Ein einfaches Modell des atmosphärischen CO₂-Budgets

geschrieben von Chris Frey | 18. April 2019

Die residualen Auswirkungen großer Vulkanausbrüche (nicht im Modell enthalten) zeichnen sich eindeutig ab. Zwei interessante Ergebnisse sind Folgende: 1) das natürliche, in den Modellen implizit vorhandene Gleichgewichts-Niveau von CO₂ in der Atmosphäre beträgt etwa 295 ppm und nicht 265 oder 270 ppm wie oftmals angenommen, und 2) falls sich die CO₂-Emissionen stabilisieren und konstant auf dem Niveau des Jahres 2018 gehalten werden würden, dann würde sich die atmosphärische Konzentration eventuell bei nahe 500 ppm stabilisieren, selbst mit fortgesetzten Emissionen.

[Ende SUMMARY].

Eine E-Mail-Diskussion hinsichtlich der nicht-anthropogenen Quellen von CO₂ ließ mich ein einfaches Modell betrachten, um die Historie der CO₂-Messungen am Mauna Loa seit 1959 zu erklären. Dabei habe ich hier nicht die Absicht zu beweisen, dass irgendwelche natürlichen Quellen ursächlich für den jüngsten CO₂-Anstieg sind, glaube ich doch, dass es zumeist anthropogene Quellen sind. Stattdessen versuche ich zu ergründen, wie gut ein einfaches Modell den CO₂-Anstieg erklären kann und welche nützlichen Erkenntnisse aus einem solchen Modell abgeleitet werden können.

Das Modell verwendet die Schätzungen der jährlichen anthropogenen CO₂-Erzeugungsraten seit 1750 von Boden et al. (2017), aktualisiert bis 2018. Das Modell geht davon aus, dass die Rate, mit der CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird, proportional ist zum atmosphärischen Überschuss über einem bestimmten natürlichen „Gleichgewichts-Niveau“ der CO₂-Konzentration. Eine Tabellen-Kalkulation mit dem Modell findet sich hier.

Der vermutete jährliche CO₂-Eintrag in das Modell sieht so aus:

Abbildung 1: Vermuteter jährlicher CO₂-Eintrag in die Modell-Atmosphäre

Ich habe auch die Auswirkungen von El Nino und La Nina hinzugefügt, welche nach meiner Berechnung eine jährliche Änderung von 0,47 ppm CO₂ pro Einheit des Multivariate ENSO Index (MEI)-Wertes (Mittel von Mai bis April). Dies hilft, einige der Ausschläge in den Mauna Loa-Messungen zu erfassen.

Der resultierende Fit zu den Mauna Loa-Daten erforderte ein vermutetes „natürliches Gleichgewicht“ der CO₂-Konzentration von 295 ppm, was höher ist als das normalerweise angesetzte Niveau von 265 oder 270 ppm in vorindustrieller Zeit:

Abbildung 2: Einfaches Modell der atmosphärischen CO₂-Konzentration auf Grundlage der Schätzungen von Boden et al. (2017) der jährlichen anthropogenen Emissionen, eine natürliche El Nino/La Nina-Quelle/Senke nach dem Fitting von drei modell-freien Parametern.

Man beachte, wie gut selbst die geringen, von El nino und La Nina induzierten Änderungen abgebildet werden. Mit der Rolle von Vulkanen befasse ich mich später.

Die nächste Abbildung zeigt den gesamten Modellzeitraum seit 1750, verlängert bis zum Jahr 2200:

Abbildung 3: Wie in Abbildung 2, aber über den gesamten Modellzeitraum 1750 bis 2200

Man beachte, dass sich interessanterweise die atmosphärische Konzentration trotz fortgesetzter CO₂-Emissionen bei nahe 500 ppm stabilisiert. Dies ist die direkte Folge der Tatsache, dass die Mauna Loa-Messungen die Vermutung stützen, dass die Rate, mit welcher CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird, direkt proportional ist zu der Menge des „Überschuss“- CO₂ in der Atmosphäre über einem „natürlichen Gleichgewichts“-Niveau. Mit der Zunahme des CO₂-Gehaltes nimmt auch die Rate oder Entfernung zu, bis sie zur Rate des anthropogenen Eintrags passt.

Wir können auch die Entfernungsrate von CO₂ als einen Anteil der anthropogenen Quelle untersuchen. Wir wissen schon lange, dass nur die Hälfte dessen, was emittiert wird, in der Atmosphäre „auftaucht“ (was nicht das ist, was wirklich vor sich geht), und vor Jahrzehnten hat das IPCC vermutet, dass Biosphäre und Ozeane nicht das Überschuss-CO₂ mit einer derartig hohen Rate entfernen können. Aber tatsächlich ist es so, dass der Bruchteil der Rate der Entfernung zugenommen und nicht abgenommen hat. Und das einfache Modell bildet dies ab:

Abbildung 4: Rate der Entfernung atmosphärischen CO₂ als Anteil der anthropogenen Quelle, im Modell und in den Messungen.

Die Auf-und-Ab-Variationen in Abbildung 4 sind El Nino und La Nina-Ereignissen geschuldet (und Vulkanausbrüchen, die als Nächstes diskutiert werden).

Und zum Schluss eine Graphik, welche die Differenz zeigt zwischen dem Modell und den Mauna Loa-Messungen. Dabei werden die Auswirkungen von Vulkanen sichtbar. Nach einem großen Ausbruch wird die CO₂-Menge in der Atmosphäre gedrückt, entweder durch eine Abnahme der natürlichen Emissionen von der Oberfläche oder durch eine Zunahme des atmosphärischen Aufnehmens von CO₂ der Atmosphäre:

Abbildung 5: Einfaches Modell der jährlichen CO₂-Konzentrationen minus Mauna Loa-Messungen (ppm). Dies enthüllt die Auswirkungen von Vulkanen, welche nicht im Modell enthalten sind.

Was für mich erstaunlich ist: Ein Modell mit so einfachen, aber physikalisch sinnvollen Annahmen kann so genau die Mauna-Loa-Aufzeichnungen der CO₂-Konzentration abbilden. Ich gebe zu, kein Experte bzgl. des globalen Kohlenstoff-Zyklus‘ zu sein, aber die Mauna Loa-Daten scheinen die Vermutung zu stützen, dass für globale jährliche Mittelwerte an der Oberfläche eine Gesamt-Menge von CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird, welche direkt proportional ist zu wie stark die CO₂-Konzentration über 295 ppm steigt. Die biologischen und physikalischen ozeanographischen Gründe hierfür mögen komplex sein, aber das Ergebnis insgesamt scheint einer einfachen Relation zu folgen.

Link: https://wattsupwiththat.com/2019/04/11/a-simple-model-of-the-atmospheric-co2-budget/

Übersetzt von Chris Frey EIKE

Deutschland mit Wetter und Deutschland im Griff des Klimawandels

geschrieben von Chris Frey | 18. April 2019

Wetter in Bayern: Der Frühling bleibt, droht eine neue Dürre?

Der Bayerische Staatsfunk nimmt seinen Informationsauftrag fürs Volk ernst und informiert regelmäßig über wichtige Themen, also auch das Klima und dessen stetigem Wandel. In welcher Form und wie „(des-)informativ“ dies (nicht nur beim BR) geschieht, wurde bereits mehrmals berichtet [2] [3] [4] [5] [6] [13].

Nun scheint der BR extra einen Meteorologen mit ausreichender Klima-Alarmstimmung engagiert zu haben, der in der richtigen Form über das Wetter zu berichten weiß. Für den Autor wieder ein Anlass, anhand der gleichen Daten die Darstellungen eines Öffentlich-Rechtlichen Fachmannes und seine laienhaften nebeneinander zu legen:
BR24, 31.03.2019: Wetter in Bayern: [1] Der Frühling bleibt, droht eine neue Dürre?
Das trockene und warme Hochdruckwetter bleibt uns erhalten. BR-Meteorologe Michael Sachweh rechnet mindestens bis Mittwoch mit Sonne und Temperaturen von 14 bis 18 Grad. Es gebe sogar Anzeichen, dass in diesem Jahr eine neuerliche Dürre droht.
Der Wetterbericht sah das mit der „droht eine neue Dürre“ am nächsten Tag wie folgt (Anmerkung: zumindest in Franken regnete es dann allerdings weniger, als im Wetterbericht vorhergesagt):

Bild 1 Wettervorhersage Nürnberg am 01.04.2019

Zur drohenden (Sommer-)Dürre in diesem Jahr weiß auch der FOCUS Neues zu berichten. Vor allem, dass man es nicht weiß, aber vorbeugend schon einmal herrlich darüber fabulieren kann:
[9] FOCUS ONLINE, 03.04.2019:
… Wir haben besonders in den vergangenen zwei Wochen bereits die starken Westwinde zu spüren bekommen, als ein Sturm nach dem anderen von Westen nach Deutschland hereingezogen ist. Ein Blick auf die Wetterstatistiken zeigt, dass in der Vergangenheit der April bei Westströmungen in Nordeuropa zu warm und in Westeuropa etwas zu trocken ausgefallen ist.
In Deutschland bekommen wir ein bisschen von beidem ab: … Dazu wird es etwas weniger regnen als normalerweise.
Wie wird der Sommer?

Bild 2 Screenshots aus dem Videovortag bei FOCUS ONLINE [9]

[9] FOCUS ONLINE, 03.04.2019:
Eine zuverlässige Sommerprognose ist aus heutiger Sicht nicht möglich, da sich bis dahin noch viel ändern kann …
… Auch das Wettergeschehen in Iberien spielt eine Rolle für Deutschland: Hält die Trockenheit dort noch bis in den Mai an, könnte das Hitzewellen bei uns verstärken. Es zeichnet sich ab, dass der Sommer ebenfalls heiß wird, wenn auch nicht ganz so heiß wie der Rekordsommer des vergangenen Jahres. Das Jahr 2019 könnte so ausfallen wie die die Sommer in 2015 und 2017 …

Im Winter hat es weit überdurchschnittlich geregnet, aber eben „nicht so viel wie nötig“

Inzwischen ist jedes Wetter welches sich nicht wunschgemäß verhält, Anlass für mögliche Klimasorgen.
BR24 [1]: Ein unangenehmes Wiedersehen
… Für Michael Sachweh ist es fast wie ein Déjà-Vu. Denn letztes Jahr habe im Frühjahr eine regelrechte Dürre geherrscht. Die Grundwasserpegel sind stark gefallen, die Trockenheit verursachte auch in der Landwirtschaft starke Schäden.
Die Hoffnungen hätten also auf dem Winter geruht, so Sachweh. Aber da habe es nicht so viele Niederschläge gegeben, wie nötig gewesen wären, um die Grundwasserbestände wieder aufzufüllen. Jede Nachricht, dass es nicht regnet, sei also eine schlechte Nachricht, so Sachweh.

Trotz dem „Déjà-Vu“ des „Experten“ weist der DWD allerdings auch für den März die folgenden, weit über dem langjährigen Mittelwert liegenden Niederschlagsmengen aus:

Bild 3 Niederschlag März 2019 Deutschland

Bild 4 Niederschlag März 2019 Bayern

Gerade einmal einen Tag später publizierte der DWD zum Winterniederschlag die folgende Information:
DWD: Winter 2018/19
… Der Winter 2018/19 (meteorologischer Winter: Dezember bis Februar) war zu mild, zu feucht und sehr sonnenscheinreich.
und die Bayerische LWF die folgende zum Grundwasserpegel:

Bild 5 Nordbayerische Nachrichten, lokale Printausgabe vom 01.04.2019. Fotoausschnitt vom Autor

Der Kreisobmann des Bayerischen Bauernverbandes sagte am 08. April einer Zeitung:
„ … Dass es seit Mitte März keine nennenswerten Regenfälle gibt und die Wasserbilanz in unserer Gegend (Anmerkung: Mittelfranken) seit Februar negativ ist, also weniger Regen fällt … macht mir keine Sorgen. Abgesehen vom trockenen Waldboden gab es im Dezember und Januar genug Niederschläge …
Dem einen ist es demnach nicht genug Regen, dem anderen dagegen zu feucht und wieder andere sind ganz einfach zufrieden. Man lernt daraus, dass es das Wetter wirklich nie allen recht machen kann.

Ergänzend dazu die Winterdaten aus dem DWD-Viewer. Der diesjährige Winterniederschlag lag – wie vom DWD auch berichtet – erheblich über dem Mittelwert, in Bayern sogar fast wieder in der Nähe der Extremwerte (Bild 7)
Man könnte also genau so gut beruhigend berichten: Trotz des ausnahmsweise extrem trockenen Sommers zeigte der Winterniederschlag seine hohe Dynamik auch zur nassen Seite und füllte die fehlenden Wasservorräte erfreulich gut auf.

Bild 6 Winterniederschlag 2018/2019 Deutschland. Quelle: DWD Viewer

Bild 7 Winterniederschlag 2018/2019 Bayern. Quelle: DWD Viewer

Als Rückblende auch der Sommerniederschlag in Langzeitdarstellung. Man sieht, dass der letzte wirklich extrem gering war, aber nicht einmal im Ansatz dazu ein Trend vorliegt. Er belegte lediglich wieder, dass beim Niederschlag extreme Schwankungen schon immer normal waren und gar nicht so selten vorkommen.

Bild 8 Sommerniederschlag seit 1881. Quelle: DWD Viewer

Der März stürmt extrem – sofern man ihn einseitig genug betrachtet

BR24 [1]: Der stürmischste März seit Jahrzehnten
Die Windbilanz der DWD-Wetterstationen belegt: Der März 2019 stellt neue Windrekorde auf, z.B. in Bamberg, Augsburg und München.
Es ist laut Sachweh ein Phänomen, dass Meteorologen schon seit mehreren Jahren beobachteten. Wenn eine Großwetterlage kommt, dann nistet sie sich deutlich länger ein als früher.
Beispiel Monat März, der von sich abwechselnden Sturmtiefs geprägt war: Es sei der stürmischste März seit vielleicht 30 Jahren gewesen, so der Meteorologe. Die Sturmböen der Tiefs „Bennet“ am 4. und „Eberhard“ am 10. verursachten in Bayern große Schäden. Ebenfalls ein Indiz dafür, dass sich die Wetterlagen lange Zeit nicht mehr abwechselten.

Wieder lohnt es sich, Daten anzusehen. Leider gibt es im DWD-Viewer keine Winddaten, weshalb der Autor solche von den Messstationen der genannten Städte geladen und angesehen hat. Da in der (öffentlichen) DWD-Datenbank keine Daten von Bamberg hinterlegt sind, wurden ersatzweise die vom nahe gelegenen Nürnberg verwendet.

Winddaten Nürnberg

Zuerst die Tagesmittel über das Gesamtjahr seit Beginn der Datenreihe im Jahr 1955 (Bild 9). Man sieht, dass seit 1990 die Extreme abnehmen und der Trendkanal seit ca. 1996 horizontal verläuft.

Bild 9 Nürnberg, gänzjähriges Tagesmittel Wind seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Ähnlich sieht es bei den Tagesmaxima aus.

Bild 10 Nürnberg, Tagesmaximum Wind seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Und nun zum windschlimmen, gerade vergangenem März.
Die Tages-Maximalwerte lagen im seit wenigen Tagen vergangenen März hoch, waren bei Weitem aber nicht über-extrem.
Gleiches gilt für den Tages-Maximalwert und das Tagemittel.

Bild 11 Nürnberg, Tages-Maximalwerte Wind im März seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 12 Nürnberg, Tagesmittel Wind im März seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Wo findet sich nun das vom Wetterfachmann berichtete Extrem?
Dazu die März-Windsummen seit Beginn der Messreihe
Erst diese zeigen einen neuen Extremwert. Woran das liegt, ist ebenfalls ersichtlich. Dieses Jahr könnte die Spitze einer Periodizität erreicht sein. Zeichnet man einen groben Trendkanal, dann sieht man, dass die März-Windsumme seit ca. 1980 darin liegt, wobei sich die Spitzen-Windwerte scheinbar etwas leicht erhöht haben.

Bild 13 Nürnberg, Windsumme März seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Der Wetterfachmann leitet daraus ab:
BR24 [1]: Es sei der stürmischste März seit vielleicht 30 Jahren gewesen, so der Meteorologe.
Der Autor sagt: Die Windextreme scheinen insgesamt mittelfristig leicht abzunehmen. Auf keinen Fall ist eine Zunahme erkennbar. Auffällig ist, dass – wie auch beim Niederschlag – Extreme ohne „Vorboten“ oder Trend erscheinen. Nur in der Monats-Windsumme übertraf der diesjährige März geringfügig das letzte Maximum von 1994. Ob das signifikant ist, darf bezweifelt werden.

Wie geringfügig – fast eher zufällig – der diesjährige März „der stürmischste“ war, zeigt der folgende Ausschnitt ab 1975. Interessant ist dabei: Die Regressionsgerade der März-Windsumme liegt horizontal bis ganz, ganz wenig negativ.
Im folgenden bild zur besseren Übersicht die Windsumme März von Nürnberg etwas gezoomt:

Bild 14 Nürnberg, Windsumme März seit 1975 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Winddaten München und Augsburg

Ähnlich wie bei Nürnberg ist mit München und Augsburg. Wer sich wundert: Die Umwelt-Messreihe München beginnt (mit zwei wechselnden Standorten) im Jahr 1879. Die Winddaten beginnen aber erst mit dem Jahr 1984. Für „Klimafachleute reicht das, um zu erkennen, ob etwas „noch nie so schlimm gewesen war“ oder „immer schlimmer wird“.

Bild 15 München, Tagesmaxima Wind seit 1984 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 16 München, Windsumme März seit 1984 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 17 München, Tages-Maximalwerte März seit 1984 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 18 Augsburg, Tages-Maximalwerte Wind im März seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 19 Augsburg, Tages-Maximalwerte Wind im März seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Hinweis: Am Schluss finden sich dazu noch die interessanten Daten der Langzeitreihe vom Hohenpeissenberg.

Nochmals Niederschlag(-Extreme)

BR24 [1]: Obwohl Bayern mit rund 140 Stunden (Soll: 119 Stunden) ein sonnenscheinreiches Bundesland war, erreichte die Niederschlagsmenge in diesem Monat gut 70 l/m² (Durchschnitt: 62 l/m²). Die stärksten Niederschläge fielen am 15. Einige Flüsse traten dabei über ihre Ufer. Schöfweg im Bayerischen Wald meldete an diesem Tag mit 91 l/m² die bundesweit größte Summe.
Wie alle Untersuchungen (des Autors [7], aber auch anderer) zeigen, nehmen Niederschlagsextreme nicht zu, bleiben aber weiterhin – wie schon immer – extrem. Deutlich zeigt das der DWD-Viewer. Die diesjährigen 70 l/m2 liegen etwas über dem Mittel und „herrlich“ innerhalb der Spanne. Der Verlauf zeigt, dass der Märzniederschlag in Bayern grob wieder den Wert vom Beginn der Messreihe hat. Von irgendwelchen Extremen ist der Wert weit entfernt. Der Mittelwert hat sich nach zwei deutlichen Ausschlägen sogar ungefähr auf den Wert zu Beginn der Messreihe „gesetzt“, liegt also ebenfalls weit weg vom Trend zu immer schlimmer oder sonst etwas. Das ist bemerkenswert, denn Bayern soll besonders stark vom Klimawandel betroffen sein.

Bild 20 Bayern, Niederschlag März seit 1881. Quelle: DWD Viewer

Wie der Extremniederschlag lokal aussehen kann, zeigt das folgende Bild von Nürnberg. Seit 1955 wurden die Extrem-Niederschlags-Tageswerte niedriger, der Mittelwert verläuft seit dem Beginn der Messreihe in einem horizontalen Trendkanal.

Bild 21 Nürnberg, täglicher Niederschlag seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

München zeigt ein etwas anderes Bild (und wieder die aus heiterem Himmel erscheinenden Extreme). Aber es zeigt ebenfalls, dass die Extremniederschläge keinesfalls zunehmen.

Bild 22 München, täglicher Niederschlag seit 1879 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Fazit
Unser Wetter hat es bei den Fachpersonen der Öffentlich-Rechtlichen genau so „verschissen“, wie der aktuelle US-Präsident. Es kann es einfach nicht richtig machen. Es wird sich aber weigern, „abgewählt“ zu werden und auf unsere, die Staatsfinanzen und weitere ruinierende CO₂-Vermeidung, wohlwollend zu reagieren,

Anlage: Daten Hohenpeissenberg

Bayern hat eine der längsten Umweltmessreihen der Welt, die vom Hohenpeissenberg. Daraus die Winddaten, um zu sehen, wie Klima(wandel)Spezialisten erkennen können, ob, wie und welche Wetterphänomene sich gegenüber denen der Urzeiten infolge dem menschenverursachten CO₂-Eintrag „unnatürlich“ verändern und dass vor allem Bayern besonders stark vom Klimawandel betroffen ist.
Beim Ansehen der folgenden Windgrafiken wird sich mancher fragen: Wo sind die Langzeitdaten? Die Messreihe beginnt doch mit dem Jahr 1781! Das stimmt, aber Winddaten beginnen darin erst mit dem Jahr 1940 und 1950. Zumindest in dem beim DWD für das Volk hinterlegtem Datensatz.
Um auch mit dieser Station zu zeigen, dass Wetterextreme in Bayern nicht laufend zunehmen, reicht es. Um behaupten zu können, die angeblich furchtbar schnellen Änderungen wären „noch nie dagewesen“ und damit unnatürlich, reicht es bei Weitem nicht.
Dabei ist anzumerken, dass die Grafiken zum Niederschlag oft auch etwas anders aussehen. Dazu sind die Verlaufsbilder sehr stark stationsabhängig, wie die in diesem Artikel und die in anderen Publikationen dazu [10] [11] zeigen.

Bild 23 Hohenpeissenberg, Tagesmaximum Windspitzen seit ca. 1950 bis 31.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 24 Hohenpeissenberg, Tagesmittel Wind seit ca. 1940 bis 31.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 25 Hohenpeissenberg, Monatssumme März seit ca. 1950 bis 31.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Niederschlag

Bei Niederschlags-Extremen ist es extrem schwierig, Trends zu erkennen. Das liegt einmal daran, dass er wohl die extremsten Streuungen hat, Extremwerte sehr oft „aus heiterem Himmel“ ohne irgend einen Hinweis-Trend kommen und Extreme in der Regel nur auf eng begrenztem Gebiet fallen. Der Zeitraum von 100 Jahren ist damit zur Erkennung oder Ableitung eines Trends mit Sicherheit nicht ausreichend.
Da die Stations-Flächenabdeckungen früher viel geringer waren, wurden früher mit Sicherheit auch weniger Extremniederschläge erfasst als mit dem heutigen Messnetz.

Wie stark der Extremniederschlag vom Messstandort abhängt, zeigen die folgenden Bilder, die alle unterschiedliche Verläufe zeigen. In vielen Details nachlesen lässt es sich bei [7] [10] [11]. Wie über-extrem Niederschlag sein kann, zeigt das Beispiel aus der Namib-Wüste [12] (vor dem Industriezeitalter).
Den deutschlandweiten Extremregen von 1926 (Zeitungsausschnitt von damals, Bild 29) zeigt Nürnberg nicht, weil es diese Zeit nicht erfasst; die Station Hohenpeissenberg zeigt nichts davon, aber die Station Magdeburg zeigt es wie ein Menetekel (mehr Details dazu in [10] ).

Bild 26 Hohenpeissenberg, Täglicher Niederschlag seit ca. 1871 bis 31.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 27 (21) Nürnberg, täglicher Niederschlag seit 1955 bis 30.03.2019. Quelle: DWD, Grafik daraus vom Autor erstellt

Bild 28 Tagesniederschlag Magdeburg (DWD-Station 3126). Grafik vom Autor anhand der Daten erstellt. [10]

Bild 29 Zeitungsausschnitt von 1926 mit Bericht über das Starkregenereignis (im Bild 28 gekennzeichnet) [10]

Es ist erschütternd, wie auf solch widersprüchlichen Berichte und Daten, sowie einer solch schlechten Datenqualität der fremdgesteuerte Politikzirkus in Berlin hemmungslos ihre Klimahysterie schürt und nun noch behauptet, die protestierenden Schüler*innen und Kinder bis fast zum Kindergartenalter wären Beleg dazu.
Unsere Umweltministerin –an Inkompetenz zum Fach nahtlos an ihre Vorgängerin anknüpfend – ist inzwischen als ältliche „jean d’arc“ des entrechteten Klimas mutiert: [14] … Es geht um nichts Weiteres als um die Rettung der Welt …
wobei sich ihr „Wissen“ –wie man im Artikel deutlich erkennen kann – einzig darauf beschränkt: CO = Klimagift und muss koste, was es wolle und ohne erlaubte Zweifel verhindert werden.
Für solche „Weltretter“ (mit dem Geld der Bürger) ist es eben eine Zumutung, Informatives wie zum Beispiel:
[15] EIKE 11. April 2019: Die Kleine Eiszeit – zurück in die Zukunft
zu lesen, um etwas über die verheerenden Auswirkungen des bis vor Kurzem zu kalten Klimas zu erfahren.

Quellen

[1] BR24, 31.03.2019: Wetter in Bayern: Der Frühling bleibt, droht eine neue Dürre?

[2] EIKE 7. März 2018: Flashcrash Klimaalarm. Wer Klimaalarm posaunt, bekommt immer recht (Teil 2 und Abschluss)

[3] EIKE 24.05.2016: Wie der Bayerische Rundfunk auf die Überschrift einer Pressemitteilung der Munich Re hereinfällt

[4] EIKE 12.06.2017: Fake News: Zuerst der SWR, nun der BR: Ein Südseeparadies versinkt im Meer. Öffentlich-Rechtliche Klimawandel-Agitation in Endlosschleife

[5] EIKE 27. April 2018: SOS Südsee – Der Ozean steigt nicht übernatürlich, dafür umso stärker die Propaganda in der öffentlich-rechtlichen Berichterstattung (Teil 2)

[6] EIKE 11. August 2017: ARTE-Film zum Senegal: Eine Insel versinkt – und mit ihr (wieder) jegliche Glaubwürdigkeit der Klimawandel-Berichterstattung

[7] EIKE 12.08.2017: Die Starkregen vom Juli 2017 in Deutschland sind (keine) Menetekel eines Klimawandels

[9] FOCUS ONLINE, 03.04.2019: Dürre-Prognose vom Weather Channel Meteorologin erklärt, ob ein neuer Hitze-Sommer Deutschland austrocknet

[10] EIKE 18.04.2018: Beeinflussungen durch Starkregen nehmen in Deutschland nicht zu. Mit schlecht angewandter Statistik lässt sich aber das Gegenteil „zeigen“ (Teil 2)

[11] EIKE 12.08.2017: Die Starkregen vom Juli 2017 in Deutschland sind (keine) Menetekel eines Klimawandels

[12] EIKE 14.10.2015: Der Klimawandel bedroht die Wüste Namib – glaubt Deutschlandradio Kultur

[13] EIKE 10.04.2016 : Nachgefragt: BR Programm 14.3.2016, Sendung: „Jetzt mal ehrlich Verstrahltes Bayern: Wie viel Wahrheit ist uns zumutbar?

[14] Deutschlandfunk: Umweltministerin Svenja Schulze (SPD)„Zeit für Symbole in der Klimaschutzpolitik ist vorbei“

[15] EIKE 11. April 2019: Die Kleine Eiszeit – zurück in die Zukunft

Experimentelle Untersuchung der IR-Strahlung von den Gasen CO₂ und Butan/Propan im Labor und Feldversuch

geschrieben von Chris Frey | 18. April 2019

Die grundsätzlichen Fragestellungen dieser Forschung sind: Kann ein Treibhausgas die Temperatur eines Körpers durch eine dabei auftretende Gegenstrahlung erhöhen?

Ist es möglich, dass es eine Sättigungsgrenze der Treibhausgaskonzentrationen gibt, bei der keine weitere Steigerung der Gegenstrahlungseffekte mehr eintreten? Ist diese Sättigungsgrenze bei CO₂ in der Atmosphäre bereits erreicht?

Die hier vorgestellten Experimente sind nur ein erster Schritt und sollen ausschließlich einem grundlegenden Wissensgewinn dienen.

Bei den Versuchen wurde das Prinzip der Vordergrund- und Hintergrundstrahlung zugrunde gelegt (M. Schnell, Experimentelle-Verifikation-des-Treibhauseffektes hier).

Nach diesem Prinzip kann eine Hintergrundstrahlung die Wirkung einer

Vordergrundstrahlung vollständig überlagern, wenn beide die gleichen Wellenlängen nutzen und hier die gleiche Strahlungsdichte besitzen. Aus diesem Grunde sind Messungen des Treibhauseffektes nur vor einem kälteren Hintergrund möglich. Deswegen hatten die untersuchten Gase eine höhere Temperatur als der Hintergrund, der durch eine Eiswasserschale bzw. einen wolkenfreien Himmel gebildet wurde.

Hatten bei Kontrollversuchen Gas und Hintergrund die gleiche Temperatur, wurde auch tatsächlich kein messbarer Effekt festgestellt.

Der Messsensor

Um festzustellen, ob ein Körper durch ein Treibhausgas erwärmt wird, musste ein Messsensor entwickelt werden, welcher nur auf Strahlungseffekte reagiert. Umwelteinflüsse bzw. Wärmetransporte anderer Art, mussten möglichst verhindert werden. Gleichzeitig wurde ein Sensor-Aufbau angestrebt, welcher auch im Feldversuch möglichst genaue Aufzeichnungen liefert, um vergleichbare Ergebnisse, mit dem Laborversuch, zu erzielen.

Abbildung 1 Messsensor

Als abstrahlender Körper im Messsensor wurde ein einseitig schwarz beschichtetes Cu-Plättchen gefertigt. Die geringe Wandstärke von 1 mm mit gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit des Materials, wirkt sich positiv auf schnelle Reaktionszeiten aus (< 10 Sek.). Dieses Plättchen wurde mit einer Klammer und Wärmeleitpaste zusätzlich mit einem Gleichstrom Heizelement (Vollkeramisches Heizelement aus Siliziumnitrid Typ Hi, 7,5 Ohm bei Raumtemperatur) verbunden. Dieses Heizelement wurde jedoch bei den hier vorgestellten Versuchen noch nicht in Betrieb genommen und soll erst bei zukünftigen Experimenten verwendet werden.

Damit der abstrahlende Körper möglichst nur in die gewünschte Richtung (zum IR Fenster) strahlt, wurde die Rückseite des Cu-Körpers poliert. Ein verchromtes Messingteil, sowie die verspiegelte Innenseite des Druckgehäuses verhindern weitgehend Abstrahlung in die falsche Richtung.

Damit die Temperatur des Cu-Plättchens ermittelt werden kann, wurde auf der Rückseite ein poliertes Messingröhrchen aufgelötet. Dieses wird als Einschub für den Messstab des elektronischen Thermometers verwendet und mit einer Wärmeleitpaste gefüllt.

Abbildung 2 Beschichtetes Cu Plättchen

Der gesamte Messsensor wird für den Messbetrieb evakuiert. Damit ist Konvektion im Messsensor verhindert, als auch der Einfluss der Wärmeleitfähigkeiten der gemessenen Gase. Für die Temperaturerfassung kam ein Handmessgerät XP100 von Lufft® mit dem Temperaturfühler PT100 zum Einsatz.

Der Versuchsaufbau im Laborbetrieb/Funktionsprinzip

Abbildung 3 Laborbetrieb des Messsensors im Schema und Fotografie

Der Messsensor wird für den Laborbetrieb, mittels Dichtung, gasdicht auf ein poliertes Edelstahlrohr fixiert. Das Edelstahlrohr wird auf der anderen Öffnung in ein Gefäß mit Eiswasser getaucht, um es ebenso gasdicht zu verschließen.

Durch das IR Fenster hat der abstrahlende Körper im Messsensor nun eine optische Verbindung mit den Eiswürfeln im Eiswasser (Eis absorbiert nahezu 100% der Infrarotstrahlung und bleibt im Wasser konstant bei 0 °C).

Das Edelstahlrohr (Durchmesser 120 mm x 500 mm) hat zwei seitliche, verschließbare Öffnungen. Diese dienen zur Befüllung des Rohres mit einem Gas (Entlüftungs- und Befüllstutzen). Die polierte Oberfläche des Rohres hat einen hohen Reflektionsgrad und damit absorptionsarme Eigenschaften.

Mit diesem Aufbau können Infrarot aktive Gase geprüft werden, in wie weit diese, den Strahlungsfluss beeinflussen können

Abbildung 4 Reaktion des Messsensors auf Eisoberfläche

Wie in der Abbildung 4 zu sehen ist, stellt sich nach dem Platzieren des Eiswassers ein niedrigeres Temperaturniveau des Messsensors ein.

Diese Abkühlung wird durch IR-Abstrahlung verursacht, bis sich ein Gleichgewicht zwischen IR-Strahlung und Wärmezufuhr aus der unmittelbaren Umgebung eingestellt hat.

Messergebnisse des Versuchsaufbaus im Laborbetrieb

Messergebnisse Argon

Um festzustellen, ob die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der eingelassenen Gase einen Einfluss auf den Messsensor hat, wurde Argon als nicht IR aktives Gas verwendet.

Bei der Messung mit Argon wurde kein Einfluss auf den Verlauf der Temperaturkurve festgestellt. Es ist davon auszugehen, dass der Messsensor nicht von unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der Prüf-Gase beeinflusst wird.

Messergebnisse CO₂

Bei der Messung von CO₂ regierte der Messsensor durch eine unmittelbare Reaktion

auf das Einlassen des Kohlendioxids, die Abkühlung des Sensors wurde deutlich beeinflusst.

Abbildung 5 Reaktion Messsensor auf Kohlendioxid im Laborversuch

Wie in Abbildung 5 zu erkennen ist, war die Temperatur des Messsensors noch in einem deutlichen Abwärtstrend. Dieser kehrte sich augenblicklich nach dem Einleiten von 0,75 L CO₂ in einen positiven um.

Messergebnisse Propan/Butan

In Abbildung 6 ist zu sehen, dass sich der Messsensor beim Einlassen von 0,75 L Propan/Butan noch stärker als beim CO₂ erwärmt.

Abbildung 6 Reaktion Messsensor auf Butan/Propan im Laborversuch

Nachdem das Propan/Butan wieder aus der Messröhre durch Spülen mit Luft entfernt wurde, trat wieder eine Abkühlung des Sensors, mit der bereits bekannten Abkühlungsrate, ein.

Diskussion der Ergebnisse:

Es konnte demonstriert werden, dass die IR-aktiven Gase die Temperatur des Sensors messbar beeinflussen können. Die Wirksamkeit einer Gegenstrahlung wurde damit nachgewiesen.

Die untersuchten Gase wurden vor dem Einlassen auf die gleiche Temperatur wie die Röhre erwärmt und ohne große Druckdifferenz (< 2 Pa) in das Prüfrohr eingelassen.

Gegenprobe mit IR-Kamera

Um die erhaltenen Ergebnisse mit einem anderen Messverfahren zu überprüfen, wurden die Strahlungen der untersuchten Gase mit der Wärmebildkamera der Firma Testo detektiert und auch der Versuchsaufbau variiert.

Hierbei wird die mit dem Messsensor der Testo-Kamera empfangene IR-Strahlung in eine fiktive Temperatur umgerechnet.

Verwendetes Gerät: Testo 872, Thermografie Kamera 320 x 240 Pixel, 60mK

IR Kamera Laborversuch

Abbildung 7 IR Kamera Laborversuch im Schema und Photographie

Bei dem Einsatz der IR-Kamera im Laborversuch blickt diese durch ein verspiegeltes gasdichtes Rohr auf den Boden mit Eiswasser und misst aus dieser Position die Temperatur des Eiswassers.

Wird nun ein Gas in die Versuchsanordnung eingelassen, kann nun direkt an der IR-Kamera

abgelesen werden, ob das zu prüfende Gas, die in den Messsensor gelangende IR-Strahlung, verstärkt, abschwächt oder unverändert lässt.

Messergebnisse des Versuchsaufbaus im Laborbetrieb

Messergebnisse Kohlendioxid:

Abbildung 8 Reaktion der IR Kamera auf Kohlendioxid im Laborversuch / T1= -3,1 °C T2= -0,2 °C

Die Kamera gibt für das Eiswasser ohne IR-Gase eine Temperatur von -3,1 °C an. Da die Kamera nicht geeicht werden kann und ohnehin nur die Veränderung von Interesse ist, wird dieser Wert als Startwert genommen.

Die Temperatur der Eiswasseroberfläche stieg nach Einlassen von 0,75 L Kohlendioxid unmittelbar von -3,1 °C auf -0,2 °C; also ein Temperaturanstieg von 2,9 Kelvin.

Messergebnisse Propan/Butan:

Abbildung 9 Reaktion der IR Kamera auf Propan/Butan im Laborversuch T1= -1,5 °C T2= 3,0 °C

Die angezeigte Temperatur der Eiswasseroberfläche stieg nach Einlassen von 0,75 L Propan/Butan unmittelbar von -1,5 °C auf 3 °C; also ein Temperaturanstieg von 4,5 Kelvin.

Diskussion der Ergebnisse:

Es konnte demonstriert werden, dass die IR-aktiven Gase den Strahlungsfluss messbar beeinflussen können.

Die verwendete IR-Kamera ist also in der Lage, Veränderungen der Strahlungsintensitäten welche durch die untersuchten Gase verursacht werden zu detektieren.

Auch hier wurden die untersuchten Gase vor dem Einlassen auf die gleiche Temperatur wie die Röhre erwärmt und ohne große Druckdifferenz (< 2 Pa) in das Prüfrohr eingelassen.

Der Versuchsaufbau im Feldversuch/Funktionsprinzip

Um den Ansatz der Vorder- und Hintergrundstrahler weiter zu verfolgen, wurde nach den Laborversuchen der klare Nachthimmel anstatt der Eiswürfel als „Hintergrundstrahler“ herangezogen.

Die Versuche wurden bei 20 °C auf 800 m Seehöhe und ca. 75% rel. Luftfeuchte durchgeführt.

Abbildung 10 Feldbetrieb des Messsensors im Schema und Fotographie

Der Messsensor wird für den Feldversuch, mittels Dichtung, gasdicht auf ein poliertes Edelstahlrohr fixiert. Die Messöffnung blickt nach oben. Das am oberen Ende offene Edelstahlrohr wird nahezu senkrecht dem klaren Himmel entgegen gerichtet. Dabei darf kein Objekt der Umgebung höher als das Edelstahlrohr sein, da sonst IR Strahlung aus der Umgebung in das Edelstahlrohr eingestrahlt wird. Die Messungen werden bei Dunkelheit durchgeführt, um eine Bestrahlung durch die Sonne auszuschließen.

Durch die polierte Oberfläche des Rohres (hoher Reflektionsgrad) hat der abstrahlende Körper im Messsensor nun eine optische Verbindung mit dem Himmel.

Das Edelstahlrohr hat zwei seitliche, verschließbare Öffnungen. Diese dienen zur Befüllung des Rohres mit einem Gas. Mit diesem Aufbau kann somit geprüft werden, ob eine zusätzliche Menge an IR-aktiven Gasen die Gegenstrahlung erhöht und die Abkühlungsrate des Sensors beeinflusst

Um möglichst den Gasverlust an die Umgebung durch das offene Rohr zu minimieren,

kann eine Rohrverlängerung eingesetzt werden. Ebenso sollten nur Prüf-Gase verwendet werden, die deutlich schwerer als die Umgebungsluft sind.

Messergebnisse CO₂

Abbildung 11 Reaktion des Messsensors im Feldbetrieb auf Kohlendioxid 3.8.2018 / 23:02 + 23:06

Wie in Abbildung 11 zu sehen, konnte keinerlei Beeinflussung des Temperaturverlaufes durch Einlassen von 0,75 L Kohlendioxid in das Messrohr festgestellt werden, auch ein nochmaliges Einlassen von weiteren 0,75 L Kohlendioxid brachte keinerlei Beeinflussung des Messsensors.

Messergebnisse Propan/Butan

Abbildung 12 Reaktion des Messsensors im Feldbetrieb auf Butan/Propan 3.8.2018 / 23:13

Später, aber im selben Messzyklus, wurde auch Propan/Butan in das Messrohr eingelassen, siehe Abbildung 12.

Unmittelbar nach dem Einlassen von 0,75 L Propan/Butan wurde der Temperaturverlauf messbar beeinflusst.

Diskussion der Ergebnisse

Bei diesem Feldversuch konnte, im Gegensatz zum Laborversuch, keinerlei Reaktion des Messsensors auf das Einlassen von Kohlendioxid in das Prüf-Rohr beobachtet werden.

Bei Propan/Butan erfolgte unmittelbar nach ihrer Zugabe, sowohl im Laborversuch als auch im Feldversuch, eine Erwärmung des Sensors.

Weitergehende Erläuterungen der unterschiedlichen Reaktionen der IR-Gase finden sich im Kapitel „IR Kamera Feldversuch“.

Bild: Joujou / pixelio.de

IR Kamera Feldversuch

Abbildung 13 IR Kamera Feldversuch im Schema und Photographie

Bei dem Einsatz der IR-Kamera im Feldversuch blickt diese durch ein verspiegeltes gasdichtes Rohr direkt in den wolkenfreien Nachthimmel. Die Erd- Atmosphäre strahlt gemäß ihrer Gaseigenschaften und Temperatur in die IR-Kamera und diese ordnet der (Gegen)Strahlung eine Temperatur zu.

Wird nun ein Prüf-Gas in die Versuchsanordnung eingelassen, kann nun direkt an der IR-Kamera abgelesen werden, ob das zu prüfende Gas, die in den Messsensor gelangende IR-Strahlung (in diesem Fall die atmosphärische Gegenstrahlung), verstärkt, abschwächt oder unverändert lässt.