Der Klimawandel pausiert (nicht)

Der globale Temperaturanstieg erfolgt nicht kontinuierlich, denn er ist von verschiedenen Faktoren abhängig - Faktoren etwa, die zeitlich variieren. So zum Beispiel die anthropogenen Treibhausgasemissionen (CO₂, CH4, N₂O, CFCs, Ozon), die Aerosole oder auch die Landnutzung. Dazu kommen natürliche externe Faktoren wie Vulkanausbrüche oder auch die Sonnenaktivität und interne Schwankungen (Wetter). Sie alle variieren - und damit auch der jährliche Temperaturanstieg.

Nicht überrascht...

Seit Beginn der 1970er-Jahre ist die globale Temperatur stark angestiegen, in den letzten 10-15 Jahren jedoch ist dieser Trend deutlich abgeflacht. Je nach Startjahr der Analyse ist der Trend praktisch null. Das zeigen die Temperaturmesskurven verschiedener Institutionen. Auch wenn sich diese Temperaturkurven leicht unterscheiden: Qualitativ zeigen sie alle die gleichen Muster [1].

Dass die globale Temperaturzunahme derzeit stagniert, steht nicht im Widerspruch mit dem langfristigen Klimawandel. Im Gegenteil: Auch in Zukunft ist mit kurzen Perioden der Stagnation oder Abkühlung zu rechnen. Die Wissenschaft ist von diesem Befund denn auch nicht prinzipiell überrascht. Auch deshalb nicht, weil ein solches kurzfristiges Verhalten der Temperatur auch in Klimamodellen auftritt (siehe Grafik 1). In den gleichen Klimamodellen übrigens, die auch den langfristigen, anthropogen bedingten Temperaturanstieg postulieren.

...und trotzdem herausgefordert

Und dennoch wirft die beobachtete Stagnation der Temperatur Fragen auf. Die Beobachtungen liegen innerhalb der Schwankungsbreite der Modelle, aber am unteren Rand. Als Gründe kommen mehrere Faktoren in Frage: Daran beteiligt sein können kurzfristige natürliche Klimaschwankungen (z.B. das Klimaphänomen El Niño im äquatorialen Pazifik), Veränderungen beim Strahlungsantrieb (z.B durch Aerosole ausgelöst) oder aber auch ein überschätzter Einfluss der Treibhausgase auf die globale Temperatur (Details siehe Zusatzerklärungen unten). Wahrscheinlich haben die natürlichen Klimaschwankungen derzeit den grössten Einfluss, denn nur schon ohne das starke El-Niño-Ereignis 1997/98 und die La-Niña-Phasen in den letzten Jahren würde man derzeit bei der Temperatur keine Stagnation, sondern im Gegenteil eine klare Zunahme messen [2].

Trotz anthropogenem Klimawandel ist also auch in den nächsten Jahrzehnten immer wieder mit Dekaden stagnierender oder gar abnehmender Temperatur zu rechnen [3]. Solche Ereignisse sind zwar unwahrscheinlich, aber eben nicht unmöglich. Sie sind gewissermassen die eine Art von Extremereignissen der Zukunft (die andere Art von Extremereignissen wären kurzfristig sehr starke dekadische Temperaturzunahmen).

Natürlich, diese Extremereignisse dürfen nicht zum Normalfall werden: Würden längere Phasen einer Stagnation oder Abnahme der Temperatur zur Regel, dann wäre es zunehmend unwahrscheinlicher, dass die natürlichen kurzfristigen Klimaschwankungen die alleinige Ursache dafür sind. Wie lange aber müssten diese Phasen dauern, damit dies gilt? Oder: Wie viele Jahre dürfte die weltweite Temperaturzunahme maximal stagnieren oder gar abnehmen, damit solche Phasen gerade noch als Ausnahmeereignisse unter einem wärmeren Klima gälten und wir weiterhin von einer langfristigen Klimaerwärmung ausgehen müssen?

Einmal mehr: eine Frage der Wahrscheinlichkeit

Wer bei dieser Frage eine exakte Zahl als Antwort fordert, erwartet zu viel. Denn diese Zahl gibt es nicht. Vielmehr ist es, einmal mehr, eine Frage der Wahrscheinlichkeit, mit der wir eine bestimmte Hypothese oder ein Ereignis ausschliessen können (oder eben nicht). Wem das zu schwammig ist, der sei getrost: In verschiedenen anderen Bereichen unseres Alltages leben wir mit solchen Wahrscheinlichkeiten eigentlich ganz gut. Beispiel Medizin: Nebenwirkungen von Medikamenten etwa müssen hier mit einer Wahrscheinlichkeit von eins zu vielen Tausend ausgeschlossen werden. Beispiel Atomkraftwerke: Hier muss ein GAU mit einer noch viel höheren Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden können. Aber unmöglich ist er nicht. Oder: Wie oft muss man würfeln, um zu entscheiden dass ein Würfel gezinkt ist? Vier Sechser in Serie sind verdächtig, sieben Sechser in Serie sind sehr verdächtig, aber sicher ist man nie. Die Hypothese, dass der Würfel gezinkt ist, wird einfach mit jedem Sechser wahrscheinlicher.

Und beim Klimawandel? Hier schätzen wir aus Modellen die Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Abkühlung von 0.25°C über zehn Jahre mit 1 zu 20 [4] (Details siehe Zusatzerklärungen unten). Selten zwar, aber immerhin eine Wahrscheinlichkeit von 5%. Eine solche Abkühlung würde den menschgemachten langfristigen Anstieg über 10 Jahre mehr als kompensieren.

Die Entwicklung der globalen Oberflächentemperatur über die letzten 10-20 Jahre wirft also durchaus Fragen auf, die in der Klimaforschung auch seit einigen Jahren diskutiert werden. Ein grosser Teil der Stagnation der globalen Temperaturzunahme ist eine Folge von natürlicher Klimavariabilität [2]. Der Ozean und damit die Erde als Ganzes erwärmen sich aber weiter. Ob neben der Variabilität weitere Faktoren eine Rolle spielen, ist zurzeit unklar (siehe Zusatzerklärungen unten). Aus der gegenwärtigen Stagnation der globalen Temperaturzunahme deshalb abzuleiten, der Klimawandel würde nicht stattfinden, ist aber vermessen: Dafür gibt es keine Evidenz.

Zusatzerklärungen für Interessierte

Mögliche Ursachen für ein Abflachen des globalen Temperaturanstiegs sind:

1. Interne Variabilität des Klimasystems

Der langfristige anthropogene Klimawandel wird überlagert von kurzfristigen natürlichen Schwankungen (z.B. El-Niño-Phänomen im äquatorialen Pazifik). Daraus folgt: Die Analyse von Trends über weniger als ungefähr 20 Jahre ist heikel. Das zeigt folgende Spielerei: Es ist möglich, die Temperaturzunahme seit 1970 vollständig aus Perioden mit stagnierender Temperatur zusammenzusetzen [5]. Auch wenn dies keine wissenschaftliche Arbeit ist, zeigt das Experiment trotzdem deutlich: Langfristig steigt die Temperatur, obwohl die Temperaturzunahme über mehrere kurzfristige Phasen stagniert.

All diese kurzfristigen natürlichen Schwankungen wie die Variation der Sonneneinstrahlung, der Einfluss der Vulkanausbrüche oder eben auch El-Niño-Ereignisse dämpfen derzeit den globalen Temperaturanstieg. Das zeigt sich, wenn man deren Einfluss auf die globale Temperatur herausrechnet: Aus der gegenwärtigen Stagnation wird dann wieder ein Temperaturanstieg [2]. Neuste Untersuchungen zeigen zudem, dass Phasen der Stagnation oft begleitet sind von grosser Wärmeaufnahme im tiefen Ozean [6, 7]. Dafür gibt es Hinweise, aber Messungen im tiefen Ozean sind leider spärlich.

Die Abschätzung der internen Variabilität aus Beobachtungen ist schwierig, weil zuverlässige Messungen nur etwa ein Jahrhundert umfassen. Eine Alternative ist, diese aus langen Simulationen von Klimamodellen unter konstantem Strahlungsantrieb (Control Simulationen) zu berechnen (siehe Grafik 2).

2. Strahlungsantrieb

Unser Verständnis des Strahlungsantriebs ist nicht vollständig: Die Treibhausgase sind sehr gut verstanden, aber neuere Arbeiten werfen Fragen zur Rolle des stratosphärischen Wasserdampfes und zu den vulkanische Aerosolen auf [8, 9]. Dazu kommt: Beim Einfluss der menschengemachten Aerosole auf das Klima sind die Unsicherheiten weiterhin gross. Langfristig ist ihr Einfluss auf die globale Temperatur aber klein: In allen Klimaszenarien nimmt ihre Konzentration künftig ab. Die Voraussagen für das 21. Jahrhundert wären kaum betroffen. Auch der Einfluss der Sonne ist gering, obwohl das letzte solare Minimum aussergewöhnlich lang war.

3. Einfluss der Treibhausgase auf die Temperatur

Es könnte sein, dass die Temperatur weniger stark auf Änderungen der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre reagiert, als angenommen (überschätzte Klimasensitivität). Oder anders ausgedrückt: Die Klimamodelle könnten die Erwärmung überschätzen. Die globale Temperatur der letzten 10-20 Jahre deutet zwar in diese Richtung, allerdings simulieren gerade die Modelle mit höherer Sensitivität das mittlere Klima von heute besser.

Literaturhinweise im Text sind gelistet unter weiterführende Links zur Meldung.

(Prof. Reto Knutti/ETH-Zukunftsblog)