Ryan Maue
Heute Abend werde ich über Karten von Temperatur-Anomalien sprechen und darüber, wie sie konstruiert, verwendet, falsch interpretiert und für Wetter und Klima missbraucht werden, einschließlich Wissenschaft und Lobbyarbeit. Das sollte Spaß machen.
Anhand von Wettermodellen oder historischen Beobachtungsdaten werden Raster von Tages-, Monats- und Jahrestemperaturen über einen bestimmten Zeitraum von vielleicht 20 oder 100 Jahren+ erstellt.
Dieser Period of Record (POR)-Datensatz wird dann verwendet, um die Basisklimatologie auszuwählen oder zu erstellen, z. B. 1991-2020.
Bei dieser Karte handelt es sich um monatlich aktualisierte, gerasterte japanische Reanalysedaten – eine Art Wettermodell, das die Ergebnisse von Vorhersagen liefert, die nacheinander mit einem modernen Modell, aber mit den Originaldaten von vor Jahrzehnten durchgeführt werden. Damit soll der wahre Zustand der 3D-Atmosphäre und des Ozeans genau dargestellt werden:
Die hier verwendete Basislinie ist 1991-2020 und wird als Klimanormalperiode bezeichnet. Sie können oft 1981-2010 oder 1961-1990 oder sogar 1951-1980 sehen. Diese drei Jahrzehnte sollen das Klima darstellen, unabhängig davon, ob es schnelle Veränderungen gibt oder nicht.
Vergleichen wir mit einem früheren Dezember 2015 während des El Niño. Die globale Anomalie beträgt +0,53°C gegenüber dem Mittelwert von 1991-2020, während dieser Dezember 2021 +0,27°C beträgt. Ja, das ist eine Abkühlung von 0,25 °C im direkten Vergleich.
Aber Sie würden nicht sagen, dass die globale Erwärmung aufgehört hat, weil der Dezember 2021 kühler ist als der Dezember 2015. Das wäre eine Fehlinformation ohne den richtigen Kontext – und das ist der langfristige Datentrend, der überzeugend nach oben zeigt.
Hier ist die tägliche T-Anomalie seit 1990 aus demselben japanischen Datensatz:
Dies ist die tägliche globale Temperaturanomalie, geglättet durch den laufenden 30-Tage-Mittelwert. Sie sollten dramatische Spitzen auf wöchentlichen und monatlichen Zeitskalen vor dem Hintergrund des langsamen Trends der globalen Hintergrunderwärmung sehen.
Was verursacht die Spitzen? Ozean und Atmosphäre, vor allem durch das Wetter:
[Die beiden Graphiken scheinen identisch. Sie stehen aber so auch im Original. A. d. Übers.]
Zoomen wir näher heran, um die Änderungen der globalen Temperatur innerhalb eines Tages zu sehen, d. h. die Erfassung der Temperaturanomalie 4x täglich, wenn die Erde halb im Dunkeln und halb im Sonnenlicht liegt.
Sehen Sie sich den wilden Sprung von -0,4°C auf +0,4°C von März 2021 bis April 2021 an. Das sind +0,8 °C in einem Monat. Wahnsinn!
Hier ist ein aktuelles Beispiel aus dem operationellen Wettermodell des ECMWF. Die globale T-Anomalie fällt innerhalb von 10 Tagen von +0,21°C auf -0,12°C, eine dramatische globale Abkühlung um 0,33°C. Ja, das ist auf so kurzen Zeitskalen völlig wetterabhängig – und das liegt daran, wie sich kalte/warme Luft auf Land wirkt:
Aber ich sehe mehr Rot als Blau, es ist offensichtlich, welches Land wärmer ist. Ich würde sagen, das ist irreführend, da es sich bei den Karten um flache Projektionen handelt und die extremsten Werte mit Sicherheit in engen oder kleinen Regionen konzentriert sind. Außerdem handelt es sich um eine Momentaufnahme, während 24 Stunden eine andere Geschichte sind.
Aber ich sehe extrem hohe Temperaturen in den Vereinigten Staaten, und die globale Anomalie beträgt +0,20 °C, was ein Beweis für den Klimawandel ist.
Das ist aus 2 Gründen irreführend:
Man kann nicht auf 1 % der Erde zeigen und „Klimawandel“ sagen, wenn es anderswo offensichtlich ausgleichende Kälte gibt.
Und man kann nicht gleichzeitig Roh-Temperaturanomalien auf verschiedenen Teilen des Globus vergleichen!
Warum? Die Hintergrundabweichung oder typische Temperaturänderung an einem bestimmten Tag kann in Alberta oder Minnesota +/- 25°C betragen, während sie in den Tropen nur +/- 1°C beträgt.
Man muss normalisieren!
Der Vergleich kleiner Gebiete mit Temperaturanomalien in verschiedenen Teilen der Welt ist doppelt irreführend, eine Kardinalsünde.
Denken Sie daran, dass Sie die globale Anomalie auf langen Zeitskalen betrachten müssen und nicht die täglichen Wetterkarten vergleichen dürfen.
Als nächstes die Farbskala:
Wenn man die Karte der täglichen Temperaturanomalie mit nur einer Farbe einfärben würde, die die globale Anomalie von -0,12°C repräsentiert, wäre sie grau, kein Signal. Eine leere graue Karte. Alle Anomalien im Bereich von -24°C bis +30°C sind im globalen Durchschnitt alle grau. Erstaunlich!
Machen wir das Gleiche für das Jahr bis heute. Die Farbskala ist halbiert, so dass Grau +/- 0,25 °C entspricht, aber die globale Temperaturanomalie passt genau so gut.
Man kann deutlich die Dominanz von La Niña im tropischen Pazifik erkennen (kälteres Blau):
Originally tweeted by Ryan | Forecast (@RyanMaue) on December 24, 2021.
Link: https://wattsupwiththat.com/2021/12/24/ryan-maue-on-temperature-anomalies/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
Ohne die Befähigungen und Großrechner, die man in Potsdam beim PIK hat, weist Ihre Messreihe eindeutig nach, dass Sie von gemessenen Globaltemperaturen nicht auf Energien schließen können (wärmer / kälter). Einfach ausgedrückt haben Ihre unterschiedlichen Zimmer im gesamten Heizzyklus „Wetter“, sie verhalten sich dynamisch unterschiedlich, weil sie auch unterschiedliche Luft-Massen und Massenbewegungen haben und unterschiedlich an Ihre Wärmequelle angekoppelt sind.
Nach 1h haben Sie mit 3kWh einen Global-Temperatur-Zuwachs von 1,625K erreicht, nach 5h haben sei mit 15kWh einen Global-Temperatur-Zuwachs von 2,25K erreicht. Sieht nicht so aus, als ob Global-Temperatur und Wärme mal so eben direkt proportional verknüpft sind. Für die Verknüpfung fehlen nämlich die notwendigen Größen Massen und Thermische Kapazitäten Ihrer Räume.
Aber für Politiker ist ein 1,5 Grad-Ziel (global, versteht sich) eine einfache Sache, da kann man ohne Leistung Steuern drauf erheben, besonders wenn das erklärte Ziel die Gängelung der Bürger durch die jeweilige Polit-Truppe ist.
Ob Herr Schellnhuber das versteht (verstehen will)?
Müssen Sie aber, denn das Prinzip (oder Problem) ist exakt dasselbe: sobald der Gegenstand (Globus, Zimmer, Metallstange mit Temperaturgradienten, …) keine einheitliche Temperatur hat, hat er als Ganzes keine angebbare Temperatur. Die Zustandsgröße Temperatur ist ihm nicht zuordnenbar. Daher ist logisch, dass ein Temperaturmittel keine Zustandsgröße für das Mittelungsgebiet ist, wenn dieses selber nicht im thermischen Gleichgewicht ist.
Das ist nicht der Punkt, über den wir an dieser Stelle diskutieren, denn das Problem, dass Sie aus der Energiezufuhr durch den Heizungssteller nicht eindeutig auf eine Temperaturänderung schliessen können, haben Sie im Zimmer grundsätzlich genauso wie beim Globus.
Es geht zunächst darum: Wenn die Kurve der globalen Anomalie bzw. Temperaturmittels einen Anstieg zeigt, so heißt dies, dass sich der Globus erwärmt. D.h. Erwärmung = Anstieg der Temperatur eines Gebietes (bzw. Anstieg der Temperaturdifferenz). Auch wenn diese eine Mittelungen über ein Gebiet ist, welches selbst nicht notwendigerweise im thermischen Gleicggewicht ist.
Das ist trivial und ich stimme ihnen zu, wie Sie in meinem vorhergehenden Texten sehen können. Welche Temperaturerhöhung einer bestimmten Energiezufuhr folgt, hängt vom Material und dessen Zustandsänderung ab. Ich schrieb schon, dass man die Ursachen der beobachtbaren globalen Erwärmung nur mit Hilfe von Modellen nachvollziehen kann. Denn nur damit kann man die Auswirkungen einer Energiezufuhr auf die Temperatur an jedem Massenelement des Klimasystems bestimmen und damit auf das globale Temperaturmittel.
Dies ist jedoch irrelevant für die grundsätzliche „Erwärmungsfrage“, denn diese macht sich an der beobachteten Temperaturkurve fest, nicht an den Modellen. Global warming wird beobachtet.
Unabhängig von dieser reinen Beobachtungstatsache versteht man mit Hilfe der Modellierung darüber hinaus auch deren Ursachen, und dass man dafür die Materialeigenschaften der beteiligen Massenelement im Klimasystem berücksichtigt, ist trivial.
Sie rennen mit Ihrem Hinweis auf die Abhängigkeit von der Masse sozusagen offene Türen ein.
Die beiden Zimmer waren aber weder vorher noch nachher ein einziges System, welches sich durch eine einheitliche Temperatur auszeichnet.
Anderes wäre es, wenn die Luft in beiden Zimmern nach dem Vorgang der Temperaturänderungen in beiden Zimmern (kleines Zimmer 1°C höher, großes Zimmer 1°C niedriger) vermischen würden. Dann haben (keine anderen Effekte außer Erwärmung oder Abkühlung von Luft) beide Zimmer zusammen die gleiche eine Temperatur (thermisches Gleichgewicht). Diese wäre dann niedriger als die Temperatur, die ein hypothetisches identisches zweites System bestehend aus den beiden Zimmern gehabt hätte, wenn deren Luftinhalte schon vor den Temperaturänderungen vermischt worden wären. Ein hypothetischer Vergleich, denn beides geht ja nicht in eins.
Einen Vergleich von hypothetischen „Vermischungsgloben“ machen wir aber beim Vergleich von Klimadaten aber nicht.
Beim Klima werden die Temperaturen von Ort zu Ort natürlich auch durch Advektion (met. horizontale Luftverfrachtung) beinflusst. Wie gesagt, quantitativ berechnet man die Auswirkung mit Modellen.
Grundsätzlich ja, denn die Temperatur an einem Ort wird durch die Advektion beeinflusst (in jeder Höhenlage). Damit wird auch das Flächenmittel derselben von der Advektion beeinflusst und damit auch die globale Mitteltemperatur als Flächenmittel der bodennahen Temperaturen. Das ist klar.
Naja, der Begriff Advektion bezieht sich auf die horizontale Komponente der Verfrachtung. Aber vertikale Verfrachtung gibt es natürlich auch, und auch die beeinflußt die Temperatur. Daher gilt obiges ebenso für die allgemeine Veefrachtung vertikal wie horizontal.
Ja und, was macht das? Es steht ja außer Frage, dass die Temperatur, egal welche Höhe, von allen Richtungen beeinflußt wird.
1. Wir sehen hier Weltkarten der Temperaturanomalieverteilung (= aktuelle Temperaturkarte minus Karte der Referenztemperatur).
2. Die Karten zeigen, dass zu jedem Zeitpunkt an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche verschiedene Temperaturen herrschen.
3. Demnach ist völlig unbestreitbar, dass der Eroberfläche als Ganzes keine Temperatur in Sinne einer physikalischen Zustandsgröße zugeordnet werden kann.
4. Da das klar ist, ist es folglich ebenso klar, dass das globale Mittel, welches dort am Bildrand steht und aus der Verteilung nach einem wohldefinierbaren mathematischen Verfahren ausgerechnet werden kann, ebenfalls keine physikalische Zustandsgröße des Globus darstellt.
5. Da das so ist, braucht man diesen Punkt auch nicht ständig als Problem darstellen. Das Problem ist und war nie eines.
6. Was zeigt das globale Temperaturmittel dann (bzw. seine Differenz zu einem Bezugswert = Anomalie), wenn es ansteigt?
7. Sofern die zugrundeliegende Kartierung des Globus repräsentativ für den realen Globus ist, indiziert ein Anstieg des globalen Temperaturmittels natürlich, dass der reale Globus als Ganzes (!!!) real wärmer wird.
8. Dies bedeutet nicht, dass dies für jeden Punkt des Globus zutrifft, wie man ja auf den Karten auch sehen kann.
9. Dies bedeutet ebenfalls nicht, dass der Gesamtinhalt der Wärmemenge zugenommen hat! Denn Wärmemenge bemißt die thermische Energie (hier der Teile des Globus, die der Temperaturkarte zugrundeliegen) und nicht für die Temperatur.
10. Denn „wärmer werden“ heißt Temperaturanstieg, aber nicht notwendigerweise Anstieg des Wärmeinhalts!
11. Damit lässt sich aus einem Anstieg der globalen Mitteltemperatur nicht schließen, dass auch der gesamte Wärmeinhalt der für die Temperaturverteilung herangezogenen Teile des Globus gestiegen sein muss.
12. Um die Änderung des globalen Wärmeinhalts zu messen, muss man diesen durch lokale Messungen kartieren. Dann kann man die Gesamtmenge ermitteln und den Trend über die Zeit bestimmen.
13. Bei der physikalischen Erklärung des beobachbaren Klimaverhaltens durch Modelle ergibt sich die Temperatur lokal aus einer Zustandsgleichung, in der die lokale Energiebilanz eingeht. Wieviel von oder ob überhaupt eine Energieänderung auch die Temperatur ändert, wird von den lokalen Prozessen determiniert, die im Modell ihrer Physik entsprechend lokal abgebildet werden.
Vielen Dank für die Aufnahme dessen, was ich ständig hier vortrage. Mit einer Globalen Temperatur kann man physikalisch nichts anfangen. Rechnerisch mitteln kann man alles, die Mathematik ist da gnadenlos. Als Beispiel habe ich die Mittelung aller Telefonnummern von Berlin aufgeführt.
Bitte korrigieren Sie Ihre Punkte 7 und 10, dann passen diese Aussagen auch zu Ihrem gesamten Kontext.
> 7. Sofern die zugrundeliegende Kartierung des Globus repräsentativ für den realen Globus ist, indiziert ein Anstieg des globalen Temperaturmittels natürlich nicht, dass der reale Globus als Ganzes (!!!) real wärmer wird. <
und
> 10. Denn „wärmer werden“ heißt im Volksmund unphysikalisch Temperaturanstieg, aber nicht notwendigerweise Anstieg des Wärmeinhalts! <
Ich gehe davon aus, dass sie „wärmer“ nicht entsprechend dem Hausgebrauch für „höhere Temperatur“ verstehen, sondern als energetische Zustandsänderung.
– Sie sollten das alles so oft wie möglich wiederholen, vielleicht entdeckt auch ein Schellnhuber sein minderwertiges Denken. –
Doch, man kann feststellen, ob ein Gesamtsystem, deren Teile Temperaturen haben, wärmer oder kälter geworden ist. Ich nehme an, dass auch Sie schon einmal festgestellt haben, dass ein Zimmer wärmer wurde, vielleicht, weil mehr geheizt wurde, obwohl an verschiedenen Punkten im Zimmer unterschiedliche Temperaturen herrschen. Nichts anderes ist es beim globalen Temperaturmittel, nur eben nicht nur subjektiv, sondern quantitativ.
Sicher, aber das war unter den vielen Möglichkeiten leider ein Beispiel, wo es sinnlos ist. Warum nehmen Sie kein sinnvolles, davon gibt es abseits der Klimatologie zahlreiche weitere?
Zum Verständnis meiner Punkte 7 bis 13:
Ich habe das schon erklärt, es ist zwar ein verbreiteter Fehler, aber: die physikalische Größe „Wärme“ ist nicht mit der physikalischen Größe „Temperatur“ zu verwechseln. Wenn ein Körper „wärmer wird“, so versteht man in der Physik, dass die Temperatur dieses Körpers steigt. Sein Wärmeinhalt muss dabei nicht notwendigerweise steigen. Im übrigen weiß man aus der Thermodynamik, dass die „Wärme“ keine Zustsndsgröße ist, denn sie ist ja nicht wegunabhängig in thermodynamischen Kreisprozesse (kein totales Differenzial), das ist z.B. die innere Energie. Meinen Sie die? Ändert natürlich nichts, dass alleine die Temperatur bemißt, wie warm etwas ist.
Dem kann ich so nicht folgen. Ein Zimmer ist kein globales Zimmer, erst mehrere oder viele Zimmer ergeben ein globales System. Und ob dann die hierzu gemittelte Temperatur eine Erwärmung bedeutet, hängt davon ab, in welchen kleinen oder großen Zimmern die jeweilige Temperatur über den jeweiligen Heizungssteller erhöht oder erniedrigt wurde.
Diese Abhängigkeit von der Masse, denen ich eine Temperatur zuschreibe, ist nach der Temperatur-Mittelung verloren gegangen und kann nicht mehr rekonstruiert werden. Beim einzelnen Zimmer geht das, nur da stimme ich Ihnen zu.
Wenn also die Temperaturen unterschiedlicher Teile verschieden sind, kann man über die gemittelte Temperatur der Teilsysteme gerade nicht mehr erkennen, ob das Gesamtsystem kälter oder wärmer geworden ist. Wenn Sie in einem kleinen Zimmer die Temperatur um 1°C erhöhen und in einem zehnmal größeren Zimmer die Temperatur um 1°C erniedrigen, haben Sie die gleiche Globaltemperatur wie vorher, aber das System ist kälter geworden.
Und damit ist das Mitteln von Temperaturen eben so sinnlos wie das Mitteln von Telefonnummern.
Letztlich bemisst die Temperatur nicht, ob etwas warm oder kalt ist, sondern nur, ob sie zu einem Vergleichwert höher oder niedriger ist. Nur im Kochtopf mit konstantem Inhalt ist die Wärme mit der Temperatur korreliert, so lange darin die Masse und die thermische Kapazität sich nicht ändern. Bei exaktem physikalischen Denken muss man sich leider von dem verabschieden, was sich umgangssprachlich eingebürgert hat.
Ich heize momentan die obere Etage komplett mit einem Kaminofen.
In erster Näherung ist die Etage nahezu ein geschlossenes System.
Der Ofen steht im mittleren Zimmer, von ihm gehen Flur und drei kleinere Zimmer ab.
Pro Wintertag bestücke ich den Ofen mit einer Energiemenge von von 15 kWh.
Im Mittel heizt der Ofen 5 Stunden mit 3 kW.
Beim Entfachen des Ofens haben alle Zimmer eine Temperatur von 20 °C.
Nach einer Stunde hat das Ofenzimmer 25 °C und die abgehenden Zimmer 20,5 °C.
Bilde ich davon den Mittelwert, lande ich bei 21,625 °C.
Lasse ich den Ofen ausgehen, messe ich im Mittelzimmer 23 und in den kleinen 22 °C.
Trotz Energiezufuhr ist es somit im großen Zimmer „kälter“ geworden!
Berechne ich wieder die Mitteltemperatur, erhalte ich 22,25 °C.
Laut Mitteltemperaturvergleich wurde es gerade mal 0,625 °C „wärmer“.
Spät in der Nacht sind laut Thermometer alle Zimmer annähernd gleich warm, knapp über 22 °C.
Meine Heizaktion der Etage hat somit ca. 2 °C gebracht, nicht 0,625 °C.
Wo ist die scheinbar fehlende „Wärme“?
Wände, Decke und Boden sind nicht zu vernachlässigende Wärmeenergiespeicher.
Die Luft ist ein vergleichbar schlechter Speicher.
Messe ich die Lufttemperatur im großen Zimmer, bringt das anfangs nicht viel.
Später, wenn die Speicher Wärmeenergie aufgenommen haben, wird es interessanter.
Lufttemperatur und (Innen)Wandtemperatur sind dann praktisch identisch.
In diesem Punkt gab es ja nie eine Diskrepanz, ich habe keinen Klimawissenschaftler gesehen, der den Imterschied nicht beherrschte, es ist – wie Sie schon richtig erkannten- einfache Physik.
Möglicherweise sind Sie nun aufgrund dieses weitverbreiteten Irrtums, dass Temperatur keine Wärmemengen misst (alleine schon, weil die Temperstur keine mengenspezifische Größe ist), nun selber in einen Irrtum geraten, indem Sie nun meinen, dass die Beobachtung „es wird wärmer“ wegen der Wortes „Wärme“ nicht mehr mit der physikalisch äquivalenten Aussage „die Temperatur steigt“ gleichgesetzt werden könne. Kann das sein?
Bei den Klimadiskussionen wird neben Glaubenssätzen immer wieder die Physik bemüht und dabei die hergebrachte Vermischung oder unterbliebene Unterscheidung zwischen Temperatur und Wärme(=Energie) gepflegt. Egal wie man Einzeltemperaturwerte adjustiert oder manipuliert und aus vielen Werten eine Globaltemperatur bestimmt, der so gebildete Wert darf physikalisch nur als gleiche, höhere oder niedrigere Temperatur beschrieben, gerne auch als Anomalie bezeichnet werden.
Jegliche Aussage, dass eine höhere Globaltemperatur Erwärmung oder eine niedrigere Globaltemperatur Abkühlung bedeutet, ist physikalisch falsch, da sich Wärme als Energie einfach nicht nur und vor allen Dingen nicht mehr aus einer gemittelten Temperatur errechnen lässt.
Es wäre wünschenswert, wenn diese Unterscheidung bei den sehr kontrovers geführten Diskussionen Einzug hielt, bei einer Temperaturspannweite zwischen -96°C in der Antarktis und +50°C in Tunesien ist es einfach nicht möglich, auf eine Erwärmung oder Abkühlung der gesamten Welt zu schließen. Mit Welt meine ich hier unseren Globus.
Wer es dennoch tut, arbeitet sich mit seinen mathematischen Verbiegungen bestenfalls auf ein von ihm gewünschtes Ergebnis hin. Und daraus werden dann ohne kausalen Zusammenhang Eisschmelzen, Hochwasser, Wirbelstürme, Eisbärsterben, ausbleibender Schnee im Winter und was auch immer eine auf Panik getriebene Phantasie hergibt, abgeleitet.