiles Klima gekennzeichnet, bevor im Industriezeitalter der Mensch – mit zunehmender Intensität und global – zu einem wesentlichen zusätzlichen Klimafaktor geworden ist. Die Folge war eine im globalen Mittel feststellbare systematische Erwärmung der unteren Atmosphäre, die jedoch komplizierte regionale Strukturen aufweist. Dies gilt in noch größerem Maß für Änderungen im Niederschlagsgeschehen. Auch Deutschland hat an dieser Erwärmung teilgenommen, wobei in den letzten Jahrzehnten vor allem die winterliche Zunahme von Temperatur und Niederschlag auffällig ist. Zum Teil geht diese Hand in Hand mit einer Zunahme der Häufigkeit von Extremereignissen, insbesondere beim Winter-, weniger jedoch beim Sommerniederschlag. Der extreme Hitzesommer 2003 entspricht dem Erwärmungstrend, muss aber – noch – als sehr seltenes Ereignis angesehen werden. Mit Hilfe empirisch-statistischer Methoden gelingt es, in Übereinstimmung mit dem physikalischen Konzept der Strahlungsantriebe, zumindest die global gemittelte Erwärmung seit ca. 1860 dem anthropogenen Treibhausgas­einfluss zuzuordnen, während natürliche Einflüsse (Vulkanismus, Sonnenaktivität, ENSO, NAO) mehr oder weniger nur die dem Langfristtrend überlagerten Fluktuationen verursacht haben.

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Heinz WANNER, Carlo CASTY, Jürg LUTERBACHER und Andreas PAULING: 500 Jahre Klimavariabilität im europäischen Alpenraum – raumzeitliche Strukturen und dynamische Interpretationen

[20 Seiten, 8 Farb- und 3 Schwarzweißabbildungen, 3 Tabellen]

Auf der Basis der Multiproxy-Analysetechnik wurden erstmals 500-jährige gegitterte Temperatur- und Niederschlagsfelder für den gesamten europäischen Alpenraum rekonstruiert, und zwar mit einer saisonalen Auflösung vor 1659 und Monatsmittelwerten von 1659 bis 1900. Auf der dekadischen Zeitskala erlaubt der Datensatz die Bestimmung von kalten/warmen oder nassen/trockenen Perioden sowie von Extremen und Trends. Er bietet ebenfalls die Möglichkeit einer ersten Abschätzung, ob Wechselwirkungen zwischen natürlichen (Sonne, Vulkane) und anthropogenen (Treibhauseffekt) Antriebsfaktoren respektive der natürlichen Variabilität (in Form der Nordatlantischen Oszillation; NAO) und alpinen Temperaturen oder Niederschlägen bestehen.

Die Wintertemperaturen markieren klar den Übergang von der »Kleinen Eiszeit« (als der möglicherweise kältesten Periode seit 8000 Jahren) zur gegenwärtigen Warmphase, wobei die vier wärmsten Jahre alle in der letzten Dekade auftraten (1994, 2000, 2002, 2003). Die Niederschlagswerte sind sehr variabel. Ein deutlich negativer Trend wird nur in den letzten 30 Jahren auf der Alpensüdseite sichtbar. Er dürfte vor allem auf die stark positiven Werte der NAO zurückzuführen sein. Gleichläufigkeiten zwischen den Zeitreihen der natürlichen/anthropogenen Antriebsfaktoren mit Temperatur und Niederschlag sind nur selten auszumachen. Ausnahmen bilden etwa das Maunder Minimum (1645-1715), mit einer schwachen Solaraktivität und einer Häufung von Vulkanausbrüchen mit markant tieferen Wintertemperaturen sowie Trockenheit, oder die letzten drei Dekaden mit einem stark angestiegenen anthropogenen Antrieb und einem deutlich positiven/negativen Trend bei den Temperaturen/Niederschlägen.

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Joseph EGGER: Regionale Klimamodellierung: Erfolge und Probleme

[4 Seiten, 1 Schwarzweißabbildung, 1 Tabelle]

Die regionale Klimamodellierung zielt auf die numerische Nachbildung von lokalen Details, die die globale Modellierung wegen ihrer relativ groben numerischen Auflösung nicht erfassen kann. Entsprechend verfügen Regionalmodelle über eine hohe lokale Auflösung, müssen aber in globale Modelle eingebettet werden. Zu Testzwecken können auch vorhandene Daten aus Beobachtungen an den Rändern des regionalen Modells vorgegeben werden. Dabei zeigt sich, dass die Qualität der numerischen Simulationen in Vergleich zum beobachteten Regionalklima insgesamt gut ist, aber in manchen Gebieten doch noch zu wünschen übrig lässt. Szenarienrechnungen für die Zukunft weisen darauf hin, dass sich Mitteleuropa erwärmen wird und dass die Schwankungsbreite der mittleren Sommertemperaturen zunehmen wird. Diese Änderungen ergeben sich als Folge eines anthropogen erhöhten Gehalts an Treibhausgasen.

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Franz FIEDLER: Energie- und Wasserhaushalt der Atmosphäre: Inwieweit beherrschen Klimamodelle diese zentralen Bereiche des globalen Klimas?

[11 Seiten, 8 Farb- und 2 Schwarzweißabbildungen]

Das Klima der Erde stellt im Wesentlichen die Reaktion der Atmosphäre und der Ozeane auf die von der Sonne zugeführte Energie dar. Aufgrund der ungleichen Energiebeträge, die das System am Äquator und an den Polen einnimmt, organisiert sich die Atmosphäre in einer Vielzahl verschiedener Strömungsmuster, um die eingenommene Energie wieder an den Weltraum abgeben zu können. Durch menschliche Einflüsse werden die Energieströme um einen relativ kleinen Betrag von 1-3 W/m2 verändert, der jedoch ausreicht, um erhebliche Veränderungen im Klimageschehen in Gang zu setzen. Die bisherigen Berechnungsmethoden besonders in Klimamodellen reichen in ihren Genauigkeiten nicht aus, um die Energietransporte, die mit dem Wasserkreislauf verknüpft sind, hinreichend genau zu spezifizieren. Insofern beinhalten die Aussagen bisheriger Klimamodelle auf die zukünftige Klimaentwicklung noch große Unsicherheiten.

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Jost HEINTZENBERG: Aerosole verursachen die größte Unsicherheit in heutigen Klimadiskussionen

[7 Seiten, 4 Schwarzweißabbildungen]

Die ersten hundert Jahre der Forschung zum menschlich bedingten Klimawandel beschäftigten sich im Wesentlichen mit den Auswirkungen einer Verdoppelung des atmosphärischen CO2-Gehaltes. Ab 1990 kamen Aerosolpartikel und damit auch verstärkt Wolken in die Klimadiskussion. Die vorher recht klaren Vorstellungen des zusätzlichen anthropogenen Treibhauseffektes wurden dadurch erheblich getrübt. Immer neue Aerosolkomponenten werden ins Spiel gebracht, von Sulfatpartikeln über Ruß und Biomassepartikeln bis zu Mineralstaub. Alle diese anthropogenen Partikel können die hoch klimawirksamen Wolken in ihren Strahlungseigenschaften und Niederschlagsprozessen beeinflussen. Die Eigenschaften, Wirkungen und die globale Verteilung des atmosphärischen Aerosols sind jedoch noch nicht hinreichend genug klargelegt. Klimaprojektionen in die nähere Zukunft sind daher mit größeren Unsicherheiten belastet als aus den IPCC-Berichten hervorgeht.

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Hartwig VOLZ: Klimamodellierung – Unsicherheiten bei Prozessbeschreibung und Eingabedaten

[15 Seiten, 7 Schwarzweißabbildungen]

Der Beitrag fokussiert auf das Wärmeabstrahlungsvermögen der Ozeane (Emissivität), zum einen wegen der Bedeutung dieses Parameters für das Klimasystem und zum anderen wegen der Tatsache, dass diese von der etablierten Klimawissenschaft noch nicht hinreichend erkannt wurde und daher in den Klimamodellen keine oder nicht angemessene Berücksichtigung findet.

Anhand physikalischer Daten aus der Satellitenfernerkundung ("remote sensing") wird die Windabhängigkeit der Meerwasseremissivität quantitativ abgeschätzt. Stellvertreterdaten (Proxies) zur Dokumentierung der Klimavergangenheit zeigen, dass die Meerwasseremissivität über positive Rückkopplungsmechanismen dominierend zu charakteristischen Klimafluktuationen beiträgt (Glaziale/Zwischenglaziale; abrupte und starke Klimasprünge innerhalb der Glaziale). Während des »mittelalterlichen Klimaoptimums« bzw. der nachfolgenden »Kleinen Eiszeit« in der Atlantik-Region verstärkte die windabhängige Meerwasseremissivität den Einfluss von Schwankungen der Sonnenaktivität. Diese Klimaaufzeichnungen sowie Messungen der Neuzeit legen den Schluss nahe, dass durch natürliche zyklische, durch die Meerwasseremissivität verstärkte Klimafluktuationen ein Großteil, wenn nicht die gesamte Erwärmung des 20. Jahrhunderts interpretierbar ist.

Für die Klimamodellierung ergeben sich daraus die folgenden Konsequenzen: (1) Die Nichtberücksichtigung der windabhängigen Meerwasseremissivität ist ein gravierender Mangel. (2) Entsprechend können die Klimamodelle charakteristische zyklische und sich überlagernde Fluktuationen des Klimasystems in Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrtausenden nicht oder nur un­zureichend beschreiben. (3) Mit heutigen Klimamodellen kann daher grundsätzlich der quantitative Einfluss von natürlichen Fluktuationen im Vergleich zu anthropogenen Störungen nicht unterschieden werden. (4) Eine Modell-unterstützte Abschätzung der sog. Klimasensitivität ist wegen Nichtberücksichtigung des dominierenden Einflussparameters Meerwasseremissivität und dessen Verstärkung natürlicher Klimafluktuationen gegenwärtig nicht möglich.

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Sami K. SOLANKI: Wie stark beeinflusst die Sonne das Klima und den derzeitigen Klimawandel?

[12 Seiten, 11 Schwarzweißabbildungen]

Die Strahlung der Sonne macht aus der Erde einen bewohnbaren Planeten. Fluktuationen bei der Sonnenhelligkeit beeinflussen deshalb wahrscheinlich das Klima auf der Erde, wobei es sich als schwierig erwiesen hat genau zu bestimmen, wie die Sonnenstrahlung schwankt und wie stark solche Schwankungen das Klima auf der Erde beeinflussen. Neue Daten und neue Analysemethoden haben über die vergangenen Jahre zu einem signifikanten Fortschritt geführt, wobei noch einiges offen ist und es weiterer Forschung bedarf. Der Artikel gibt einen Überblick der aktuellen Diskussion über den Einfluss der Sonne auf das Erdklima aus der Perspektive eines Sonnenphysikers und fasst den Stand der Erkenntnisse auf den relevanten Gebieten der Sonnenphysik zusammen.

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