Joachim Dengler und John Reid, Climate Etc.
Eine neue Sichtweise auf den atmosphärischen Kohlenstoffhaushalt.
Die Klimawissenschaft befasst sich in der Regel mit der Frage „Wie viel CO₂ verbleibt in der Atmosphäre?“, angesichts der anthropogenen Emissionen und der begrenzten Fähigkeit der Ozeane und der Biosphäre, die überschüssige CO₂-Konzentration aufzunehmen. Dies hat zu Schlussfolgerungen der Art geführt, dass ein bestimmter zunehmender Teil der anthropogenen Emissionen für immer in der Atmosphäre verbleiben wird. Der häufig verwendete Begriff „airborne fraction“, der den in der Atmosphäre verbleibenden Teil der anthropogenen Emissionen bezeichnet, scheint dies zu suggerieren.
Wir ändern den Fokus der Aufmerksamkeit, indem wir die logisch äquivalente Frage „Wie viel CO₂ verbleibt nicht in der Atmosphäre?“ stellen. Warum ist das so anders? Die Menge an CO₂, die nicht in der Atmosphäre verbleibt, kann durch direkte Messungen berechnet werden. Wir müssen nicht jeden Absorptionsmechanismus aus der Atmosphäre in die Ozeane oder Pflanzen diskutieren. Aus den bekannten globalen Konzentrations-Änderungen und den bekannten globalen Emissionen können wir die Summe der tatsächlichen jährlichen Absorption gut abschätzen. Diese sind mit der CO₂-Konzentration verknüpft, was die Leithypothese für ein lineares Absorptionsmodell begründet. Es stellt sich heraus, dass wir die tatsächlichen Koeffizienten der einzelnen Absorptionsmechanismen nicht zu kennen brauchen – es reicht aus, ihre lineare Abhängigkeit von der aktuellen CO₂-Konzentration anzunehmen.
Dies ist eine kurze Zusammenfassung einer kürzlich veröffentlichten Arbeit, in der alle hier getroffenen Aussagen detailliert hergeleitet und mit Referenzen nebst einem mathematischen Modell untermauert werden.
Massenerhaltung von CO₂
Wie bei einem Bankkonto ergibt sich die atmosphärische CO₂-Bilanz aus den Gesamtemissionen abzüglich der Gesamtabsorptionen:
Konzentrationszunahme = Emissionen – Absorptionen
Die Gesamtemissionen (blau) übersteigen den jährlichen Anstieg der CO₂-Konzentration (grün), was bedeutet, dass die effektive Absorption (rot) mit der steigenden CO₂-Konzentration zunimmt:
Die Annahme einer annähernden Linearität der relevanten Absorptionsprozesse wird durch ein Streudiagramm veranschaulicht, das die effektive CO₂-Absorption mit der CO₂-Konzentration in Beziehung setzt:
Es zeigt sich eine langfristige lineare Abhängigkeit der effektiven Absorption von der atmosphärischen CO₂-Konzentration mit erheblichen kurzfristigen Abweichungen, wobei die effektive Null-Absorptionslinie bei ca. 280 ppm überschritten wird. Dies wird als die vorindustrielle CO₂-Gleichgewichtskonzentration angesehen, bei der die natürlichen jährlichen Emissionen durch die jährlichen Absorptionen ausgeglichen sind. Die durchschnittliche jährliche Absorption beträgt ca. 2 % der CO₂-Konzentration, die 280 ppm überschreitet. Da die Daten vor 1950 mit großer Unsicherheit behaftet sind, wurden die folgenden Berechnungen auf der Grundlage von Daten nach 1950 durchgeführt, was zu einem etwas geringeren Absorptionsanteil von 1,6 % führt.
CO₂-Konzentration als Temperaturproxy
Wenn wir Vorhersagen mit hypothetischen zukünftigen CO₂-Emissionen machen, kennen wir die zukünftigen Temperaturen nicht. Ohne in die problematische Diskussion darüber einzutauchen, wie stark der Einfluss der CO₂-Konzentration auf die Temperatur ist, gehen wir vom „schlimmsten Fall“ einer vollständigen Vorhersagbarkeit der Temperatureffekte durch die CO₂-Konzentration aus.
Ohne Annahmen über die Kausalität C->T zu treffen, wurde die geschätzte funktionale Abhängigkeit des Temperaturproxys aus der Regression auf die CO₂-Konzentration C wie folgt ermittelt:
Tproxy = -16.0 + 2.77*log(C) = 2.77* log(C/(235ppm))
Dies entspricht einer Sensitivität von 1,92° C.
Validierung des Modells
Das Modell mit der Annahme konstanter Absorptionsparameter und konstanter natürlicher Emissionen wird mit einer Vorhersage der CO₂-Konzentration 2000-2020 auf der Grundlage von Emissionsdaten 1950-2020 und Konzentrationsdaten 1950-2000 validiert:
Dies ist eine hervorragende Vorhersage der Konzentrationen auf der Grundlage der Emissionen und der oben genannten Modellannahmen. Es gibt nur geringe offensichtliche Abweichungen zwischen den Vorhersagen und den tatsächlichen Daten. Obwohl das Modell unterschiedliche Absorptionen im Laufe der Zeit zulässt, führen die Daten der letzten 70 Jahre, d.h. des Zeitraums, in dem die meisten anthropogenen CO₂-Emissionen stattfanden, zu der Schlussfolgerung, dass der CO₂-Absorptionsparameter keine signifikante temperatur- oder sonstige zeitabhängige Komponente aufweist und ein aktueller CO₂-Emissionsimpuls mit einer Halbwertszeit von 42 Jahren absorbiert wird.
Das zukünftige Emissions-Szenario
Das wahrscheinlichste künftige Emissionsszenario ist das von der IEA festgelegte Emissionsszenario mit annähernd konstanten, leicht sinkenden globalen Emissionen. Der tatsächlich verwendete Datensatz für eine realistische Zukunftsprojektion wird durch eine Trendextrapolation der erklärten politischen Maßnahmen über das Jahr 2050 hinaus erstellt, wobei davon ausgegangen wird, dass die Daten zur Landnutzungsänderung dem derzeitigen Trend folgen und bis zum Jahr 2100 auf 0 zurückgehen werden. Die Emissionen werden im Jahr 2100 nicht auf Null sinken, sondern in der Nähe des Niveaus von 2005 verharren:
Vorhersage der zukünftigen CO₂-Konzentration
Ausgehend von diesem realistischen Emissionsszenario wird die künftige CO₂-Konzentration mit unserem Modell rekursiv vorhergesagt.
Mit dem von der IEA angegebenen Politikszenario, d.h. ohne besondere CO₂-Reduktionsmaßnahmen, wird in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts ein CO₂-Konzentrationsgleichgewicht von ca. 475 ppm erreicht. Auf der Grundlage der obigen empirischen CO₂-Temperaturproxy-Gleichung entspricht dieser Anstieg der CO₂-Konzentration von 410 ppm (im Jahr 2020) auf 475 ppm einem Temperaturanstieg von 0,4°C ab 2020 bzw. 1,4°C ab 1850:
Daraus folgt, dass wir in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts eine maximale CO₂-Konzentration von etwa 475 ppm erwarten können. Zu diesem Zeitpunkt werden die Emissionen durch die Absorption vollständig ausgeglichen sein, was per Definition die „Netto-Null-Situation“ darstellt.
Geht man von dem unwahrscheinlichen schlimmsten Fall aus, dass die CO₂-Konzentration vollständig für alle globalen Temperaturveränderungen verantwortlich ist, so beträgt der maximale erwartete Anstieg der globalen Temperatur, der durch den erwarteten Anstieg der CO₂-Konzentration verursacht wird, 0,4°C von jetzt an oder 1,4°C seit Beginn der Industrialisierung.
Wenn wir also mit den derzeitigen CO₂-Emissionen und einer Effizienzsteigerung von 3 % pro Jahrzehnt weitermachen, sind die Klimaziele von Paris erfüllt.
[Hervorhebung im Original]
Link: https://wattsupwiththat.com/2023/03/25/emissions-and-co2-concentration-an-evidence-based-approach/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
Was sollen die Debatten um die CO₂-Konzentration und um die Verweildauer des Kohlendioxids? Kohlendioxid und alle übrigen sogenannten Treibhausgase spielen mit ihrer Winzigkeit bei unserem Wettergeschehen mit der Temperatur nicht die geringste Rolle. Wer dem Schwindel auf die Spur kommen will, braucht nur eine grafische Tabelle etwas genauer betrachten, die angeblich die Energiebilanz der Erde ausweist.
1997 veröffentlichte die American Meteorological Society eine Schrift der Autoren J. T. Kiehl und E. Trenberth über das „Earth´s Annual Global Mean Energy Budget“. Diese Schrift enthält eine grafische Tabelle mit 16 Werten, von 342 W/m² Incoming Solar Radiation bis zu 324 W/m² Back Radiation, zurückgeschickt von der Atmosphäre mit den „Treibhausgasen“ aus 390 W/m² Surface Radiation. Das Rätsel, wie die Gase der Atmosphäre ihre Strahlung nur zur Erdoberfläche hin ausrichten können, wird von den Computermodellen in der Schrift nicht beantwortet.
Ein besonderes Merkmal zeigt sich bei der Addition der Ein- und Ausgänge in den drei Ebenen, Erdoberfläche, Atmosphäre sowie Ein- und Ausgang zum Weltraum. In allen Ebenen zeigen sich die Ein- und Ausgänge bis auf die Einerstelle genau identisch. Das soll das Ergebnis im Durchschnitt auf dem gesamten Erdball darstellen, vom Nordpol über den Äquator bis zum Südpol, über den Meeren und den Kontinenten bei allen Wetterlagen. Diese Tabelle entstand am Schreibtisch bei Berücksichtigung des Gleichgewichts wie bei Soll und Haben in einer Bilanz.
Diese Tabelle ist die Vorlage für die Umweltpolitik der UN-Mitglieder, vom IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change – Weltklimarat) 2001 im Third Assessment Report enthalten. 2003 übernahm das Bundesministerium für Bildung und Forschung diese Tabelle in ihrer Schrift Herausforderung Klimawandel. Seither richtet sich die Bundespolitik danach mit allen Folgen für die Kfz-Industrie, für die Verbrennung fossiler Stoffe für Strom, bei Müllverbrennungsanlagen sowie bei allen Maßnahmen, die ein „Treibhausgas“ erzeugen.
Eigentlich müssten die Debatten schon bei der Auswertung der Messdaten aus Eisbohrkernen über hunderttausende Jahre enden. Bei der Korrelation der Mengen Spurengase Kohlendioxid und Methan mit der Temperatur zeigt sich eindeutig, dass die Gasmenge der Temperatur folgt, was auch mit den biologischen Gesetzmäßigkeiten übereinstimmt.
Kein Wunder, dass Papst Franziskus und seine Gläubigen dem Professor Schellnhuber, dem Gründer des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, als lebenslanges Mitglied der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften glauben, wenn sogar die große Mehrheit wissenschaftlicher Koryphäen, höchstrangiger Politiker:innen und die betroffenen Industriebosse seinen Theorien zu „Treibhausgasen“ einschließlich Kipppunkte Glauben schenken. Das Gleichnis mit dem Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt, verstehen alle. Deshalb geben sie dem langjährigen Berater der Bundesregierung auch ihre Zustimmung zur Phantasie von einem mächtigen physikalischen Perpetuum mobile, das mit dem winzigen Anteil der gesamten Treibhausgase an der Atmosphäre von weniger als einem Tausendstel, menschengemacht weniger als einem Zehntausendstel, eine Menge Wärmeenergie aufnimmt, die dann angeblich die Temperatur der übrigen 999 bzw. 9.999 Anteile beeinflusst.
Dummerweise spielt die Temperatur der Atmosphäre für das Wetter nur zweitrangig und indirekt für die durchschnittliche Klimatemperatur eine Rolle. Ausschlaggebend ist die Sonne mit ihrer direkten Tagesstrahlung und indirekt mit der in Böden und vor allem Meeren gespeicherten Sonnenwärme. Deshalb nimmt die Temperatur in der Troposphäre, im Wetterbereich, pro 1000 Meter Höhe um etwa 6 Grad Celsius ab, also insgesamt um fast 70 ℃. Zu berücksichtigen ist, dass durch die vertikalen und horizontalen Meeresströmungen eine Änderung der externen Strahlenenergie nur verzögert wieder zurück an der Oberfläche erscheint.
Der CO₂-Kreislauf von der Quelle in der Biosphäre beginnend, setzt sich mit dem durch Wind und Konvektion hochgewirbelten Kohlendioxid in der Atmosphäre fort. Wegen des hohen spezifischen Gewichtes sinkt Kohlendioxid ständig temperaturabhängig wieder nach unten bis in die porösen Böden und vor allem in die Meere. Erwärmen sich Böden und Meere, bleibt entsprechend mehr Kohlendioxid über der Oberfläche zurück. Eine Erwärmung der Meere und der Böden bewirkt auch das Gletscherschmelzen, nicht die Temperatur der Atmosphäre. Auf dem Südpol und im Inneren Grönlands nimmt wahrscheinlich die Eisdicke wegen des Schneefalls sogar zu. Zu erwähnen ist auch, dass unter den abschmelzenden Gletschern Baumstümpfe auftauchen. Bevor Ötzi vor über 5000 Jahren einfror, herrschte bereits eine Klimatemperatur wie heute.
Weil sie Kiehl und Trenberth ansprechen. Deren Diagram ist bemerkenswert aufrgrund einer Tatsache.
Die Temperatur der Atmosphäre kann sich gar nicht ändern, da die einzige Imbalanz, die gezeigt wird, ist die der Oberfläche.
Das heisst due Oberfläche der Erde wird heisser, aber die Atmosphäre nicht.
Das ist erstaunlich, weil die Tempertur wird in der Atmosphäre gemessen. Die kann sich aber ohne Mehrwärme gar nicht erwärmen.
Logik ist nicht so bei KT.
Das Analogon zum hier verwendeten Atmosphärenmodell ist ein Wasserbecken mit Zufluss und einem Ablaufwehr.
Der sich einstellende Wasserspiegelüberstau h (Analog CO2-Konzentration) ist nach der bekannten Wehrformel streng definiert zu: Abflußmenge Q proportional Quadratwurzel aus h exp 2/3) . Das gilt für den eingespiegelten Gleichgewichtszustand.: Zufluss gleich Abfluss.
Im realen Erdsystem, sind aber weder die aktuellen Gesamtemissionsmengen (Zufluss) messbar noch die vielfältigen Absorptionsprozesse (Abfluß) quantitativ bekannt. ( Stichwort biologische Pumpe). Also ist die dynamische Konzentrationsentwicklung nicht vorhersagbar, wie auch der ausgebliebene Covid19 -Effekt belegt.
Die Vermischung der Begriffe Konzentration und Masse verwirren mich. Eine Bilanz, in diesem Fall eine Massenbilanz um die Lufthülle, ist für Ingenieure und Naturwissenschaftlicher nichts Neues.
Mir ist nicht bekannt, dass es eine vollständige oder zumindest einigermaßen vollständige Massenbilanz des Kohlendioxides bezüglich der Lufthülle gibt. Aus Konzentrationsänderungen auf die Quellen und Senken zu schließen, halte ich angesichts des Nichtwissens für abenteuerlich.
So habe ich in einem Buch über Gesteine („Gesteine“, Maresch, Schertl, Medenbach, Schweizerbart, Stuttgart 2014) über Ultra-Hochtemperatur-Metamorphite gelesen. Dabei werden unter hohen Temperaturen Ausgangsgesteine unter Bildung von Kohlendioxid metamophisiert. Diese Umstand ist erst seit ca. 1990 als weit verbreitetes Phänomen bekannt. Wie groß diese Quelle weltweit ist, ist natürlich nicht bekannt.
Das ist nur ein Ausschnitt unserer Unkenntnis. Ohne gesicherte Massenbilanz ist keine vernünftige Aussage zur Entwicklung der CO2-Konzentrationen möglich. Davon abgesehen, ob Kohlendioxid den nachgesagten klimarelevanten Einfluss überhaupt hat.
Herr Härtel,
Sie schreiben: „Aus Konzentrationsänderungen auf die Quellen und Senken zu schließen, halte ich angesichts des Nichtwissens für abenteuerlich.“ Wieso das? Die Konzentrationsänderung entspricht immer der Differenz zwischen Eintrag und Entnahme, also zwischen Quellen und Senken. Und da die Senken zumindest angenähert proportional zur Konzentration arbeiten (es sind vorwiegend Diffusionsprozesse!), kann man aus der Konzentration und der Konzentrationsänderung die Stärke der Quellen berechnen.
Das glaube ich nicht da beide Prozesse gleichzeitig ablaufen.
Wir sollten so ehrlich sein, zuzugeben, das wir den Ein- und Austrag der Natur nur sehr grob abgeben können.
Auf einen CO2-Maximalwert von 475 ppm würde ich jetzt nicht den Kopf verwetten. Dazu müsste die Mauna Loa-Kurve (heute 420 ppm) jetzt zügig den Wendepunkt durchlaufen. Roy Spencer, der die Mauna Loa-Kurve nachmodelliert und im Juli 2022 die aktualisierte IEA-Emissionsprognose verwendete, errechnet bis 2100 noch keine merkliche Abflachung der CO2-Anstiegskurve und erreicht im Jahr 2100 ca. 600 ppm. Trotzdem ist es richtig, dass das Emissions/Absorptions-Gleichgewicht früher oder später erreicht wird – ohne Dekarbonisierung und in einem Bereich, der für die Menschheit vorteilhaft ist. Selbst, wenn die globalen Temperaturen nochmals um 1 Grad steigen sollten.
Herr Dr. Ullrich, Sie haben übersehen dass die max. 475 ppm (sowie +1,46 Grad im Gleichgewicht) sich bei Reduktion auf konstant 30,4 GtCO2/a einstellen – und wir heute bei fast 42 Gt sind. Ich habe den Verdacht dass Dr. Dengler sich (wegen des viel zu hohen ECS) bemüht hat, durch eine Verringerung der Emission konform zu IPCC und dem 1,5 Grad-Ziel von Paris zu bleiben.
Danke für den Hinweis. Aber, kann es sein, dass Sie den Wendepunkt im Jahre 2016 verschlafen haben? Zugegeben, man kann ihn erst mit den Maona Loa Daten von 2022 einigermaßen zuverlässig erkennen, zumal das „Corona“-Loch auch noch etwas dazu beigetragen hat.
Und dem Klima ist alle Theorie wurscht ! Denn wer kann schon regional globalwirkendes Wetter machen! Die Theoretische Wissenschaft sicher nicht und Gesetze zum extra Recourccen- und Flächenfraß sicher auch nicht !
Dass die Autoren anhand von Messkurven Parameter eines C-Modells berechnen, ohne ein konkretes C-Modell (wie z.B. in http://www.fachinfo.eu/dietze2020e.pdf) vorzustellen, mutet zunächst seltsam an. Die Überprüfung zeigt jedoch dass realistische Werte herauskommen. So geht pro Jahr etwa 2% des anthropogenen Überschussinhalts der Atmosphäre, also (ppm-280)•2,123 GtC in die Senken, womit die 1/e-Zeitkonstante (mean residence time oder adjustment time) 50 Jahre wird. Die Halbwertszeit ist dann allerdings 50•ln(2)= 34,7 (und nicht 42) Jahre.
Ein maximaler Anstieg auf 475 ppm ergibt sich bei konstanter Emission von nur etwa 30,4 GtCO2/a, denn das sind 2% von (475-280)•2,123•3,667. Damit ergibt sich die essentielle Aussage dass es gar kein „Restbudget“ gibt und somit NetZero sich ganz von selbst (!) einstellt, also GAR KEINE DEKARBONISIERUNG erforderlich ist.
Seltsam und völlig unrealistisch – insbesondere bei EIKE – erscheint die Abschätzung der maximalen CO2-Verdoppelungssensitivität ECS von 1,92 Grad unter der Prämisse dass der beobachtete Temperaturanstieg seit etwa 1850 zu 100% (!) vom CO2-Effekt verursacht wurde – insbesondere wo Dr. Dengler auf seiner Website http://klima-fakten.net/?p=6741 mit MODTRAN (siehe Fakt 3) bei nur 0,5 Grad liegt – also 1/6 von IPCC. Für den Temperaturanstieg wird leider eine falsche Formel mit log angegeben. Es muss heissen 2,77•ln(C/Co), wobei 2,77=1,92/ln(2) ist.
In Kapitel 2.3.2. der Originalarbeit ist von nur etwa 20% CO2-Effekt die Rede („it also ignores the dominant contribution of cloud albedo reduction to global warming [20], whereby 80% of recent warming is caused by albedo reduction and only 20% by increase of CO2 concentration“). Kein Wunder dass von Judith Curry, welche von etwa 63% ausgeht und ECS etwa um den Faktor 2,5 zu hoch bei „IPCC/2“ verortet, diese Arbeit geliked wird. Schliesslich sind die +1,46 Grad bei 475 ppm doch „politically correct“ und konform mit dem 1,5 Grad-Ziel von Paris…
Mathematik ohne physikalische(s) Modell(e).
Offensichtlich haben Sie die Originalarbeit nicht und die Zusammenfassung kaum gelesen, sonst wären Ihnen die physikalischen Grundlagen (Massenerhaltung und Diffusion) nicht entgangen.
Herr Dr. Dengler, gut dass auch Sie sich jetzt zu Wort gemeldet haben. Mir fällt aber auf dass Sie sich (auch privat) beharrlich weigern, auf die von mir genannten wesentlichen Punkte (s.o.) einzugehen. Insbesondere wundert mich dass Ihr Szenario, durch das Sie ja bei moderat reduzierter Emission eine Kompatibilität mit Paris 1,5 Grad (!!) erzeugen, hier fälschlich auf 100% CO2-Effekt basiert ist – und Sie dabei noch vergessen dass die nach 1850 beobachteten Werte ja eher transient (TCR) sind und ECS damit sogar 1,92/0,7=2,7 Grad wird. Dagegen ergeben sich mit [20] und 1,92/5/0,7 brauchbare 0,55 Grad für ECS.
Ihre Berechnungen beruhen also auf einer etwa 3,5fach (!) zu hohen CO2-Verdoppelungssensitivität. Im Vergleich zu Ihren 0,5 Grad bei MODTRAN sind ein ECS von 1,92 Grad sowie die Emission passend zu Paris 1,5 Grad für EIKE-Leser extrem IPCC-lastig. Und immer noch geben Sie für den Temperaturanstieg eine falsche log-Formel an statt 2,77•ln(C/Co), wobei 2,77=1,92/ln(2) ist. Das versteht kein Fachmann – auch nicht wieso Co 235 ppm (?) sein soll und 2,77•ln(Co) statt mit 15,1 mit 16 angegeben wird, obwohl 2,77•ln(280) doch 15,6 ist.