Dr. Roy Spencer, Ph. D.
Als Reaktion auf die Kommentare der Gutachter zu einer von John Christy und mir eingereichten Studie über die Auswirkungen von El Nino und La Nina auf die Schätzungen der Klimasensitivität habe ich beschlossen, den Schwerpunkt so zu ändern, dass eine völlige Neufassung der Studie erforderlich wurde.
Sie befasst sich nun mit der Frage: Was bedeutet es für die Klimasensitivität, wenn wir alle verschiedenen Temperatur-Datensätze und ihre unterschiedlichen Schätzungen der Erwärmung in den letzten 50 Jahren nehmen?
Das Problem bei der Schätzung der Klimasensitivität anhand von Beobachtungsdaten besteht darin, dass man, selbst wenn die Temperaturbeobachtungen weltweit vollständig und fehlerfrei wären, immer noch ziemlich genau wissen muss, welcher „Antrieb“ die Temperaturänderung verursacht hat.
Zur Erinnerung: Jede Temperaturänderung in einem Objekt oder System ist auf ein Ungleichgewicht zwischen Energiegewinn und Energieverlust zurückzuführen, und die Hypothese der globalen Erwärmung geht von der Annahme aus, dass sich das Klimasystem von Natur aus in einem Zustand der Energiebilanz befindet. Ja, ich weiß (und stimme zu), dass diese Annahme nicht als absolut wahr bewiesen werden kann, wie Ereignisse wie die mittelalterliche Warmzeit und die kleine Eiszeit belegen.
Aber nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass sie für das heutige Klimasystem zutrifft und dass der einzige Grund für die jüngste Erwärmung die vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen (hauptsächlich CO₂) sind. Deutet die derzeitige Erwärmungsrate darauf hin (wie uns gesagt wird), dass uns eine globale Erwärmungskatastrophe bevorsteht? Meiner Meinung nach ist dies eine wichtige Frage, die unabhängig von der Frage zu klären ist, ob ein Teil der jüngsten Erwärmung natürlichen Ursprungs ist (was AGW noch weniger zu einem Problem machen würde).
Lewis und Curry (zuletzt 2018) gingen die ECS-Frage auf ähnliche Weise an, indem sie die Temperaturen und die Schätzungen des Strahlungsantriebs von Ende der 1800er bis Anfang der 2000er Jahren verglichen und Antworten im Bereich von 1,5 bis 1,8 deg. C möglicher Erwärmung bei einer Verdoppelung der vorindustriellen CO₂-Konzentration (2 X CO₂). Diese Schätzungen liegen deutlich unter den Angaben des IPCC, die sich auf die Projektionen von Klimamodellen stützen.
Unser Ansatz ist etwas anders als der von Lewis & Curry. Erstens verwenden wir nur Daten aus den letzten 50 Jahren (1970-2021), d. h. aus dem Zeitraum des schnellsten Anstiegs des CO₂-bedingten Treibhauseffekts, dem Zeitraum des schnellsten Temperaturanstiegs und dem Zeitraum, der am weitesten zurückreicht, um mit Sicherheit Aussagen über den Wärmeinhalt der Ozeane machen zu können (eine sehr wichtige Variable bei Schätzungen der Klimasensitivität).
Zweitens ist unser Modell zeitabhängig, mit monatlicher Zeitauflösung, so dass wir (zum Beispiel) die jüngste Beschleunigung des Temperaturanstiegs in der Tiefsee (Wärmeinhalt des Ozeans) untersuchen können.
Im Gegensatz zu Lewis & Curry und der Differenzierung der Durchschnittswerte zweier Zeiträume, die mehr als 100 Jahre auseinander liegen, verwenden wir ein zeitabhängiges Modell der vertikalen Energieflüsse, über das ich schon einmal geschrieben habe. Es wird mit monatlicher Zeitauflösung betrieben und ermöglicht so die Untersuchung von Themen wie der jüngsten Beschleunigung des Anstiegs des ozeanischen Wärmeinhalts (OHC).
Als Reaktion auf die Kommentare der Rezensenten habe ich den Bereich der nicht von Eis bedeckten Ozeane (60N-60S) auf die globale Abdeckung (einschließlich Land) ausgedehnt und auf Bohrlöchern basierende Schätzungen der Erwärmungstrends in der Tiefe des Landes vorgenommen (ich glaube, das ist eine Premiere für diese Art von Arbeit). Das Modell bleibt ein 1D-Modell der Temperaturabweichungen vom angenommenen Energiegleichgewicht innerhalb von drei Schichten, die in Abb. 1 schematisch dargestellt sind:
Eine Sache, die ich dabei gelernt habe ist, dass, obwohl die Bohrlochtemperaturen auf eine Erwärmung hinweisen, die sich bis in eine Tiefe von fast 200 m erstreckt (deren Ursache mehrere Jahrhunderte zurückzuliegen scheint), moderne Erdsystem-Modelle (ESMs) eingebettete Landmodelle haben, die sich nur bis zu einer Tiefe von etwa 10 m erstrecken.
Eine andere Sache, die ich gelernt habe (im Laufe der Beantwortung der Kommentare der Rezensenten) ist, dass der angenommene Strahlungsantrieb einen ziemlich großen Einfluss auf die diagnostizierte Klimasensitivität hat. Ich habe das RCP6-Szenario für den Strahlungsantrieb aus dem vorherigen IPCC-Bericht (AR5) verwendet, aber als Reaktion auf die Vorschläge der Rezensenten betone ich jetzt das SSP245-Szenario aus dem jüngsten Bericht (AR6):
Ich habe alle Modellsimulationen entweder mit dem einen oder dem anderen Datensatz für den Strahlungsantrieb durchgeführt, initialisiert im Jahr 1765 (ein üblicher Ausgangspunkt für ESMs). Alle nachstehenden Ergebnisse basieren auf dem neuesten (SSP245) Szenario für den effektiven Strahlungsantrieb, das vom IPCC bevorzugt wird (und das, wie sich herausstellt, tatsächlich zu niedrigeren ECS-Schätzungen führt).
Die Modellexperimente
Zusätzlich zu der Annahme, dass die Szenarien für den Strahlungsantrieb eine relativ genaue Darstellung dessen sind, was den Klimawandel seit 1765 verursacht hat, besteht auch die Annahme, dass unsere Temperaturdatensätze genau genug sind, um ECS-Werte zu berechnen.
Wenn wir uns also auf diese Annahmen verlassen, können wir weitermachen…
Ich habe das Modell mit Tausenden von Kombinationen von Wärmeübertragungs-Koeffizienten zwischen den Modellschichten und dem Parameter für die Netto-Rückkopplung (der den ECS-Wert bestimmt) laufen lassen, um Temperaturtrends zwischen 1970 und 2021 innerhalb bestimmter Bereiche zu erhalten.
Für die Trends der Landtemperatur habe ich 5 „verschiedene“ Landdatensätze verwendet: CRUTem5 (+0,277 C/Dekade), GISS 250 km (+0,306 C/Dekade), NCDC v3.2.1 (+0,298 C/Dekade), GHCN/CAMS (+0,348 C/Dekade) und Berkeley 1 deg. (+0,280 C/Dekade).
Für die globale durchschnittliche Meeresoberflächentemperatur habe ich HadCRUT5 (+0,153 C/Dekade), Cowtan & Way (HadCRUT4, +0,148 C/Dekade) und Berkeley 1 deg. (+0,162 C/Dekade) verwendet.
Für den tiefen Ozean habe ich Cheng et al. 0-2000m globale durchschnittliche Ozeantemperatur (+0,0269 C/Dekade) und Chengs Schätzung der Erwärmung in der Tiefe von 2000-3688m verwendet, die eine (sehr unsichere) Gesamterwärmung von +0,01 über die letzten 40 Jahre ergibt. Das Modell muss die Oberflächentrends innerhalb des von diesen Datensätzen repräsentierten Bereichs und die Trends in 0-2000 m Tiefe innerhalb von +/-20 % der Trends der Cheng-Tiefseedaten erzeugen.
Da die Wärmespeicherung in der Tiefsee ein so wichtiger Faktor für die ECS ist, zeige ich in Abb. 3 den 1D-Modelllauf, der den 0-2000m-Temperaturtrend von +0,0269 C/Dekade über den Zeitraum 1970-2021 am besten wiedergibt:
Schließlich wird die Wärmespeicherung seitens der Landoberfläche bei solchen Bemühungen in der Regel ignoriert. Wie bereits erwähnt, sind in die Klimamodelle Modelle der Landoberfläche eingebettet, die nur bis in 10 m Tiefe reichen. Es wurden jedoch Bohrloch-Temperaturprofile analysiert, die auf eine Erwärmung bis zu 200 m Tiefe hindeuten (Abb. 4):
Diese große Tiefe wiederum deutet darauf hin, dass es einen Erwärmungstrend über mehrere Jahrhunderte gegeben hat, sogar im frühen 20. Jahrhundert, welchen der IPCC ignoriert und der auf eine natürliche Quelle für den langfristigen Klimawandel hindeutet. Jede natürliche Quelle der Erwärmung führt, wenn sie ignoriert wird, zu überhöhten Schätzungen des ECS und der Bedeutung des zunehmenden CO₂ in den Projektionen zum Klimawandel.
Anhand der schwarzen Kurve (unteres Feld von Abb. 4) habe ich geschätzt, dass sich die oberflächennahe Schicht 2,5 Mal schneller erwärmt als die 0-100 m Schicht und 25 Mal schneller als die 100-200 m Schicht. In meinen 1D-Modellsimulationen benötigte ich diese Menge an Wärmespeicherung in der Tiefe (analog zu den Berechnungen der Wärmespeicherung in der Tiefe des Ozeans, aber mit schwächeren Wärmeübergangs-Koeffizienten für Land und anderen volumetrischen Wärmekapazitäten).
Die Verteilungen der diagnostizierten ECS-Werte, die ich für Land und Ozean erhalte, sind in Abb. 5 dargestellt:
Der endgültige globale durchschnittliche ECS aus den zentralen Schätzungen in Abb. 5 beträgt 2,09 Grad. C. Dies ist wiederum etwas höher als die 1,5 bis 1,8 deg. C, die Lewis & Curry ermittelt haben, aber das liegt zum Teil an den größeren Schätzungen für die Wärmespeicherung in den Ozeanen und an Land, die hier verwendet wurden, und ich vermute, dass unsere Verwendung von Daten aus den letzten 50 Jahren ebenfalls einen gewissen Einfluss hat.
Schlussfolgerungen
Ich habe ein zeitabhängiges 1D-Modell der Temperaturabweichungen vom angenommenen Energiegleichgewicht verwendet, um diese Frage zu beantworten: Was bedeuten die verschiedenen Schätzungen der Erwärmung an der Oberfläche und unter der Oberfläche in den letzten 50 Jahren für die Empfindlichkeit des Klimasystems gegenüber einer Verdoppelung des atmosphärischen CO₂?
Unter Verwendung der jüngsten Schätzungen des effektiven Strahlungsantriebs aus Anhang III des jüngsten IPCC-Berichts (AR6) deuten die Beobachtungsdaten auf eine geringere Klimasensitivität (ECS) hin als vom IPCC propagiert, mit einer zentralen Schätzung von +2,09 Grad Celsius für den globalen Durchschnitt. Dies liegt am unteren Ende der wahrscheinlichen Spanne des jüngsten IPCC-Berichts (AR6) von 2,0 bis 4,5 Grad. C.
Ich glaube, dass dies immer noch eine Obergrenze für ECS ist, und zwar aus den folgenden Gründen:
1. Die Bohrlochtemperaturen deuten auf einen langfristigen Erwärmungstrend hin, zumindest bis ins frühe 20. Jahrhundert. Wird dies (unabhängig von der Ursache) ignoriert, führt dies zu überhöhten Schätzungen des ECS.
2. Ich bin nach wie vor der Meinung, dass ein Teil der Landtemperaturdatensätze durch den langfristigen Anstieg der städtischen Wärmeinseleffekte verunreinigt wurde, die in Homogenisierungsschemata nicht von der Klimaerwärmung zu unterscheiden sind.
Link: https://wattsupwiththat.com/2022/12/20/climate-sensitivity-from-1970-2021-warming-estimates/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
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Die zentrale Frage ist doch m.E. nicht die nach irgendwelchen „Durchschnittstemperaturen“ – was soll das denn sein??? Allein angesichts der wenigen tatsächlichen Messpunkte, der Problematik von Satelitenmessungen, der Gridgröße der Modelle und ihren Interpolationskonzepten sowie der enormen Gliederungstiefe, die man zur Abbildung der verschiedenen Atmosphärenschichten, der Schichtungen der Erdkruste, des Inhalts der Atmosphäre (bes. gewaltige Massen an H2O, aber auch an Stäuben etc.) sowie der Struktur der Ozeane für eine angemessene Darstellung realisieren müsste, ist doch allein die statische Betrachtung der Temperaturfrage zu einem def. Zeitpunkt T mit unserem aktuellen Wissen unmöglich.
Erst recht schwierig wird es, sobald man diese Betrachtung dynamisch über die Zeit in einem Modell erfassen will, allein das Wolkengeschehen, das von überragender Bedeutung ist, entzieht sich einer zuverlässigen Beobachtung, erst recht Beschreibung und angemessen differenzierten Modellierung über die Zeit. Die relative Hilflosigkeit der Meteorologie selbst für kurze und lediglich lokale Vorhersagen von Wolken und Regenmassen erlebe ich als Segler insbesondere bei den Leistungen des DWD täglich, der für Nordeuropa wirklich zu den schlechten Diensten zählt! Nicht so aber, wenn es um Vorhersagen für das Weltklima geht. Das ist Stoff fürs Kabaret, wenn es nicht so traurig wäre!
Ich möchte daher in die Runde kluger Natur- und Ingenieurwissenschaftler hier die Frage stellen, ob nicht vielmehr die zentrale Frage die nach dem Energiegehalt der Erde (meinetwegen mit der Tropopausen-/Stratosphärengrenze abgeschlossen) und dessen Änderung der zentrale Beschreibungs- und Forschungsgegenstand sein müsste. Denn auch die These vom anthropogenic climate change (ACC) behauptet ja im Kern, der Energiegehalt des Systems Erde nähme zu (im infantil-grünen Kindersprech: Erderhitzung).
Die Beschreibung von lokalen Temperaturereignissen ist da nicht hilfreich, solange man nicht weiß, ob etwa die fehlende (weil Abkühlung betrachtet wird) oder die zusätzliche Energie (im Falle von Erwärmung), netto eine Veränderung im System Erde bedeutet oder nur Ausdruck der komplexen und z.T. chaotischen Dynamik im Energieverteilungs- sowie Erwärmungs- und Kühlsystem der Erde ist, ohne auf einen Netto-Zufluss, also eine Erhöhung des Energiegehaltes des Systems Erde zurückzugehen.
Daraus ist unkompliziert zu schlussfolgern, dass das von Menschen emittierte CO2 den Energiegehalt des Systems Erde zwingend erhöhen muss, wenn die These vom ACC zutreffen soll. Und zwar naheliegenderweise dadurch, dass die 120 zusätzlichen ppm CO2 seit 1880 diese Energie aufnehmen. Als angeregtes Molekül. Ist das überhaupt größenordnungsmäßig denkbar? Die m.E. ebenfalls dem grünen Infaltilsprech entstammende These der erwärmungsbedingenden Gegenstrahlung ist ja ganz offenkundig (jedenfalls für die, die mal Wärmelehre hatten) keine Energiequelle, sondern nur Teil des planetaren Energieverteil- und Kühlmechanismus. Wie also wird der Kühlmechanismus durch mehr CO2 verschlechtert? Wo dieses doch bereits an der Tropopausengrenze den IR-Anteil des Sonnenlichtes „bremst“ und ein mehr an CO2 dies natürlich umso besser tut, lange bevor dieses IR den Erdboden zu erreichen vermag. Also die Kühlung verbessert!
Und umgekehrt die Kühlung der Erde in den dichten Bereichen der Atmosphäre m.W. in überragender Größenordnung über Konduktion, Konvektion und den latenten Wärmetransport (Wasserdampf) erfolgt, gewiss aber nicht auf dem Wege der IR-Abstrahlung. Diese wird in dünneren (=höheren) Schichten der Atmosphäre relevanter, wo aber der Erdboden als Energiesenke für die Gegenstrahlung gar nicht mehr von dieser Strahlung erreicht wird.
Meiner bescheidenen Einschätzung zufolge wäre es doch am naheliegendsten (i.S. vom Oakhams Knife) anzunehmen, dass sich das System Erde nach dem Erreichen eines gewissen Zielkorridors für den globalen Energiegehalt, der den Besonderheiten von Bewuchs, Land- und Wassermassen, Gasatmosphäre und deren div. Inhalten (v.a. Wasserdampf) entspricht, in einer Balance von Energiezufuhr (i.W. Sonne) und Strahlungskühlung an der Systemgrenze befindet. Dann wäre alle Klimaschwankungen und Änderungen auf die chaotischen und gewalttätigen Vorgänge in Tektonik, Geochemie (großer Kohlenstoffkreislauf, Vulkanismus etc.), Atmosphärenchemie und vielerlei mehr zurückzuführen. Allesamt nur im Ansatz verstanden und dennoch von immenser Bedeutung für das Erdklima.
Dem gegenüber – und dem noch unvollständigen und fehlenden Wissen – erscheint mir die Focussierung auf eine monistische Erklärung, die zu geradezu kosmischer Bedeutung aufgeblasen wird – CO2 als „Klimagas“ und Allerklärer – wirklich nur mit den Kategorien der Theologie und Sozialpsychologie erklärbar zu sein.
„…das RCP6-Szenario für den Strahlungsantrieb aus dem vorherigen IPCC-Bericht (AR5) verwendet, …. betone ich jetzt das SSP245-Szenario aus dem jüngsten Bericht (AR6)“
Ist das nicht in Teilen ein Zirkelschluss? Woher stammen die IPCC-Szenarien für den Strahlungsantrieb? Vermutlich aus den gemessenen Temperaturänderungen und der ECS aus IPCC-Rechnungen? Roy Spencer rechnet dann mit erweiterten Erde/Ozean-Modellen für Wärmaufnahme und Wärmeleitung von den IPCC-Szenarien für den Strahlungsantrieb wieder zurück auf die ECS. Doch er räumt selbst ein, dass Nicht-Strahlungsantriebe vmtl. zu kurz kommen.