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Klimatologie (1/2)
Die ersten Klimaforscher
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830), Entdecker des Treibhauseffekts
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Bild: Joseph Fourier
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Jean Baptiste Joseph Fourrier (1768-1830) gilt als Entdecker des Treibhauseffekts. Er war ein französischer Mathematiker und Physiker. Mit der Fourieranalyse legte er einen Grundstein für den Fortschritt der modernen Physik. Er beschäftigte sich eingehend mit der Wärmeausbreitung in Festkörpern und formulierte das Fouriersche Gesetz. 1822 veröffentlichte er sein wichtigstes Werk Analytische Theorie der Wärme. Hierin prägt er den Begriff l’effet de serre (wörtlich Glashauseffekt).

Klimatologie

Die Klimatologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die die Fachbereiche Meteorologie, Physik, Geologie, Geographie und Ozeanographie vereint. Es werden insgesamt vier Teildisziplinen unterschieden. Während sich die Allgemeine Klimatologie mit der Physik der Atmosphäre beschäftigt, versucht die spezielle Klimatologie Klimaveränderungen auf den Grund zu gehen. Dazu gehört zum Beispiel die Erforschung der Klimageschichte und der Folgen des anthropogenen Klimawandels. Die regionale Klimatologie wendet sich der Erforschung regionaler Effekte zu. Die Angewandte Klimatologie beschäftigt sich schließlich mit der Lösung von Klimaproblemen, zum Beispiel der Anpassung an den Klimawandel.

 

Klimawandel in Zeiten der Industrialisierung

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Klimamodelle

Bild: IPCC Temperaturprognose
Projezierter Temperaturanstieg für verschiedene Emissionsszenarien (Bezugszeitraum 1986-2005)
(© IPCC 2007)

Beim Szenario RCP 2.6 wird davon ausgegangen, dass durch klimapolitische Fortschritte die CO2-Emissionen stark reduziert werden können.

 

Um die Klimaentwicklung abzuschätzen, verwenden Wissenschaftler komplexe Rechenmodelle. Damit lassen sich Entwicklungen für einen bestimmten Zeitraum projizieren. Klimamodelle basieren in der Regel auf einem erweiterten Meteorologiemodell, das auch für die Wettervorhersage verwendet wird. Um alle wichtigen Größen abbilden zu können, wird es durch ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre und ein Vegetationsmodell für die Biosphäre ergänzt. Je nach geografischem Bezug werden globale und regionale Klimamodelle unterschieden.

Bei der Projektion des Klimas beschränkt sich die Klimaforschung in der Regel auf die nächsten 100 Jahre. Trotzdem ist die Berechnung von Klimamodellen eine sehr rechenintensive Aufgabe, die nur von Supercomputern geleistet werden kann wie zum Beispiel am Deutschen Klimarechenzentrum in Hamburg. In Supercomputern arbeiten mehrere tausend Prozessoren parallel.

Zur Berechnung eines Klimamodells müssen eine Vielzahl von Annahmen getroffen werden. Entscheidend ist zum Beispiel, wie viele Treibhausgase zukünftig in die Atmosphäre entlassen werden. Gelingt es zeitnah fossile Energieträger durch erneuerbare Energiequelle zu ersetzen oder werden weiterhin ungebremst zunächst alle Erdölvorräte genutzt? Außerdem müssen Annahmen über Rückkopplungsprozesse getroffen werden. Wie wirkt sich beispielsweise die Erwärmung der Meere auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre aus? Welchen Effekt haben zukünftig eisfreie Flächen, die weniger Licht reflektieren und sich stärker erwärmen?

Unter Verwendung unterschiedlicher Annahmen und ggf. auch Rechenmodellen werden verschiedene Klimaszenarien berechnet. Als Ergebnis kommt für die einzelnen Größen eine Spannweite heraus. Für die durchschnittliche globale Erwärmung bis zum Jahr 2100 im Vergleich zum vorindustriellen Niveau werden beispielsweise je nach Annahme Werte zwischen 0,9 und 5,4 °C berechnet (IPCC AR5, 2013).

Emissionszenarien - „Repräsentative Konzentrationspfade" RCP2.6, RCP4.5, RCP6.5, RCP8.5

Für den 5. Sachstandsbericht des IPCC (2013) wurden neue RCP-Szenarien (Representative Concentration Pathways) entwickelt, die die früheren Szenarien ablösen. Sie beschreiben die künftige Entwicklung der Treibhausgaskonzentrationen und anderer Faktoren, die das Klima beeinflussen. Dem zugrunde liegen Annahmen über die ökonomische, soziale und politische Entwicklung der Menschheit in fünf definierten Weltregionen. Dabei werden z.B. auch klimapolitische Maßnahmen berücksichtigt.

Die Bezeichnungen der Szenarien ergeben sich aus dem jeweils im Jahr 2100 erreichten Zuwachs des Strahlungsantriebes gegenüber dem vorindustriellen Wert. Der Strahlungsantrieb ist ein Maß für die Veränderung der Energiebilanz der Erde durch externe Faktoren wie Treibhausgase, Aerosole oder Solarstrahlung. Er wird in Watt/m² gemessen.

Übersicht von RCP-Szenarien

  • RCP8.5 („Pessimistisch"): Steigender Strahlungsantrieb, der 2100 8,5 W/m² (entsprechend 1.370 ppm CO2-Äquivalent) überschreitet.
  • RCP6.0: Stabilisierung bei 6,0 W/m² im Jahr 2100 (entsprechend 850 ppm CO2-Äquivalent)
  • RCP4.5 („Moderate Entwicklung"): Stabilisierung bei 4,5 W/m² im Jahr 2100 (entsprechend 650 ppm CO2-Äquivalent)
  • RCP2.6 („Optimistisch"): Durch klimapolitische Fortschritte können die Treibhausgas-Emissionen stark reduziert werden. Das 2 °C-Ziel wird erreicht. Der Strahlungsantrieb erreicht zunächst 3 W/m² (entsprechend 490 ppm CO2-Äquivalent) und sinkt bis 2100 auf 2,6 W/m² ab.