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Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz

Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz. CO 2 (ppm). Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO 2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität Erwarteter zukünftiger Klimawandel

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Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz

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Presentation Transcript

  1. Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz CO2 (ppm)

  2. Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimageschichte Klimaschutz

  3. Strahlungshaushalt [IPCC,2001] kurzwellig langwellig

  4. einfaches Glashausmodell: Fläche A: Fläche B: Bilanz: [Kraus, 2004] Modell: • Atmosphäre = eine Fläche • Erdoberfläche habe Albedo von 30% • keine anderen Energietransporte  natürlicher Treibhauseffekt qualitativ Ergebnis: TA= -18°C, TB= 30°C TA entspricht Teff,Erde

  5. Erweiterung des einfachen Glashausmodells: Fläche A: Fläche B: Ergebnis: für TB= 288 K, folgt TA= 242 K und A=0,78 für TB= 289 K, folgt TA= 243 K und A=0,79 [Kraus, 2004] Modell: • Atmosphäre = eine Fläche • Erdoberfläche habe Albedo ag • keine anderen Energietransporte • langwelliges "Fenster" mit Hilfe von A  Wirkung von zusätzlichen Treibhausgasen

  6. [IPCC,2001]

  7. Strahlungsantrieb F: "Änderung der Strahlungsbilanz an der Tropopause durch Störung der Energieflüsse im Subsystem Erdoberfläche- Atmosphäre" (nach Schönwiese, IPCC-Def. komplizierter). negativer Strahlungsantrieb: Abkühlung positiver Strahlungsantrieb: Erwärmung semi-empirische Verknüpfung mit Temperatur der Erdoberfläche: Zeitverzögerung Klimaantwort Änderung der Oberflächentemperatur Strahlungs- antrieb Parameter: Sensitivität (Rückkopplungen etc.) Im langfristigen Gleichgewicht:

  8. Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimageschichte Klimaschutz

  9. anthropogener Klimawandel: • zwei Teile: • Detektion • Ursachen zuordnen

  10. Fragestellungen: • Um wieviel hat sich die Erde erwärmt? • Ist diese Erwärmung ungewöhnlich? • Haben Wasserdampf und Niederschlag zugenommen? • Haben die Klimaextreme zugenommen? • Sind die Beobachtungen von Klimaänderungen untereinanderkonsistent?

  11. 3. Klimawandel heute: Beobachtungen • Temperaturentwicklung Erdoberfläche: "Hockeystick" • Temperaturentwicklung Ozeane, Stratosphäre etc. • Entwicklung von Eisflächen und Gletschern • Entwicklung Niederschlag • Regionale Entwicklungen, Stadtklima • Entwicklung der Extremereignisse: • Tropische Wirbelstürme • Hitzewellen • Überschwemmungen

  12. Messnetz für bodennahe atmosphärische Daten [Schönwiese, 2003]

  13. 1991-2000 wahrscheinlich wärmstes Jahrzehnt im letzten Jahrtausend • Erwärmung im 20. Jahrhundert ist wahrscheinlich die größte im letzten Jts. [IPCC,2001]

  14. [IPCC, 2001] Rekonstruktion für NH nach Mann et al.,1999, aus Multi-Proxy-Analyse von Baumjahresringen, Korallen, Eisbohrkerne, Bohrlöchern, Aufzeichnungen, etc.

  15. Weitere Rekonstruktionen [IPCC, 2001]

  16. Vergleich: Simulationen von Storch et al., Science, 2004, mit Rekonstruktionen Mann, Bradley, Hughs, Nature, 1998 (MBH) MBH-Rekonstruktionen geben langfristige Schwankungen nicht richtig wieder?

  17. Temperaturrekonstruktion aus Bohrkernen 1500-2000 b) a) c) a) Prinzip b) 862 Rekonstruktionenweltweit c) gemittelte Rekonstruktion und Vergleich mit Messung

  18. Temperaturtrends 1901-2000 nach Zeitphasen [IPCC,2001]

  19. Temperaturtrends 1976-2000 nach Jahreszeiten [IPCC,2001]

  20. Wärmegehalt und Temperaturen der Ozeane Links: Beobachtete (strichpunktiert, Levitus et al., Science, 2000) und modellierte (durchgezogene Linie, Barnett et al., Science, 2001) Zunahme des Wärmegehaltsder Ozeane (obere 3000 m). Rechts: Temperaturzunahme der Ozeane, modelliert, (Barnett et al., Science, 2001) 1.5e22 J entspricht 1 W yr m-2

  21. Wärmegehalt der Ozeane Hansen et al., Science 2005 • Derzeit: Nichtgleichgewicht der Energiebilanz • Erde nimmt ~0.85 W/m2 mehr auf als sie abgibt • Temperatur der Erdoberfläche wird weiter steigen (+0.6°C), selbst wenn ab sofort keine weiteren Änderungen der atmosphärischen Konzentrationen!

  22. Trend der Änderung der Tag-Nacht-Temperaturschwankungen: Tages-Minimumtemperaturen allgemein stärker gestiegen als Tages-Maximumtemperaturen [IPCC,2001]

  23. Maximale Temperaturabweichungen Stadtzentrum - Umland [Schönwiese, 2003] Mittlere Temperaturabweichung: 0.5-1.5°C

  24. Temperatur-entwicklung Stratosphäre: Ursachen: Ozonrückgang Wasserdampf- zunahme [Schönwiese, 2003]

  25. Temperaturentwicklung obere Stratosphäre: 50 km [Shindell] Trend: minus 3-6°C in 20 Jahren

  26. Zunahme von Wasserdampf am Erdboden [IPCC, 2001]

  27. Zunahme von Wasserdampf in der Stratosphäre Ursachen: vielfältig, Methan H2O-Transport

  28. Änderung des Niederschlags nach Regionen [IPCC, 2001] • Zunahme des Niederschlags um 0.5 - 1%/Dekade über Land in mittleren Breiten der NH

  29. Rhone- gletscher

  30. Pasterze- gletscher

  31. Gletscherrückgang [IPCC, 2001]

  32. IPCC, 2001: Arktis • Zunahme der Frühjahrstemperaturen • in geringerem Maße Zunahme der Sommertemperaturen • arktisches Meereis hat seit den 1950er Jahren im Frühling und Sommer um 10 bis 15% abgenommen • Satellitenbeobachtungen zwischen 1978 und 1996 zeigen eine Abnahmen um 2,8% pro Dekade • Ausdehnung der sommerlichen Schmelzperiode: von 57 Tagen im Jahre 1979 auf 81 Tage im Jahre 1998 • durchschnittliche Eisdicke seit ca. 1960 von 3,1 auf 1,8 m oder um 42% verringert

  33. wissenschaftliche Hintergründe: Strahlungshaushalt [IPCC, 2001] Abnahme der Eisflächen um mind. 10% auf der Nordhalbkugel

  34. Zusammenfassung: • Zunahme der globalen mittleren Temperatur am Boden von 1901 bis 2000: +0.6°C mit 95%-Vertrauensintervall: 0.2°C • drei Perioden: 1910-1945, 1946-1975, 1976-2000 • Zunahme des Wärmegehalts der Ozeane; T-Zunahme um 0.037°C/Dekade in obersten 300 m • Ungleichgewicht der Erd-Energiebilanz: 0.85 W/m2, weitere 0.6°C auch bei null Emissionen • Rückgang von Gletschern und Landeis • Arktisches Packeis in Ausdehnung und Dicke stark zurückgegangen • bisher kein deutlicher Rückgang in antarktischen Temperaturen und Packeisausdehnung • positive Temperaturtrends in der freien Troposphäre, aber kleiner als am Boden • negative Temperaturtrends in der Stratosphäre • Das letzte Jahrzehnt des 20. Jht. war das wärmste Jahrzehnt des letzten Jahrtausend. (P>90%) • "Kleine Eiszeit" und "Mittelalterliche Warmzeit" nur in Europa und Nordost-Atlantik • Zunahme der Bewölkung um ~2% über Land in mittleren Breiten der NH • Zunahme des Niederschlags um 0.5 - 1%/Dekade über Land in mittleren Breiten der NH • Zunahme des Niederschlags in den Tropen • Extreme...

  35. [IPCC, 2001]

  36. Änderung der Wetterextreme [IPCC, 2001]

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