Klimarelevante physikalische und geochemische Messgrößen von der Vergangenheit bis heute

 

Messdaten zur Klimaentwicklung

 

 
     Gemessene Veränderung der Oberflächentemperatur 1901-2012
weiß: ungenügend Daten; Felder mit Kreuz: Daten hoher Signifikanz
Quelle: IPCC 2013 (2)


Oben ist die räumlich aufgelöste Temperaturänderung der Land- und Meeresoberfläche innerhalb der letzten gut 100 Jahre dargestellt. Der globale Mittelwert beträgt etwa 0,8 Grad Celsius, wie man der Graphik links unten entnehmen kann (oben Jahresdurchschnitte, unten Dekadendurchschnitte).
Rechts unten der CO2-Gehalt der Atmosphäre (oberer Teil) sowie CO2-Gehalt und pH des Oberflächen-Meerwassers (unterer Teil). Die CO2-Absorption durch das Oberflächenwasser folgt dem thermodynamischen Gleichgewicht, d. h. die Zunahme im Wasser entspricht etwa linear der atmosphärischen Zunahme. CO2 wirkt als Säure ("Kohlensäure"), dadurch sinkt der pH (Maß für Säuregehalt), das Wasser versauert.
Erläuterung: Die pH-Skala ist logarithmisch, d. h. eine Erniedrigung um eins entspricht einer Erhöhung der Säurekonzentration um den Faktor 10. pH 7 ist neutral, höhere Werte sind alkalisch, niedrigere Werte sauer.

   
    Gemessene kombinierte Land- und Ozean-
          Oberflächentemperatur 1850-2012
y-Achse: Grad Celsius (Nullpunkt: 1961-1990)
oben: Jahreswerte; unten: Dekadenwerte
Daten aus drei Datensätzen
Quelle: IPCC 2013 (2)
                 Atmosphärischer CO2-Gehalt (oben)
      CO2-Gehalt und pH der Meeresoberfläche
(unten)
oben: y- Achse: ppm (Millionstel) CO2
Daten: Pazifik (rot), Südpol (schwarz)
unten: Partialdampfdruck (Millionstel) CO2 (unten links)
          pH (Säuregrad) (unten rechts, s. auch Text)
Daten: dunkle und mittlere Farbe: Pazifik; helle Farbe: Atlantik
Quelle: IPCC 2013 (3)


 

   
          Frühlingsschneefläche der Nordhalbkugel
y-Achse: Millionen Quadratkilometer
Quelle: IPCC 2013 (4)
            Arktische Meereseisfläche im Sommer
y-Achse: Millionen Quadratkilometer (verschiedene Datensätze)
Quelle: IPCC 2013 (4)
            




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Die Schnee- und Eisbedeckung spielt wegen der Albedo (Schnee reflektiert mehr Strahlung als dunklere Oberflächen), wegen des Meeresspiegels (dafür ist nur das landgebundene Gletschereis relevant) und wegen des Wasserhaushaltes (saisonale Speicherfunktion von Schnee und Eis) eine wichtige Rolle.
Links oben ist die Entwicklung der Frühjahrsschneefläche der Nordhalbkugel dargestellt, die in 100 Jahren etwa von 37 auf 35 Millionen Quadratkilometer abnahm; rechts die Abnahme des arktischen Meereseises im Sommer von etwa 11 auf 6 Millionen Quadratkilometer, fast eine Halbierung.

Höhere Energieeinstrahlung führt zu höheren Temperaturunterschieden zwischen verschiedenen Breiten. Dies beschleunigt Luftbewegungen und damit den Feuchtetransport von Regionen der Verdunstung zu Regionen des Niederschlages. Die untenstehende Graphik zeigt die regional aufgelöste Veränderung von Niederschlagsmengen innerhalb der letzten 100 bzw. 50 Jahre. Man kann ablesen, dass die Niederschlagsmengen pro Dekade sich den letzten 50 Jahren erheblich stärker verändert haben als im gesamten 100-Jahreszeitraum (5)

   
                      Gemessene Veränderung des jährlichen Niederschlags über Landflächen
in mm pro Jahr je Dekade
Quelle: IPCC 2013 (2)
 



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Auswahl von Kernsätzen
(1)

Atmosphäre
- 1983-2012 war auf der Nordhalbkugel wahrscheinlich (>66%) der wärmste 30-Jahreszeitraum der letzten 1400 Jahre (mittlere Datengüte).

- Frequenz und Intensität heftiger Niederschläge seit 1950 haben in Europa und Nordamerika wahrscheinlich (>66%) zugenommen, für andere Kontinente ist die Datengüte nur mittel oder schlechter.
Meer
-
Die Ozeanerwärmung dominiert die klimatische Energiespeicherung; zwischen 1971 und 2010 wurden mehr als 90 % der zusätzlichen Wärme im Meer gespeichert (hohe Datengüte).
- Es ist nahezu sicher (>99%) dass sich der obere Ozean (bis 700 m Tiefe) seit 1971 erwärmt (und 17x1023 J aufgenommen) hat.  Die oberen 75 m haben sich pro Dekade um 0,11 Grad Celsius erwärmt.
Kryosphäre
- Das Abschmelzen des Grönlandeises beschleunigte sich in den letzen beiden Dekaden (1992-2001, 2002-2011) sehr wahrscheinlich (>90%) von 34 auf 215 Gigatonnen/Jahr, in der Antarktis im selben Zeitraum wahrscheinlich (>66%) von 30 auf 147 Gigatonnen/Jahr. (100 Gigatonnen Eisverlust entsprechen 0,28 mm Meereshöhenzunahme.)
Meeresspiegel
- Der Anstieg des Meeresniveaus seit der Mitte des 19. Jhs. war höher als in den 2000 Jahren davor (hohe Datengüte). 1901- 2010 stieg das Niveau um 0,19 m.
- In der letzten Zwischeneiszeit (129000-116000 Jahre v. u. Z.) war der Meeresspiegel 5-10 m höher als heute, und die Temperatur war mindestens 2 Grad Celsius höher (hohe Datengüte).
Kohlenstoff und andere geochemische Zyklen
- Aus Eiskernmessungen lässt sich schließen, dass der atmosphärische Gehalt an Kohlendioxid, Methan und Stickoxiden heute signifikant höher ist als den letzten 800000 Jahren. Der Anstieg in den vergangenen 100 Jahren war höher als in den 22000 Jahren zuvor (hohe Datengüte).  
- von 1750 bis 2011 sind die Konzentrationen von CO2, CH4 und NOx um jeweils 40 / 150 / 20 % auf jeweils 391 / 1,80 / 0,32 ppm gestiegen.
- von 1750 bis 2011 wurden durch fossile Verbrennung und Zementproduktion (6) kumulativ 375 Gigatonnen Kohlenstoff (GtC) (7) abgegeben, durch Entwaldung und andere Landnutzungsänderungen 180 GtC, in Summe 555 GtC oder 2035 Gigatonnen Kohlendioxid.
Davon landeten 240 GtC (43 %) in der Atmosphäre, 155 GtC (28 %) im Meer und 160 GtC (29 %) in terrestrischen Ökosystemen.
- In diesem Zeitraum fiel deshalb der pH im Meerwasser um 0,1, entsprechend einer Erhöhung der Säurekonzentration um 26 % (hohe Datengüte).




Quellenangaben und Anmerkungen
(1) IPCC 5th Assessment Report, Working Group I, 2013; dort: Summary for Policymakers
(2) Wie (1), Kap. B1 Atmosphere
(3) Wie (1), Kap. B5 Carbon And Other Biochemical Cycles
(4) Wie (1), Kap. B3 Cryosphere
(5) Vereinfacht gesagt werden feuchte Gebiete feuchter (z. B. Nordeuropa) und trockene trockener (z. B. Mittelmeerregion, Südwestasien, Nordchina), es gibt aber viele Ausnahmen (z. B. Teile Australiens)
(6) Zement ist ein Calcium-Aluminium-Silikat. Der Calcium-Gehalt, berechnet als Calciumoxid, liegt typischerweise über 50 %. Der Rohstoff für Calcium ist Kalk (Calciumcarbonat), das beim Brennen des Zements das CO2 verliert: CaCO3 --> CaO + CO2. Der meiste Kalkstein ist biogen entstanden, d. h. durch Ablagerungen von Korallen, Muscheln, Mikroorganismen usw. Bei der Zementherstellung wird also auch fossil gespeichertes CO2 in die Atmosphäre abgegeben.
(7) Eine Tonne Kohlenstoff entspricht 3,67 Tonnen Kohlendioxid. 



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