Sind die Änderungen des Klimas auf interne klimatische Schwankungen¹ oder doch auf externe Änderungen in der Strahlungsbilanz² zurückzuführen? Bei letzteren unterscheidet man zwischen natürlichen³ und menschgemachten (anthropogenen)⁴ Strahlungstreibern. In einer am Sonntag veröffentlichten Studie⁵ gingen Prof. Reto Knutti und ich den verschiedenen Treibern und deren «Fussabdrücken» in der globalen Temperatur auf die Spur.

Der Fussabdruck als Puzzle

Die Anteile der natürlich beziehungsweise menschgemachten Ursachen an den beobachteten Klimaänderungen berechnen die Klimawissenschaftler zumeist mit einer statistischen Methode⁶, die mit Hilfe von komplexen Klimamodellen die beobachteten räumlichen Temperaturänderungen («Fussabdrücke») wie eine Art Puzzle zusammensetzt. Die einzelnen Puzzleteile entsprechen dabei den individuellen Fussabdrücken von beispielsweise Treibhausgasen, Änderungen in der Sonneneinstrahlung oder der internen Variabilität des Klimasystems.

Die Energieerhaltung als Grundstein

Wir haben in unserer Studie jedoch einen anderen, ergänzenden Ansatz verfolgt. Grundstein unserer Methode ist die Energieerhaltung. Diese besagt, dass eine Änderung der Strahlungsbilanz ausgeglichen wird durch eine Änderung der Temperatur und durch eine Wärmeänderung der Ozeane⁷. Nebst diesem Grundsatz verwendeten wir Rekonstruktionen des vergangenen Strahlungsantriebs sowie Beobachtungen der globalen Temperatur und der Wärmeaufnahme der Ozeane.

Die anthropogenen und natürlichen Fussabdrücke

Mit Hilfe eines Klimamodells und einer Vielzahl von Simulationen (mehr als 10'000) ̶ gewichtet gemäss ihren Übereinstimmungen mit den Beobachtungen ̶ konnten wir den individuellen Anteil der verschiedenen Treiber an der gemessenen Erwärmung seit dem Jahr 1850 berechnen. Dies ermöglichte uns, die jeweiligen Anteile von anthropogenen und natürlichen Faktoren am Temperaturverlauf zu illustrieren (siehe Link zur Figur unter «Weiterführende Links zur Meldung»).

Die Graphik zeigt deutlich, dass die menschgemachten Faktoren die Erwärmung seit den 50er Jahren dominieren; eine leichte Erwärmung zwischen den 1920ern und 1960ern ist teilweise auf natürliche Faktoren zurückzuführen. Weiterhin fanden wir, dass alleine die Treibhausgase zu einer Erwärmung von 0.85°C geführt haben. Ein Teil dieser Erwärmung wurde durch die kühlende Wirkung von Aerosolen «gedämpft», so dass die beobachtete Erwärmung in den letzten 50 Jahren 0.56°C betrug.

Wieviel tragen natürliche Schwankungen zur Temperaturänderung bei?

Als Annahme für die natürlichen Schwankungen verwendeten wir Simulationen von komplexen Klimamodellen, bei denen die Strahlungsbilanz nicht geändert wurde. Wir untersuchten die Möglichkeit, dass die beobachteten linearen Temperatur-Trends durch rein natürliche klimatische Variationen verursacht sein können. Als Ergebnis fanden wir, dass es sehr unwahrscheinlich ist (weniger als 5% Wahrscheinlichkeit), dass natürliche Schwankungen mehr als 26% zur Temperaturerwärmung der letzten 60 Jahre beigetragen haben.

Die Kombination unserer Ergebnisse mit früheren sogenannten «optimal fingerprint»-Studien, mit Prozessverständnis und mit paleoklimatischen Daten liefert eine konsistente Basis für die Aussage, dass die Temperaturzunahme seit den 1950ern grösstenteils von menschgemachten Einflüssen dominiert wird.

¹ oft als interne Variabilität bezeichnet

² mehr dazu in meinem früheren ETH-Klimablogbeitrag «Energiebilanz ist unverzichtbar für Klimaforschung» (siehe «Weiterführende Links zur Meldung»)

³ unter natürliche Strahlungstreiber zählt man z.B. Vulkanausbrüche und Änderungen in der Sonneneinstrahlung

⁴ unter anthropogene Strahlungstreiber werden solche Treiber gezählt, welche aufgrund menschlicher Aktivität (aktiv und passiv) die Strahlungsbilanz der Erde ändern. Hierzu zählen unter anderem anthropogene Emissionen von Treibhausgasen und Aerosolen, sowie menschgemachte Änderungen in der troposphärischen und stratosphärischen Ozonkonzentration.

⁵ Huber, M. and R. Knutti (2011) Nature Geoscience (siehe «Weiterführende Links zur Meldung»)

⁶ so genannte «optimal fingerprinting»-Methode

⁷ siehe Gleichung (1) der Publikation

(Dr. Markus Huber, ETH Zürich/ETH-Klimablog)